化学教学中创新思维能力培养初探，本文主要内容关键词为：思维能力论文,化学论文,教学中论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
“九五”期间，我校化学学科在南通市教科所和市教研室关心支持下，进行了在化学教学中如何培养学生创新思维能力的课题研究。历时五年，基本达到了预定的要求。
一、问题与假设
第一，在化学创新思维过程中，既有逻辑因素，又有直觉因素，这两种思维因素之间存在着怎样的关系？
我们假定，在创新思维过程中，逻辑思维和直觉思维以不同方式或者相互交替地、或者相互结合地起着作用，两者形成一种关联或互补的关系。这种关系和互补的关系有以下几种表现。
1.在创新思维活动过程中，非逻辑的直觉思维的产生往往以持续的逻辑思维活动为基础，并以逻辑思维过程的中断为先导。
2.在创新思维活动过程中，逻辑是证明的工具，直觉是发现的工具，直觉思维和逻辑思维是化学创新思维的双翼，两者缺一不可。
3.在创新思维活动过程中，直觉和逻辑可以互为主要的思维形式。即在创新思维活动过程中起重要作用的有时是直觉思维，有时则是逻辑思维，各为主辅。
第二，化学课堂教学能否帮助学生构建这两种思维之间的联系，以培养学生的创新思维能力。
我们假定：化学教学过程从本质上讲是一种认识过程，它是教师把人类已知的科学真理创造条件转化为学生的真知，同时引导学生把知识转化为能力的一种特殊形式的认识过程。实际上，科学家创造性的研究活动与学生创造性的学习活动相似，只不过前者是科学家独立的活动，后者是学生在教师引导下的活动。因此在化学教学中，要帮助学生构建这两种思维之间的关系，就需要变过去化学知识结论性教学为化学科学过程性教学，通过引导学生学习科学家研究问题的科学过程和科学方法去探索新知识。
按照科学家探究科学问题的一般过程，我们可以构建“引导—研究”式教学理论模型。
下面结合《盐类水解》教学实例对该教学理论模型略作说明。
二、试验操作的变量控制
（一）目标控制
将促进学生化学知识结构的形成和创新思维活动过程的构建作为控制目标，以形成性测试与终结性测试作为检测手段，根据目标达成状态调控试验过程。
（二）准则控制
对试验因子的控制，可以概括几条特定的原则。
1.具体与抽象相结合原则。创新思维的构建是在科学抽象中实现的。由于科学抽象是人们对获得的感性材料，运用理性思维进行一番去粗取精、去伪存真、由此及彼、由表及里的改造加工，去掉事物的非本质的、表面的、偶然的东西，抽取出事物本质的、内在的、必然的东西，以揭示客观对象的本质和规律。根据这一原则，在课堂教学设计中，教师必须注重调整教材中实验内容，对部分演示实验和学生实验加以改进与创新，使之富有清晰的创新思维基础，同时采用教师一边讲学生一边实验的方法，让学生亲自动手参与，进行实验观察和探索。因为只有在学生充分感知具体化学物质外在表象和良好的思维情境基础上，教师才能借助适时布疑、巧妙设问、灵活发难等思维操作方法，引发、控制学生交替运用逻辑推理和直觉想象，将思维的触角深入到化学对象的内部，抽取出现象的本质，最后通过归纳整理形成化学理论。
2.逻辑与直觉相结合原则。一般来讲，逻辑思维是化学创新思维中的主导成分，直觉思维是化学创新思维的关键因素，这是化学发现过程中创新思维的总体结构。现代心理学研究证明，当人们研究某一问题时，外界提供的信息不充分，具有许多空白点，那么直觉的想象力就可以把人脑中的“潜知”充分调动起来，进行崭新的组合，从而把一个未曾料到的关系、模型构想出来。因此，在化学教学中，贯彻逻辑与直觉相结合原则，应充分运用实验感和结果与逻辑推论相矛盾的认知冲突机制，去激发学生的直觉猜想，然后再利用直觉猜想的或然性去诱导学生逻辑论证直觉猜想。
3.集中与发散相结合原则
爱因斯坦在评价科学创造时说：“从特殊到一般的道路是直觉性的，而从一般到特殊的道路则是逻辑性的。”由于逻辑思维的结构特征是按逻辑规则对事物按部就班地渐进性的认识，其思维的指向集中于同一方向，而直觉思维的结构特征是不受固定逻辑规则约束，对事物的一种迅速的直接识别，其思维指向发散于不同的方向。因此根据两种思维指向的差异，在构建逻辑思维环节时，教师则应善于引导学生朝着一个方向，步步启发，层层引路，严格按照定义、法则，循序渐进行推理。而在构建直觉思维环节时，则通过组织课堂自由辩论，鼓励学生大胆地朝着不同的方向以飞跃迅速越级和放过个别细节的方式进行直觉想象。
三、实验过程
本课题选定了自然实验方法，在明确实验目的、构建理论模型、确定控制原则、拟定课题计划等工作的基础上，点面结合、分步实施、动态调控。本实验工作的主要步骤如下。
（一）确定实验对象
1995年夏，在高一确定实验班和对比班。实验班和对比班学生都是常态分布，对实验处于半盲状态。我们前测采用问卷测试、小型座谈、个案调查等方式获取实验班与对比班学生的学习方法、兴趣、态度、双基等方面的资料，实验班与对比班师资水平和学生基础条件保持均衡，并制定了实验计划。
（二）教学实验实施
根据变量控制原则，按照化学“引导—研究”式教学理论模型组织实验操作，在教学实验中，我们从教材内容、学生思维心理的实际出发，选取的教学实验素材一般都是高中化学教学中的重点、难点及关键点。课堂教学主要从创设三种教学情境加以组织实施。
1.创设实验情境。实验情境的创设实质上是一种背景设置、情景铺垫，是一种为学生思维与情感的激发所作的准备，其目的是使学生进入特定的学习状态。为了激发学生创新思维的兴趣和需要，在教学实验中，我们主要采用了“问题设计实验情境”的教学方法，具体做法是：先做实验，在实验前后以及过程中，制造矛盾，提出疑问，当然这些问题的设计应该围绕实验主体教学的实质展开，即为什么要进行这种实验，进行这种实验所要达到的目的是激发学生思考，促使学生的思维从疑问开始。例如在探讨Na[,2]O[,2]的化学性质时， 我们设计了这样一个实验情境。
[教师演示]：将CO[,2]气体通入燃着的棉花
[学生观察现象]：燃着的棉花，火焰熄灭。
[学生实验]：用棉花裹住过氧化钠，向裹在棉花中的过氧化钠通入二氧化碳。
[学生观察现象]：棉花自燃。（实验成功后，学生兴奋异常。）
[教师设问]：二氧化碳一般不能助燃能灭火，为什么在同学们所做的实验中CO[,2]却偏偏能点火？
2.创设问题情境。
化学创新思维的构建，关键在于教师善于创设问题情境。所谓问题情境，就是在课堂教学中，教师以精心设计的问题为背景，并提供一定的刺激模式激发学生的思维欲望。那么创设怎样的问题情境以及如何创设，这完全取决于课堂教学的内容、特点和教学目的。根据构建创新思维教学的理论模型，我们创设问题情境一般采用了以下几种方法。
（1）揭示矛盾，创设悬念情境。在教学中，教师提出一些与学生已有知识相矛盾的问题，创设一种矛盾情境，引起学生的认知冲突。
（2）点拨启发，创设探求情境。在教学中， 教师创设出一系列由浅入深，环环入扣的问题链，并且提出的问题对学生分析、解决疑难具有强烈的启发性和导向性。
（3）一题多变，创设发散情境。在教学中， 教师以某一知识点为中心，从不同角度、方法提出更多有价值的问题，使学生能从更多的途径认识事物的本质，例如在学完《盐类水解》一节后，让学生思考和讨论，怎样以Al[,2]O[,3]为主要原料制取Al（OH）[,3]？
3.创设讨论情境。
讨论情境是指教师围绕教学的重点及难点，组织学生开展定向式、自由式或辩论式的讨论活动。讨论情境的特点和作用是：1.信息源多，信息的交换量大，加工量亦大。2.学生思维活动迅速的发散和集中，并且学生的评价作用能及时得到发挥。3.师生获得即时反馈信息快而强，教师可随时根据反馈信息及时调节教学进程，加强教学的针对性和有效性。根据讨论情境的特点和作用，我们在设计讨论情境时，注意主客观两种情境的创设。客观情境的创设，主要是为讨论提供生动的事实、实验、恰当的题目，必要的知识和技能基础以及教师对问题的描绘、点拨、引导等；主观情境则采用全班讨论、分组讨论或二者相结合的形式，激发学生内心对讨论产生兴趣和需要，引导学生以问题顺序为中心开展讨论，通过学生独立或相对独立的讨论、质疑和辨析，努力构建创新思维活动。例如，在《甲烷》结构推导的教学中，我们分二步创设如下讨论情境。
讨论情境一。
[教师讲述]：甲烷的结构式只能表示甲烷分子中碳氢原子的结合方式，但不能表示甲烷分子中各原子在空间的排布情况。实验测量出甲烷分子中的4个碳氢键的键长完全相同， 且每相邻的两个碳氢键之间的键角相等。
[教师提问]：请同学们根据这一事实，大胆地想象甲烷分子中各原子在空间的排布情况可能有几种？
[分组讨论、学生回答]：从二维空间想象：可能是正方形结构，即甲烷分子中4个氢原子位于正方形的4个顶点，碳原子位于正方形的中心。从三维空间想象：可能是正四棱锥，即碳原子位于正四棱锥的顶点，4个氢原子位于底面的4个顶点；也可能是正四面体，即碳原子位于正四面体的中心，4个氢原子位于正四面体的4个顶点。
讨论情境二。
[教师讲述]：以上是同学们根据甲烷分子结构中有关键参数的特点，以及所学过的几何空间知识通过想象而得出甲烷可能的三种空间构型，那么甲烷的空间构型究竟是三种结构中的哪一种呢？
[教师设问]：我们知道甲烷极难溶于水，由这一性质，请同学根据以前学过的相似相溶的经验规则，来判断上述三种可能的结构中，哪些结构不合理？
[全班讨论、学生回答]：正四棱锥结构不合理，因为这种结构属于极性分子结构，水是极性分子，根据“相似相溶”规则，如果甲烷分子是正四棱锥结构，则甲烷应能溶于水，这与事实不符。
[教师设问]：实验测出CH[,2]Cl[,2]只有一种结构，CH[,2]Cl[,2]是CH[,4]分子中的两个氢原了被两个氯原子所代替，根据这一事实，甲烷可能的正方形结构或正四面体结构中，哪一种结构不合理？
[分组讨论与全班讨论相结合，学生回答]：正方形结构不合理，如果甲烷是正方形结构，则对应的CH[,2]Cl[,2]应有两种结构，即两个氢原子在同一侧或在对角线上，而如果甲烷是正四面体结构，则对应的CH[,2]Cl[,2]就只有一种。所以甲烷分子应为正四面体结构。
教学实验表明，在构建化学创新思维的教学活动中，实验情境、问题情境和讨论情境三者之间既彼此独立，又相互联系。在教学中只有当三者有机地融为一体时，才能为学生提供最优的研究探索条件和环境。
此外在实验期间，我们定期组织说课、研究课、评课等活动，采用理论联系实际的方式开展交流研讨，平时通过随堂听课，召开实验班学生座谈会，对学生进行阶段成绩测试等形式，了解实验情况，根据设定的原则检查变量控制的精确度，及时弥补实验的不足。
（三）检测实验效果
我们将中学生化学学习创新思维能力的评价因素分为如下五个方面：实验观察能力、逻辑推理能力、直觉想象能力、联想类比能力、整体概括能力。在编制测试题时，以学生学过的化学知识内容作为测验的基础和依据，力求使被测试学生解答问题时的差异主要取决于他们创新思维能力，选取一类题目对应一种表面性质（见表）。
1998年5月我们对实验班和对比班的学生进行了终结性测试， 数据处理选用SYSTAT软件包，在IBM—PC微机上进行，其测验结果如下表。
从表中各项数据可以看出：试验班不仅平均分数明显超过对比班，并且试验班同学之间的水平差异也明显小于对比班，检验数据表明，采用两种不同的教学方法其教学效果有十分显著的水平差异，试验班学生化学创新思维能力明显优于对比班。