对高中化学思维训练的策略分析，本文主要内容关键词为：策略论文,高中化学论文,思维训练论文，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。
在高中阶段，化学教学中思维能力训练的策略，可概括为以下五个方面[1]，并可作为评价学生思维能力的五级指标。
一、融会贯通、统摄整理
对中学化学应掌握的内容能融会贯通，将知识横向和纵向统摄整理，且网络化，有序贮存，做“意义记忆”和抽象“逻辑记忆”，有正确复述、再现、辨认能力。这是思维能力的第一个层次，也是其他各项思维能力的基础。
例如，在学习氮元素及氮族元素时，不但要领会氮、磷这些单质及其化合物以元素族为线索的一般规律与特殊规律，还需要结合学习进程分别领会它们以周期为线索的一般规律与特殊规律。再以此为出发点，将已学习过的同类物质（如都是非金属单质、都是气态氢化物等等）做进一步考察、对比和研究，把所得结论整理成规律贮存于记忆中，以便在进一步的学习中，再做深化与发展，这样得到的知识不再是散装的、凌乱的，而是网络化、结构化的。在使自身知识网络化的过程中也培养与提高了这方面的能力，并为记忆、复述、再现辨认建立了较为牢固的基础。
二、分解问题、各个击破
能将实际问题（或题设的情境）分解，对各组分别进行分析，找出它们之间的联系，找出解决问题的突破口，能选择和调用自己贮存的知识块，将它们加以分解、迁移、转换（联想、类比、模仿、改造）、重组，使问题得到解决；并能用文字（或语言、图表）来表达自己答案的应用能力。这类能力涉及到两个分解，即题设情境的分解和知识块的分解。
一个问题的题设情境往往是由多因素构成的。将这些因素一一分解，便于找出解题的关键，确定解题的步骤，安排解题的程序，从而使全题顺利地得以解答。这是一种思维能力，为解题需要调用贮存于知识网络中的不同知识块。一种很常见的情况是，解答某一个题设情境时，需要用几个不同的知识块中的若干分组的组合。对学习者来说，首先应明确解答问题涉及到哪些知识块，然后将有关的知识块分解，调出有关的组分使它们重新组合。有时为了将它迁移到题设情境中去，还需要做出必要的转换。上述过程是一个在很短时间内就应完成的思维运作过程，是一种操作速度很快的思维能力；接下来就是表达这种思维运作的结果，无论用文字或图表等形式表达，都反映出学生的能力状况。
例1 在某一温度时，一定量的元素A的氢化物AH[，3]，在一定体积的密闭容器中可以完全分解成两种气态单质，此时压强增加了75％，则A单质的一个分子中有______个A原子，AH[，3]分解反应的化学方程式是______。
分析 确定化合物的分子式是高中化学里一个必须学会的知识内容。但是，在现行（通用）教材里主要的介绍与练习都是通过燃烧分析来确定有机化合物的分子式。
本题另辟蹊径，通过无机化合物的分解反应，来考查考生能不能灵活运用阿伏加德罗定律于新情境的问题。题目以这种学生较为陌生的方式来培养关于迁移、转换、重组的思维能力。
AH[，3]分解成两种气态单质后，在密闭容器内压强增加了75％，是本题给出的惟一条件。
在考察解题途径时，要想到题目的要求是确定单质A分子中的A原子个数。微观的粒子数与物质的量有联系，而联系物质的量或粒子数与压强之间的关系则是阿伏加德罗定律。这样，就决定了应用阿伏加德罗定律，结合题目所给出的压强改变，就成为解出此题的基本理论依据。
按照阿伏加德罗定律，在温度、体积都不变的条件下，气态物质的压强与其物质的量成正比。
从题设可看出，在密闭容器内的气体反应前压强与反应后压强之比为1∶1.75，也即反应前氢化物AH[，3]的物质的量与反应后两种气态单质（单质A和H[，2]）的物质量之比为1∶1.75，即为4∶7。
在化学方程式中，各物质的化学计量数之间的关系，就是他们的物质的量关系，这表明，在化学方程式中AH[，3]的化学计量数应该设定是4，也即参加反应的AH[，3]有4个分子，生成的单质A和H[，2]则共有7个分子。
由于单质A全部由A原子组成，从上述关系可判断出单质A的分子式一定是A[，4]。
据此，可写出此反应的化学方程式为：4AH[，3]=A[，4]+6H[，2]。
三、抽象归纳、推理想象
能将化学知识（含实际事物、实验现象、问题指定的各有关数据，题目中自己可能得到的各种信息）按内在联系抽象归纳，逻辑地统摄成规律；并能按此规律进行推理和想象（发散和收敛）的创造能力，这种能力事实上包括了两种重要的科学思维方式，即归纳思维和演绎思维。它与第一能力密切相关，而且在一定意义上以后者为依托。
这类思维能力的层次较高，要求学生必须具备一定水平的科学素质，近年来高考实践表明，凡是需要考生自己统摄成规律的试题，得分率都不高，只有少数人能够得全分。
例2 根据现有元素原子核外电子排布规律，试推断第20周期有多少种元素。
分析 在解答此题时，若直接采用书写核外电子排布式来计算第20周期所容纳的元素种类，那定然会束手无策，如果能采用一定的策略，即先分析1，2，3，4…周期所能容纳的元素种类，探索周期数和所能容纳元素种类的规律，就会发现本题的解涉及到数列的计算问题。然后按照规律来推理第20周期的元素种类。请看下列归纳：
┌────────┬───────────┬─────┬──────┬─────┐
││ │ ││周期所能容│
│周期数 │ 能级组 │电子亚层次│电子数 │ │
││ │ ││纳元素种数│
├────────┼───────────┼─────┼──────┼─────┤
│1
│1s[2] │1 │2=2×1[2]
│2 │
├────────┼───────────┼─────┼──────┼─────┤
│2
│2s[2]2p[6]│2 │8=2×2[2]
│8 │
├────────┼───────────┼─────┼──────┼─────┤
│3
│3s[2]3p[6]│2 │8=2×2[2]
│8 │
├────────┼───────────┼─────┼──────┼─────┤
│4
│ 4s[2]3d[10]4p[6]│3 │18=2×3[2] │
18 │
├────────┼───────────┼─────┼──────┼─────┤
│5
│ 5s[2]4d[10]5p[6]│3 │18=2×3[2] │
18 │
├────────┼───────────┼─────┼──────┼─────┤
│6
│6s[2]4f[14]5s[10]6p[6]│4 │32=2×4[2] │
32 │
├────────┼───────────┼─────┼──────┼─────┤
│
│ ……│ ││ │
├────────┼───────────┼─────┼──────┼─────┤
│n
│us[2]……np[6]│ ││ │
└────────┴───────────┴─────┴──────┴─────┘
综上归纳，当n为偶数时，每一能级组最多可容纳2（n/2+1）[2]个电子，化简即得n周期含（n+2）[2]/2种元素；当n为奇数时，每一能级组最多可容纳2[（n-1）/2+1）[2]个电子，化简即得n周期舍（n+1）[2]/2种元素。这样就不难推出第20周期（n=20，偶数）所能容纳的元素为（n+2）[2]/2=（20+2）[2]/2=242种。
可见，本题涉及的虽然是未知问题，但只要我们掌握了这种思维策略，其实不难。
四、比较分析、选择方案
通过分析和综合、比较和论证，选择解决问题最佳方案的评价能力。美国著名的心理学家、“掌握学习”学派创始人布卢姆在他的学习目标分类中，把“评价”作为认知领域中最高的水平。
当解决一个具体问题可以采用多种方案时，通过从各个角度的评价，选择出最佳方案，在科学实践中，这是一类很复杂、很深刻的思维过程。分析和综合、比较和论证都是较高层次的思维活动，其中分析和综合又是比较和论证的基础。
例3 用实验确定某酸HA是弱电解质。两同学的方案分别是：
甲：①称取一定质量的HA配置浓度为0.1mol·L[-1]的溶液100mL；②用pH试纸测出该溶液的pH，即证明HA是弱电解质。
乙：①用已知物质的量浓度的HA溶液、盐酸，分别配制pH=1的两种溶液各100mL；②分别取这两种溶液各10mL，加水稀释为100mL；③各取相同体积的两种稀释液装入两个试管，同时加入纯度相同的锌粒，观察现象，即可证明HA是弱电解质。
（1）在两个方案的第①步中，都要用到的定量仪器是______。
（2）甲方案中，说朋HA是弱电解质的理由是测得溶液的pH_____7（填“＜”“＞”“=”）；乙方案中，说明HA是弱电解质的现象是_______。
（a）装HCl溶液的试管中放出的H[，2]速率快；
（b）装HA溶液的试管中放出H[，2]的速率快；
（c）两个试管中产生气体速率一样快。
（3）请评价乙方案中难以实现之处和不妥之处。
（4）请你再提出一个合理而比较容易进行的方案（药品可任取），做简明扼要表述。
分析 在本题中，要求评价的对象是确定某酸HA为弱电解质的几种实验方案，评价的依据主要是弱电解质的电离理论及其与强电解质的区别。通过对评价能力的训练，有助于学生加强已有知识的网络化，并且巩固基本的思维方法，如分析、比较、论证等。
甲方案中，在0.1mol·L[-1]的弱酸HA溶液中，由于HA只有部分电离，H[+]浓度必定小于0.1mol·L[-1]，pH应该大于1。
乙方案中，在两种稀溶液中同时加入纯度相同的锌粒，盐酸稀释体积变大，但H[+]的物质的量不会增加，pH变化的幅度较大；弱酸HA稀释后，电离度增大，H[+]的物质的量增加，因此，pH变化的幅度较小。加入锌粒后，装HA溶液的试管中因H[+]的物质的量浓度大，所以放出H[，2]的速率快，因此应选（b）。
乙方案中，要求配制某一定pH的弱酸溶液，但影响溶液的因素很多，如温度变化等，导致配制的溶液pH的变化不稳定。因此配制pH=1的弱酸HA溶液较难实现。不妥之处是，因为是液体与固体反应，固体的表面积对反应速率的影响较大，仅仅用反应产生的气体的速率来判断溶液中H[+]浓度的大小，说服力不强。
要证明某酸是弱酸还有很多方法。如：配制NaA的盐溶液，测量溶液的pH，pH＞7，说明HA是弱酸（其他合理的方法也同样可以）。
五、建立模型、计算解决
将化学问题抽象为数学问题或数学模型，利用数学工具，通过计算（结合化学知识）解决化学问题的能力。数学进入化学学科，意味着化学从定性发展到定量阶段，意味着化学学科的成熟。数学已成为现代化学中不可缺少的重要工具，将化学问题抽象为数学问题，是思维的一种飞跃，这也是一种高层次的思维能力。
例4 1996年诺贝尔化学奖授予对发现C[，60]有重大贡献的三位科学家。C[，60]分子是形如球状的多面体（如图），该结构的建立基于以下考虑：
①C[，60]分子中每个碳原子只跟相邻的3个碳原子形成化学键；②C[，60]分子只含有五边形和六边形；③多面体的顶点数、面数和棱边数的关系，遵循欧拉定律：顶点数+面数-棱边数=2。
据上所述，可推知C[，60]分子有12个五边形和20个六边形，C[，60]分子所含的双键数为30。请回答下列问题：
（1）固体C[，60]与金刚石相比较，熔点较高者应是______，理由是：________。
（2）试估计C[，60]跟F[，2]在一定条件下，能否发生反应生成C[，60]F[，60]（填“可能”或“不可能”）______，并简述其理由：___________。
（3）通过计算确定C[，60]分子所含单键数为____。
（4）C[，70]分子也已制得，它的分子结构模型可以与C[，60]同样考虑而推知。通过计算确定C[，70]分子中五边形和六边形的数目分别是：______和_______。
分析 本题旨在通报有关1996年诺贝尔化学奖得主主要贡献是对C[，60]研究开辟了化学研究新领域。对于C[，60]、C[，60]高新科研成果，作为中学生也可做一些初步了解。题目给出了C[，60]的结构示意图和欧拉定理。看一看学生是否能够将立体几何图形和化学分子模型联系起来，碳原子数就是“顶点数”、五边形和六边形的总数就是“面数”，而化学键数（包括单、双键）就是“棱边数”。如果能将化学概念（问题）抽象成为数学问题，再用数学工具（数学公式题目已给出）解决问题就达到了思维能力的最高层次。
题中已7次提到C[，60]是分子。因此，它的固态只能成为分子晶体，分子间仅有范式引力，是很弱的。而金刚石则是原子晶体，其固体是原予以共价键相连接的一个巨大分子。因此，要破坏这个晶体就要破坏共价键，需要外加较大能量，表现出熔点高。
题中已给出，C[，60]分子中有30个双键。每个碳原子都跟其他3个碳原予相连，共有60×3×1/2=90个化学键，90-30=60，故单键数应该是60个。
既然分子中有30个双键，而烯键加溴是学生所熟知的反应，F[，2]还比Br[，2]更为活泼，因此可以加60个氟，也是能推理肯定的。
观察C[，60]模型和考虑欧拉定理：
碳原子数=顶点数=60
五边形、六边形总数=面数
价键数=棱边数=60×3×1/2=90
很快可以验证得到面数=32和题目所给五边形12个、六边形20个相符合。用同样考虑计算C[，70]。
C[，70]中，顶点数：碳原子数=70，面数=f个五边形+h个六边形，棱边数=顶点数×3×1/2=105，带入欧拉公式得：f+h=37。如何分配这37个面，可进一步考虑五边形、六边形的所有的边数应该是棱边数的两倍，即：5f+6h=3×70，跟上式联立，即得：f=12，h=25。
培养思维能力是高中化学教学的重要课程目标。在高中阶段，学生的思维正处于快速发展期和定型期，在这段时期加强对思维能力的培养，有助于发展学生的终身学习能力。化学是一门基础学科，在其发展过程中形成了自己独有的学科思维方法和策略体系，可以说，化学学科知识本身就是思维的载体，化学在培养学生的思维方面具有不可替代的作用。