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基于学科思想和学科思维培养学生创新精神的研究 ——以化学教学为例(林鸿杰 一等奖)

时间:2018-11-21 18:16:36 点击: 【字体:

摘要:创新指的是以现有的思维模式提出有别于常规或常人思路的见解为导向,利用现有的知识和物质,在特定的环境中,本着理想化需要或为满足社会需求,而改进或创造新的事物(包括产品、方法、元素、路径、环境),并能获得一定有益效果的行为。化学学科思想是人们在认识化学的实践活动中形成的一种思维方法和思想意识,是对化学的本质、特征与学科价值的基本认识。在中学化学教学中,教师培养学生多方面的能力,包括创新能力,有赖于化学思维能力的培养,而化学思维能力是多种能力的核心,逻辑推理、化学运算、空间想象、分析问题与解决问题等能力的培养,都离不开化学思维能力。在化学教学中,要有效地激发学生积极思维,发展学生的化学思维能力,从而提高学生的核心素养,培养学生的创新精神。

关键词:创新精神;学科思想;学科思维;化学教学

1时代的发展需要创新精神

随着《新课程标准》的颁布与实施,化学教学的任务已转变为首先关注每一个学生的情感、态度、价值观和一般能力的发展,为每个学生的终身可持续发展奠定良好的基础,这就更进一步地要求培养学生的创新精神。课堂教学从传统的集中于化学内容方面,转变到化学的过程,其核心是给学生提供机会,创造机会,让每个学生在生动具体的情景中都参与化学,亲自体验化学。努力改变传统的单一的学习方式,即从单一被动的学习方式向自主探索,合作交流,操作实践活动的学习方式转变。在此基础上,教师培养学生多种化学思维能力,而化学思维能力是多种能力的核心,逻辑推理、化学运算、空间想象、分析问题与解决问题等能力的培养,都离不开化学思维能力。因此,在化学教学中,要有效地激发学生积极思维,培养和发展学生的化学思维能力,培养和发展学生的创新精神。本文从以下几方面对化学学科思想以及化学学科思维的培养促进创新精神的培养进行讨论。

2认识物质客观存在的化学思想,促进创新精神的培养。

2.1物质运动的思想。世界是物质的,物质是运动的,这是中学生学习化学首先必须确立的思想。自然界的物质,大至天体,小至微生物,无论是无生命的,还是有生命的(包括人在内),皆由化学元素组成。构成世界的物质虽然是多种多样的,但其元素组成却是统一的。元素就是宇宙间最基本的物质――元素的不同存在形态,构成了这个森罗万象的世界。物质存在的任何一种形态每时每刻无不处在运动之中,日月更替、寒去暑来、山崩地裂、风吹浪打,涓滴汇为巨流,沧海变为良田――这些都是物质运动的结果。化学运动是宇宙间七大基本运动之一,而化学反应(运动)则是化学研究的核心议题。通过化学运动(反应)不仅能够认识物质,分离物质,而且还能合成物质;不仅能够合成自然界已经存在的物质,而且还能合成自然界并不存在的物质。合成(化学运动)是化学家改造世界、保护世界的有力手段。通过化学运动而实现的化工生产,为人类社会创造了巨大的物质财富。

2.2物质守恒的思想。化学反应成千上万,但其过程都是作为反应物的原子重新组合而形成新物质的过程。在化学反应前后原子的种类没有改变,数目没有增减,原子的质量也没有变化――这些微观上的特点决定了宏观上元素的种类、元素的质量以及各物质的总质量在化学反应前后均不会改变,即所有的化学反应均遵守质量守恒的定律。化学学习必须确立守恒的思想,抓住物质变化时某一特定量的恒定,进而对化学问题微观分析、宏观把握,找到简化步骤、快捷准确地解决化学问题的途径。守恒的思想在化学学习中应用十分广泛,不单是质量守恒,原子(粒子)也守恒,化学变化中的能量也守恒,离子反应中的电荷也守恒,在氧化还原反应中得失电子数同样守恒。利用守恒的思想可以处理和解决化学中的许多问题。不仅如此,守恒也是自然界普遍适用的规律,物理学中的能量守恒”“动量守恒等思想就贯穿于物理学教学的始终。

2.3物质分类的思想。分类既是一种逻辑方法,也是中学化学的核心思想。世界上物质极其丰富,既有其个性,也有与其他物质相同或相似的地方;同样,物质的变化也是多种多样的。学化学首先要学会从不同角度对物质及其变化进行分类,然后在解决某些问题时把某种物质或变化归纳到某一类别之中去,用的思想去解决化学问题,这样就容易把握问题的实质,找到解决问题的方法和思路,从而有效地解决具体的问题。门捷列夫的元素周期表的提出,就是运用物质分类思想的典范。新教材化学必修I就是以物质分类为主线来编排的。中学化学中对混合物、纯净物→单质、化合物→有机物、无机物→氢化物、氧化物、酸、碱、盐的分类,以及有机物中对烃、烃的衍生物→卤代烃、醇、醚、酚、醛、酮、羧酸、酯……的分类,充分说明了物质分类的思想在化学教学中无处不在。

2.4动态平衡的思想。在一个化学混合体系中,当两种相对立的运动同时以相同的速率进行时,该混合体系中各成分的浓度、百分含量维持不变,这时我们说该体系达到了平衡。且当温度、压强一定时,各体系的平衡常数也保持一定。不过,各成分的浓度、百分含量维持不变,并不是说运动过程停止了,譬如在某温度下某溶质的溶解达到了饱和,并不是说该溶质的溶解过程停止了,而是此时溶解和结晶都达到了同一速度,表面上看溶质的量不再改变,但溶解仍然在进行之中,即其他的各种平衡也一样,一定是所以化学平衡是一种动态的平衡。正因为化学平衡是一种动态的平衡,所以当影响平衡体系条件改变时,必然导致,此时平衡就会向着能够削弱这种改变的方向移动,这就是著名的勒沙特列原理勒沙特列原理适用于宇宙间一切平衡体系。

2.5建构模型的思想。所谓模型,就是模拟所要研究事物原型的结构形态或运动形态,是事物原型的某个表征和体现,同时又是事物原型的抽象与概括。模型一般可分为物理模型和数学模型。物质结构学习中的原子结构、分子结构、晶体结构的模型,就是一种物理模型;而化学平衡学习中的浓度平衡常数、分压平衡常数、电离平衡常数等计算关系式,就是一种数学模型。建构模型的思想是一种重要的研究问题的方法,不论是物理模型还是数学模型,它们都能使的研究对象直观化和简单化,同时还可以形象地描述研究成果,使之便于理解和传播。化学是研究物质变化最基本、最普遍规律的科学,通过建构模型能够排除非本质因素的干扰,舍弃次要因素和无关因素,突出反映事物的本质特征,从而使化学现象或化学过程得到简化、纯化和理想化。因此,在化学教与学中,必须掌握建构模型的思想方法。

3学科思维能力的提高促进创新精神的培养。

3.1对立统一的辩证思维能力。对立统一的思想是唯物辩证法的核心,它揭示了事物运动、变化、发展的根本原因在于事物内部的矛盾性,事物普遍联系的实质就是事物之间由多方面的对立统一构成的矛盾体系,它体现着事物内部肯定方面与否定方面的对立统一的关系。在化学教学中,矛盾的对立统一体普遍存在,如化合与分解,氧化与还原,酸性与碱性,以及溶解与结晶,中和与水解,电离与键合等。物质化学运动形式的特殊矛盾就是原子的化合与化分,哪里进行着原子的化分与化合的过程(或者分子的破坏和形成过程),哪里就存在着物质的化学运动形式。化学运动形式就是这一对矛盾不断产生和解决的过程,研究这一矛盾的矛盾运动就成为化学科学的主要任务。

3.2提示事物内在联系的思维能力。化学内在联系思想主要体现在结构决定性质,性质反映结构;性质决定用途,用(制法)反映性质,而性质又影响制法。这一思想贯穿于化学学习与研究过程的始终。与之相关的思想方法还有结构与位置(元素在周期表中的位置)”“位置与性质以及位置、结构与性质之间的联系等。结构决定性质,一是原子结构决定原子的性质,即原子的核外电子排布决定元素的性质,元素的化学性质主要是由原子的最外层电子数所决定的;二是物质结构决定物质的性质,如酸中的H+和碱中的OH-,它们分别决定了酸、碱各自的通性;性质决定用途,用途反映性质,譬如某物质只有具备可燃性才可能用作燃料,同样,能做灭火剂的物质肯定就不能燃烧。当然,性质不是唯一的决定因素,物质的用途还受生产和使用条件、人的审美需求和环境保护等诸多因素的影响。

3.3质量互变的思维能力。质量互变规律揭示了事物因矛盾引起的发展过程和状态,以及发展变化在形式上所具有的特点。事物从量变开始,到质变终结。量变和质变是两个相互依存的过程,通过量的积累产生质的变化。量变是质变的前提,而质变是量变的结果。这一思想不仅在元素周期表中得到了最好的体现――比如同周期、同主族元素的性质随原子序数(电子层数)的递增而发生有规律的变化,而且在一些化学反应中也得到很好的体现,比如过量的问题(量对反应产物的影响)、物质性质(氧化性或还原性)与物质浓度的关系等。如硝酸浓度的改变会导致其氧化性强弱改变,因而反应产物发生变化;浓硫酸具有强氧化性,而稀硫酸则不具有强氧化性;浓盐酸有较强的还原性,稀盐酸则弱得多,等等。

3.4区分一般与特殊的思维能力。一般,指矛盾的普遍性,即通常所说的事物的共性,事物中相同的东西;特殊,指矛盾的特殊性,即事物的个性和特点。在化学研究中,通常总是通过对某些特殊的事物或事物的某些特性进行研究,得出一般性(或普遍性)的规律后,再加以推广。譬如:通过对氯、氧、氮等代表元素的研究,再把它们的性质推广到整个卤族、氧族和氮族;通过对甲烷、乙烯和苯的研究,再把它们的性质推广到烷烃、烯烃和芳香烃等。事物在具有普遍性(一般性)的同时,由于不同事物存在某些独特的一面,因此又具有特殊性。换句话说,任何事物与同类事物之间有普遍性(共性)的一面,同时又有独特性(特殊)的一面。如同主族元素化学性质存在共性的一面,同时不同的元素间又必然存在着差异性,就好比卤素中氟、氯、溴、碘元素的性质很相似,但各自却也分别具有其不同的特性。

3.5辨识宏观与微观的思维能力。通过宏观现象,推断构成物质的微观粒子的变化规律,是化学学科的显著特点。宏观物质都是由微观粒子(分子、原子和离子等)构成的,宏观物质的性质和发生的变化就是构成它们的微粒性质及微粒所发生的变化。如压缩气体的体积会缩小,是因为气体分子之间存在间隔;的溶液呈蓝色,是因为是蓝色的;醇的通性就是-OH(羟基)的性质,醛的通性就是-CHO(醛基)的性质;等等。宏观现象必须通过微观分析去找寻原因,这是化学科学有别于古代化学实用技术的重要之处。事实上,用微观思想分析和看待问题,就是抓住了解决问题的实质。化学教学必须架设从宏观到微观的桥梁,培养学生由宏观到微观的丰富想象力,使学生掌握由宏观物体的变化联想到构成它的微观粒子变化的思维方法。

3.6运用定性与定量的思维能力。定性与定量是化学研究中通常用到的两种思想方法。这两种方法从不同的深度和角度对事物进行研究。定性的思想方法,主要从是否存在某种属性、存在程度的深浅或大小等角度进行初步确定;而定量的思想方法,则在定性的基础上精确地对事物的属性进行深度的、量化的表达。如对某溶液酸碱性的描述和酸碱度的表达,又如关于物质溶解性的描述和溶解度的描述,都是从定性和定量两个方面来对事物进行研究的。两种方法都不可偏废,不要以为只有定量才是科学的,在化学研究中,定性的方法应用更多,因为物质的存在、组成、结构、性质、制法和用途,是不可能完全用定量的方法来研究的。这也决定了化学学科有别于数理学科的特点,那就是在作为理科的化学学习中,兼备了某些文科知识的学习要求,对于物质的存在、组成、性质、制法和用途――常称为元素化合物知识,必须学会归纳和记忆。学化学不重视元素化合物知识的记忆,是一定学不好的。

4结语

创新能力是技术和各种实践活动领域中不断提供具有价值的新思想、新理论、新方法和新发明的能力。化学学科思想是人们对化学知识和方法认识的提炼与升华,在掌握化学学科思想的基础上,运用化学学科思维,对学生的创新精神的培养和创新能力的提高都有极大的正面促进作用。只有真正理解了化学的规律,掌握了化学的本质,形成了化学的学科思想,才能够正确掌握并运用化学知识和化学方法,才能够深入地认识化学学习中的各种问题,才能够在学生与生活中有创新精神。所以,教师在日常的教学中,在引导学生学习化学知识的同时,更应该帮助学生理解和掌握化学的学科思想和学科思维方法,从而提高学生的科学核心素养,培养学生的创新精神。

参考文献

[1] 王桂亮,中小学课程开发与创新精神培养,教育研究,2014.09

[2] 叶文梓,在创客教育中培养创新精神,中国德育,2016.06

[3] 张雅君,建立实验室开放平台培养学生的创新精神与实践能力,实验技术与管理,2008.02

 

作者简介:林鸿杰,永春崇贤中学化学教师,在从事化学教育教学工作之余致力于指导学生创新精神与创新能力的培养。教师个人及指导学生曾多次获教育部、中国科协及省市县相关科技创新类奖项。

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