刊名: 教师教育研究
主办: 北京师范大学;华东师范大学;高等学校教资培训交流北京中心
周期: 双月
出版地:北京市
语种: 中文;
开本: 大16开
ISSN: 1672-5905
CN: 11-5147/G4
邮发代号: 2-418
历史沿革:
曾用刊名:高等师范教育研究
期刊荣誉:核心期刊 CSSCI来源期刊来源期刊;国家新闻出版总署收录;Caj-cd规范获奖期刊;中国期刊网来源刊;百种重点期刊;社科双百期刊;全国优秀社科期刊
创刊时间:1989
分类思维在化学学习中的运用
【作者】 张 军
【机构】 重庆南开中学
【摘要】【关键词】
【正文】摘 要:人教版《普通高中课程标准实验教科书(化学) 》(2007),设置了《物质分类》一节,体现出新课程理念对分类思维的重视。本文从分类思维在思维发展和学习行为中的重要性出发,结合化学学科的特点分析分类思维在化学学习中的应用。
关键词: 分类思维 概念学习
1 问题提出
《孙子兵法》谋攻篇中写道:“用兵之法,十则围之,五则攻之,倍则战之。敌则能分之,少则能守之,不若则能避之。”这种“分而治之”的策略在日常生活中经常用到。化学学习也一样,常需要分情况处理。如稀硫酸与K,Al,Cu反应的情况不一样;浓硫酸与K,Al,Cu反应的情况又不一样。这实际上就是分类思维的运用。
高中化学新课程已经在全国范围内全面铺开,课程改革的主要目的是使学生在知识与技能、过程与方法和情感态度与价值观三个方面得到发展,其中重要的方面是让学生在化学学习中,学会运用观察、实验、查阅资料等多种手段获取信息,并能运用比较、分类、归纳、概括等方法对信息进行加工[1]
也就是说,在化学学习中,在遇到不同的问题时,能够分清情况、灵活解决;遇到同类问题时,抓住问题的本质原理,在合理的迁移情况下创新性地解决新问题。笔者在教学中发现,不少同学对一些相似的化学概念不能区分;对同样类型及原理的化学反应不能归类解决;对需要分情况处理、全面思考的问题只能得出片面甚至错误的答案。笔者认为,这恰恰体现了分类思维在化学学习中的缺失。值得欣慰的是,人教版《普通高中课程标准实验教科书》(2007),专门设置了《物质分类》一节,体现出课程专家及化学教育界对分类思维的重视。
2 分类思维是认知发展和学习能力的重要组成部分
什么是分类思维呢?首先我们来考察分类的含义。按照《现代汉语词典》的解释,分类是根据事物的特点分别归类[2]。《中华大辞典》对分类的解释是这样的:“分类是划分的特殊形式,是以对象的本质属性或显著特征为根据所作的划分,和一般划分有所不同,一般划分比较简单,可以简单到采取二分法;而分类则比较复杂,是多层次的,即由最高的类依次分为较低的、更低的类”。
根据皮亚杰的认知发展理论,分类是一种类逻辑的基本活动,分类的心理运作是将具有相同或相似特征的事物放置在一起。分类是一项重要的认知能力[3]。皮亚杰认为,分类思维能力是儿童认知发展到具体运算思维的特征。它的起源可以追溯到感知运动期,婴儿通过可抓住或不可抓住的感觉进行实际的动作分类。[4]能够准确的对事物进行分类,才说明儿童能够从抽象意义认识事物。
在行为主义心理学中,学习就是对知识进行类化和强化的过程,他们认为,经条件作用的实验程序形成条件反应后,与实验中所采用的条件刺激类似的其他刺激,也会引起相似的条件反应,就是类化。而在个体所学到的条件反应,只对条件作用中受到强化过的条件刺激反应,对其他类似而未经受过强化的刺激不做反应,就是辨别。并且指出,类化是趋同,辨别是趋异,两者交互运用,才能构成准确精密的学习[5]。
本文的分类思维,将皮亚杰认知发展中对事物分类的心理活动与行为主义心理学中类化的心理活动综合在一起,指在学习中,不但能够对不同的概念、问题等进行区分;还能够将新问题与旧问题进行区别与联系,创新性的解决实际遇到的各种问题。
3 利用分类思维,提高化学学习能力
3.1 利用分类思维,有效掌握化学概念
概念是对具有共同属性事物的概括性认识[6]。联系分类思维的特点,可以看出,概念的形成体现了分类的思维过程;概念的学习,就应该运用分类思维的方法。
化学概念是化学学习的重要组成部分,是构建化学学科知识框架的节点[7]。化学概念,分为两种:一种是具体概念,比如酸、碱、盐等;一种是定义概念,如化学平衡、水解、氧化还原反应等。张春兴在所著《教育心理学》中指出,具体概念的学习以辨别能力为基础,先能辨别事物的特征,然后才会将特征归类成为共同属性而形成概念[8]。而一个具体的概念,又包括概念的内涵和外延,我们要从概念的外延和内涵两个方面去学习和掌握化学概念。化学教育家刘知新指出,明确概念外延的方法是用划分与归类来明确某概念所包含的各对象和他们之间的关系[9]。这都体现了概念分类心理过程的特点,所以我们在学习化学概念的时候,要明确概念的本质意义,利用分类思维理解各个概念之间的关系。
比如电解质、非电解、强电解质、弱电解质等概念,很多学生到高三也不能熟练掌握。到底该如何去学习这些概念呢?理解这些概念,首先要明确这些概念实质是对物质的分类过程:电解质、非电解质是基于“化合物的水溶液或在熔融状态下能不能导电”而进行的分类;强电解质和弱电解质是基于“电解质在水溶液中电离程度不同”而进行的分类。这个分类关系如下:
注:1 按包含物质种类的多少分类;
2 按物质所含元素种类多少分类;
3 按水溶液或熔融状态下能不能导电分类;
4 按在水溶液中能不能完全电离分类。
通过这个分类关系图,各个概念的关系一目了然。于是我们不但知道什么是电解质、非电解质,还很容易地判断Cu、S等单质既不是电解质也不是非电解质。
利用分类思维进行概念学习的方法还可以运用在更多场合,如有机化学的烃、烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃、烃的衍生物、卤代烃、醇、醛、酸、酯等概念,一个一个孤立地理解,费时费力、效果不明显;利用分类思想,找出这些概念的实是按照有机物的组成和结构特点而进行的分类,进而寻找分类标准、理解分类关系,这些概念也就清楚明白了。这就像面对千军万马,一个个单独发号司令,就像一盘散沙,毫无战斗力;而分类组织,系统调度,就会有一往无前、旗开得胜。
3.2 利用分类思维,有效掌握化学反应规律
化学反应是化学学科的本质体现,也是通过化学认识自然的基本手段。理解和掌握数量庞杂的化学反应,是每一个学习和研究化学的人不得不面对的任务。
正确而有效地理解和掌握各种化学反应,笔者认为,也应该利用分类思维,将具有相同原理的化学反应分门别类地处理。在研究化学反应的时候,首先要想到,每一个化学反应都有之所以发生的原理。比如氧化还原反应,就是氧化剂和还原剂在适当的条件发生电子转移,还原剂将电子转移给氧化剂。因此,判断一个氧化还原反应能不能发生,就是对氧化剂的氧化能力和还原剂的还原能力进行分类考虑。研究其他的反应也一样,要有效掌握化学反应规律,达到掌握一个反应,就会一类反应的目的。如考虑氧化钠、氧化镁、氧化铁、氧化铜、氧化锌等金属氧化物与盐酸反应时,抓住它们都是碱性氧化物的特点,利用碱性氧化物和酸反应生成盐和水的反应规律,得出氧化钠与水反应生成氯化钠和水,氧化镁与水反应生成氯化镁和水,氧化铁与水反应生成氯化铁和水......
利用分类归纳,我们可以在理解反应时,找出所属类型,举一反三地解决;即使遇到一些较复杂的新问题时,也能将其类化到已经学习的知识中,创新性的解决新的问题。比如高中的《氧族元素》一章中,讲到硫化氢与二氧化硫的反应(2H2S+SO2=3S+2H2O),同学们一般能掌握这个反应。但考察硫化钠,亚硫酸钠与稀硫酸三种溶液混合时的反应时,有相当部分同学觉得复杂、陌生而不能正确作答。其实,我们深入考察,发现硫化钠、亚硫酸钠与稀硫酸三种溶液混合时发生的反应,与H2S与SO2反应是“一类”的,甚至可以说是“一样”的:硫化钠与稀硫酸反应生成H2S ,亚硫酸钠与稀硫酸反应生成SO2,综合起来,就是H2S与SO2 的反应。找到了这个“类似”关系,继续分析,还可以理解当体系中硫化钠与亚硫酸钠不是2 :1的物质的量比时,还可能在硫化钠过量时生成H2S,亚硫酸钠过量时生成SO2 。就这样,我们利用分类思维,将复杂、陌生的问题,变成了熟悉的反应类型,这个过程,也就是创新思维的运用过程。
3.3 利用分类思维,有效解决化学问题
数学解题中要分类讨论,在解决化学问题的时候,也要具备分类思维,才能全面正确地得出结论。就如笔者在问题提出部分阐述的关于金属与酸的反应,如果不能层层分类地把各种情况全面分析,往往只能得出片面的、错误的结论。
这样的情况还有很多,如学习“水的电离”之后,很多同学对水电离出的c(H+)与溶液的酸碱性关系不能很好掌握。笔者在教学中布置作业,让同学计算 “在25℃时,某溶液中由水电离出的c(H+)为1×10-12 mol·L-1,溶液的pH为多少?”不少同学看到c(H+)为1×10-12 mol·L-1,立即带入公式计算得出pH为12,这显然是不全面的。
正确的思路,应该牢记水的电离是可逆反应,运用化学平衡移动理论分析。即常温下水电离出的c(H+)为1×10-12 mol·L-1时,表明水的电离受到抑制,有两种情况:其一,溶液中c(H+)大,溶液显酸性,pH为2;其二,溶液中c(OH-)大,溶液显碱性,pH为12。
4 结论
叶圣陶先生曾说过:“教就是为了不教。”如何达到老师“不教”、学生“会学”的教育目标呢? 那就要加强学生的思维培养,让学生通过良好的思维训练,培养起终生受用的思维能力。本文所讨论的分类思维,就是其中一种重要的思维能力。因此,要在化学教学中加强分类思维的渗透,以有效提高化学学习效果,提升学生的思维水平,进而促使高中化学新课程目标的实现,培养出具有创新能力的人才。
参考文献:
[1]王磊主编,《理解与实践高中化学新课程》[M].北京:高等教育出版社2007,3
[2]《现代汉语词典》,北京:商务印书馆2008,400
[3]张春兴,《教育心理学》[M].浙江:浙江教育出版社1998,96
[4]《教育大辞典》,第5卷,上海:上海教育出版社1990,7
[5]张春兴,《教育心理学》[M].浙江:浙江教育出版社1998,178
[7]张春兴,《教育心理学》[M].浙江:浙江教育出版社1998,453
[8]罗秀玲,教师与学生部分核心化学概念相异构想的比较研究[J].化学教育,2008(1):31
[9]张春兴,《教育心理学》[M].浙江:浙江教育出版社1998,454
[10]刘知新,《化学教学论》[M].北京:高等教育出版社1997,230
关键词: 分类思维 概念学习
1 问题提出
《孙子兵法》谋攻篇中写道:“用兵之法,十则围之,五则攻之,倍则战之。敌则能分之,少则能守之,不若则能避之。”这种“分而治之”的策略在日常生活中经常用到。化学学习也一样,常需要分情况处理。如稀硫酸与K,Al,Cu反应的情况不一样;浓硫酸与K,Al,Cu反应的情况又不一样。这实际上就是分类思维的运用。
高中化学新课程已经在全国范围内全面铺开,课程改革的主要目的是使学生在知识与技能、过程与方法和情感态度与价值观三个方面得到发展,其中重要的方面是让学生在化学学习中,学会运用观察、实验、查阅资料等多种手段获取信息,并能运用比较、分类、归纳、概括等方法对信息进行加工[1]
也就是说,在化学学习中,在遇到不同的问题时,能够分清情况、灵活解决;遇到同类问题时,抓住问题的本质原理,在合理的迁移情况下创新性地解决新问题。笔者在教学中发现,不少同学对一些相似的化学概念不能区分;对同样类型及原理的化学反应不能归类解决;对需要分情况处理、全面思考的问题只能得出片面甚至错误的答案。笔者认为,这恰恰体现了分类思维在化学学习中的缺失。值得欣慰的是,人教版《普通高中课程标准实验教科书》(2007),专门设置了《物质分类》一节,体现出课程专家及化学教育界对分类思维的重视。
2 分类思维是认知发展和学习能力的重要组成部分
什么是分类思维呢?首先我们来考察分类的含义。按照《现代汉语词典》的解释,分类是根据事物的特点分别归类[2]。《中华大辞典》对分类的解释是这样的:“分类是划分的特殊形式,是以对象的本质属性或显著特征为根据所作的划分,和一般划分有所不同,一般划分比较简单,可以简单到采取二分法;而分类则比较复杂,是多层次的,即由最高的类依次分为较低的、更低的类”。
根据皮亚杰的认知发展理论,分类是一种类逻辑的基本活动,分类的心理运作是将具有相同或相似特征的事物放置在一起。分类是一项重要的认知能力[3]。皮亚杰认为,分类思维能力是儿童认知发展到具体运算思维的特征。它的起源可以追溯到感知运动期,婴儿通过可抓住或不可抓住的感觉进行实际的动作分类。[4]能够准确的对事物进行分类,才说明儿童能够从抽象意义认识事物。
在行为主义心理学中,学习就是对知识进行类化和强化的过程,他们认为,经条件作用的实验程序形成条件反应后,与实验中所采用的条件刺激类似的其他刺激,也会引起相似的条件反应,就是类化。而在个体所学到的条件反应,只对条件作用中受到强化过的条件刺激反应,对其他类似而未经受过强化的刺激不做反应,就是辨别。并且指出,类化是趋同,辨别是趋异,两者交互运用,才能构成准确精密的学习[5]。
本文的分类思维,将皮亚杰认知发展中对事物分类的心理活动与行为主义心理学中类化的心理活动综合在一起,指在学习中,不但能够对不同的概念、问题等进行区分;还能够将新问题与旧问题进行区别与联系,创新性的解决实际遇到的各种问题。
3 利用分类思维,提高化学学习能力
3.1 利用分类思维,有效掌握化学概念
概念是对具有共同属性事物的概括性认识[6]。联系分类思维的特点,可以看出,概念的形成体现了分类的思维过程;概念的学习,就应该运用分类思维的方法。
化学概念是化学学习的重要组成部分,是构建化学学科知识框架的节点[7]。化学概念,分为两种:一种是具体概念,比如酸、碱、盐等;一种是定义概念,如化学平衡、水解、氧化还原反应等。张春兴在所著《教育心理学》中指出,具体概念的学习以辨别能力为基础,先能辨别事物的特征,然后才会将特征归类成为共同属性而形成概念[8]。而一个具体的概念,又包括概念的内涵和外延,我们要从概念的外延和内涵两个方面去学习和掌握化学概念。化学教育家刘知新指出,明确概念外延的方法是用划分与归类来明确某概念所包含的各对象和他们之间的关系[9]。这都体现了概念分类心理过程的特点,所以我们在学习化学概念的时候,要明确概念的本质意义,利用分类思维理解各个概念之间的关系。
比如电解质、非电解、强电解质、弱电解质等概念,很多学生到高三也不能熟练掌握。到底该如何去学习这些概念呢?理解这些概念,首先要明确这些概念实质是对物质的分类过程:电解质、非电解质是基于“化合物的水溶液或在熔融状态下能不能导电”而进行的分类;强电解质和弱电解质是基于“电解质在水溶液中电离程度不同”而进行的分类。这个分类关系如下:
注:1 按包含物质种类的多少分类;
2 按物质所含元素种类多少分类;
3 按水溶液或熔融状态下能不能导电分类;
4 按在水溶液中能不能完全电离分类。
通过这个分类关系图,各个概念的关系一目了然。于是我们不但知道什么是电解质、非电解质,还很容易地判断Cu、S等单质既不是电解质也不是非电解质。
利用分类思维进行概念学习的方法还可以运用在更多场合,如有机化学的烃、烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃、烃的衍生物、卤代烃、醇、醛、酸、酯等概念,一个一个孤立地理解,费时费力、效果不明显;利用分类思想,找出这些概念的实是按照有机物的组成和结构特点而进行的分类,进而寻找分类标准、理解分类关系,这些概念也就清楚明白了。这就像面对千军万马,一个个单独发号司令,就像一盘散沙,毫无战斗力;而分类组织,系统调度,就会有一往无前、旗开得胜。
3.2 利用分类思维,有效掌握化学反应规律
化学反应是化学学科的本质体现,也是通过化学认识自然的基本手段。理解和掌握数量庞杂的化学反应,是每一个学习和研究化学的人不得不面对的任务。
正确而有效地理解和掌握各种化学反应,笔者认为,也应该利用分类思维,将具有相同原理的化学反应分门别类地处理。在研究化学反应的时候,首先要想到,每一个化学反应都有之所以发生的原理。比如氧化还原反应,就是氧化剂和还原剂在适当的条件发生电子转移,还原剂将电子转移给氧化剂。因此,判断一个氧化还原反应能不能发生,就是对氧化剂的氧化能力和还原剂的还原能力进行分类考虑。研究其他的反应也一样,要有效掌握化学反应规律,达到掌握一个反应,就会一类反应的目的。如考虑氧化钠、氧化镁、氧化铁、氧化铜、氧化锌等金属氧化物与盐酸反应时,抓住它们都是碱性氧化物的特点,利用碱性氧化物和酸反应生成盐和水的反应规律,得出氧化钠与水反应生成氯化钠和水,氧化镁与水反应生成氯化镁和水,氧化铁与水反应生成氯化铁和水......
利用分类归纳,我们可以在理解反应时,找出所属类型,举一反三地解决;即使遇到一些较复杂的新问题时,也能将其类化到已经学习的知识中,创新性的解决新的问题。比如高中的《氧族元素》一章中,讲到硫化氢与二氧化硫的反应(2H2S+SO2=3S+2H2O),同学们一般能掌握这个反应。但考察硫化钠,亚硫酸钠与稀硫酸三种溶液混合时的反应时,有相当部分同学觉得复杂、陌生而不能正确作答。其实,我们深入考察,发现硫化钠、亚硫酸钠与稀硫酸三种溶液混合时发生的反应,与H2S与SO2反应是“一类”的,甚至可以说是“一样”的:硫化钠与稀硫酸反应生成H2S ,亚硫酸钠与稀硫酸反应生成SO2,综合起来,就是H2S与SO2 的反应。找到了这个“类似”关系,继续分析,还可以理解当体系中硫化钠与亚硫酸钠不是2 :1的物质的量比时,还可能在硫化钠过量时生成H2S,亚硫酸钠过量时生成SO2 。就这样,我们利用分类思维,将复杂、陌生的问题,变成了熟悉的反应类型,这个过程,也就是创新思维的运用过程。
3.3 利用分类思维,有效解决化学问题
数学解题中要分类讨论,在解决化学问题的时候,也要具备分类思维,才能全面正确地得出结论。就如笔者在问题提出部分阐述的关于金属与酸的反应,如果不能层层分类地把各种情况全面分析,往往只能得出片面的、错误的结论。
这样的情况还有很多,如学习“水的电离”之后,很多同学对水电离出的c(H+)与溶液的酸碱性关系不能很好掌握。笔者在教学中布置作业,让同学计算 “在25℃时,某溶液中由水电离出的c(H+)为1×10-12 mol·L-1,溶液的pH为多少?”不少同学看到c(H+)为1×10-12 mol·L-1,立即带入公式计算得出pH为12,这显然是不全面的。
正确的思路,应该牢记水的电离是可逆反应,运用化学平衡移动理论分析。即常温下水电离出的c(H+)为1×10-12 mol·L-1时,表明水的电离受到抑制,有两种情况:其一,溶液中c(H+)大,溶液显酸性,pH为2;其二,溶液中c(OH-)大,溶液显碱性,pH为12。
4 结论
叶圣陶先生曾说过:“教就是为了不教。”如何达到老师“不教”、学生“会学”的教育目标呢? 那就要加强学生的思维培养,让学生通过良好的思维训练,培养起终生受用的思维能力。本文所讨论的分类思维,就是其中一种重要的思维能力。因此,要在化学教学中加强分类思维的渗透,以有效提高化学学习效果,提升学生的思维水平,进而促使高中化学新课程目标的实现,培养出具有创新能力的人才。
参考文献:
[1]王磊主编,《理解与实践高中化学新课程》[M].北京:高等教育出版社2007,3
[2]《现代汉语词典》,北京:商务印书馆2008,400
[3]张春兴,《教育心理学》[M].浙江:浙江教育出版社1998,96
[4]《教育大辞典》,第5卷,上海:上海教育出版社1990,7
[5]张春兴,《教育心理学》[M].浙江:浙江教育出版社1998,178
[7]张春兴,《教育心理学》[M].浙江:浙江教育出版社1998,453
[8]罗秀玲,教师与学生部分核心化学概念相异构想的比较研究[J].化学教育,2008(1):31
[9]张春兴,《教育心理学》[M].浙江:浙江教育出版社1998,454
[10]刘知新,《化学教学论》[M].北京:高等教育出版社1997,230