论化学学习中想象思维的培养价值，本文主要内容关键词为：思维论文,化学论文,价值论文，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。
想象思维培养是化学教学的重要目标之一。在教学观察中发现教师对于想象思维的培养没有给予很好的关注，主要表现为：没有将想象思维作为显性的教学目标；教学活动中很少为学生提供想象思维和表达想象的机会；以直接呈现图示的方式或动画的方式代替想象思维；缺乏相应的说明性话语和辅助性话语。出现上述问题的原因既有教师认识上的原因，也有教学方法上的原因。教师认识到想象思维的培养价值是教师关注想象思维培养的前提。因此本文就化学学习中想象思维的培养价值进行探讨。 想象是化学思维的基本形式，也是化学学习的基本方式。想象对于学生化学学习的价值主要在于帮助学生学习和理解化学的核心内容，形成“宏微符”3水平相结合的思维方式，进一步理解科学本质。 一、化学核心内容的认知学习需要想象 许多化学内容的认知学习离不开想象思维，下面通过分析几个核心内容的认知学习过程说明想象思维的价值。 （一）分子、原子概念的建立需要想象 分子、原子概念的建立，对于学生的化学学习起着至关重要的认识基础作用。化学是在分子、原子水平上研究和认识物质及其转化的学科，学生的化学学习也必须从分子、原子水平上认识物质及其转化。分子、原子概念的建立，一方面可以把学生引入认识化学、理解化学的微观世界，另一方面可以为学生进一步建构相应的化学理论、深化理解化学现象打下良好的认识基础。如果分子、原子概念没有很好地建立起来，学生的化学学习也就没有真正进入化学的世界。 分子概念建立的关键就是帮助学生形成有关分子认识的想象思维。分子概念的建立需要经历2个认识阶段，形成2个层次的理解。第一阶段是认识到物质分子的存在，形成物质微粒性的相关认识：物质是由肉眼看不见的其相应微粒分子构成的，不同的物质具有不同的分子；分子总是在不断运动着的；分子间有间隔。这些认识是以观察事实为认识基础的，如糖块放到水里会逐渐“消失”而水却有了甜味，湿的衣服经过晾晒就会变干，气体可压缩储存于钢瓶中等是认识物质微粒性的常见事实。但由这些观察事实推论出物质的微粒性认识不是一件简单的事情，因为，物质的微粒性认识不是从直接的观察得来的，而是在观察基础上经过想象才能形成的推论性认识。从观察事实到推论性认识不是一种连续的逻辑推理思维活动，而是一种有较大认识“跨度”的想象思维活动。没有相应的想象思维活动，学生是不可能形成物质的微粒性认识的。第二阶段是在分子水平上比较物质的物理变化和化学变化，认识到物质的化学变化是一个有新分子生成的过程，分子是保持物质化学性质的基本微粒。第二阶段的认识是以第一阶段的想象思维为认识基础的，如果第一阶段没有形成相应的想象思维，第二阶段的认识就无法达成。 原子概念建立的关键是建立原子重新组合的想象模型。原子概念的建立也是需要2个认识阶段。第一阶段是认识到原子的存在，形成物质的分子可以分为原子的认识。为了形成这一认识，一般选择物质发生分解反应为事实基础，以物质是由肉眼看不见的其相应微粒分子构成的为认识基础，经过想象思维推论出分子可分，形成分子可以分为原子的认识。第二阶段是在原子水平上解释化学变化过程的认识活动中，建立原子概念，形成原子是化学变化过程中最小微粒的认识。分子和原子都是肉眼看不见的，原子水平上的化学变化过程也是肉眼无法看到的，现代最先进的仪器也是无法观察到这个过程的。为了从原子水平上解释化学变化过程，科学家利用了具有创造性的模型思维方法，提出了原子重新组合模型，并给原子下了定义：原子是化学变化中最小的微粒。第一阶段的想象思维属于推论性想象，第二阶段的想象思维是模型思维，属于假设性想象思维。 （二）原子结构理论的学习需要想象 原子结构理论是化学的核心理论之一。原子结构理论的学习可以帮助学生深化理解许多有关物质及其转化的问题，如元素种类只有百十余种，而由元素化合而成的物质却有几千万种，元素具有强的化合性，元素的化合价，物质的化学式，元素的原子是如何形成分子的，原子之间的作用方式，元素的金属性或非金属性，元素性质的周期性变化规律等。原子结构理论的学习是以原子结构的认识为基础的。 原子结构的认识需要丰富的想象思维。中学阶段，原子结构的认识是分初中、高中必修和高中选修3个水平阶段进行的。初中阶段，关于原子结构的认识分为2个层次。第一层次，原子的构成。认识到原子是可分的，原子是由居于原子中心的原子核和核外电子构成的。第二层次，原子核外电子的排布。认识到，相对于原子来说，原子核外有很大的空间，电子在原子核外做高速的运动。含有多个电子的原子中，核外电子具有不同的运动状态，离核近的电子能量较低，离核越远，电子的能量越高，离核最近的电子层为第一层，离核最远的电子层叫最外层。核外电子的这种分层运动又叫做分层排布。原子是肉眼看不见的，原子的构成更是肉眼看不见的。关于原子构成的认识主要是以电子的发现等事实为基础，经过推论性想象思维形成的。关于原子核外电子排布的认识需要3种想象思维：一种是关于电子高速运动的想象思维，一种是关于电子运动具有能量的想象思维，一种是关于不同能量电子分层排布的模型想象思维。初中阶段的学习，使学生初步认识到，电子的运动与宏观物体运动不同，宏观物体的运动是能够看得见的，可以通过速度、位移和轨迹来研究运动规律。电子的运动是看不见的，电子的高速运动以及能量特征与宏观物体的运动不同，需要通过想象思维和模型方法帮助认识。 高中必修阶段，关于原子结构的认识比初中有2点深化和扩展。第一是对电子层含义的深化，强调电子层是“能量不同的区域”，不同的区域是不连续的。电子在不同电子层的运动指的是，电子在能量不同的区域内运动。第二是扩展对核外电子的排布的认识，认识到核外电子的排布是有规律的。这一阶段关于原子结构的认识需要的想象思维主要是：将电子层想象为能量不同的区域，将核外电子的分层排布想象为电子在能量不同的区域内运动，在不同区域内运动的电子数是有限的。通过高中必修阶段的学习，进一步认识到电子的高速运动以及能量特征与宏观物体的运动不同。 高中选修阶段，关于原子结构的认识在必修的基础上又有3点深化和扩展。第一是关于能层与能级的认识，认识到在多电子原子中，同一能层的电子，能量也可能不同，还可以把它们分成能级。在此基础上学习原子的构造原理、能量最低原理和元素原子的电子排布式。第二是从量子力学的角度形成关于电子云的认识，认识到对于电子的运动不可能像描述宏观物体运动那样，确定核外电子在某个时刻处于原子核外空间何处，而只能确定它出现在原子核外空间各处的概率。电子云是处于一定空间运动状态的电子在原子核外空间的概率密度分布的形象化描述，不同空间运动状态的电子云形状是不同的，量子力学把电子在原子核外的一个空间运动状态称为一个原子轨道。第三是认识到电子的自旋运动状态，进一步学习泡利原理、洪特规则以及原子的电子排布图。这一阶段关于原子结构的认识需要的想象思维主要是：按照“运动区域”对于能层与能级的想象，对于电子在原子核外空间各处出现概率的“电子云”想象，对于不同空间运动状态的电子云的想象，对于电子在原子核外的空间运动状态的“原子轨道”想象。这里虽然用了“轨道”一词，但绝不是宏观物体运动的“轨迹式”轨道（原子的行星模型），而是需要靠想象来形成量子力学描述的具有一定空间运动状态的图式。 需要指出的是，“核外电子的运动”内容的学习对于学生关于运动的理解具有“范式”转变价值，从初中、高中必修到高中选修，以关注电子的能量为基本思维方式，经历了电子层、不同的运动区域、电子在原子核外的空间运动状态等认识历程，实现了对于核外电子运动的认识由“原子的行星模型”向“原子的量子模型”的转变。在“核外电子的运动”内容的整个认识进程中，没有相应的想象思维活动，是不可能有效地实现对于运动理解的“范式”转变。 （三）化学键理论的学习需要想象 化学键理论是化学的核心理论之一。化学键理论的学习可以帮助学生进一步解释元素的原子通过什么作用形成丰富多彩的物质，解释化学反应的本质，解释物质在化学反应中发生能量变化的主要原因，解释分子的结构等。 化学键理论的学习需要丰富的想象思维。高中必修阶段，对于化学键的认识主要包括3个层次：第一是认识化学键的涵义，知道离子键和共价键的形成。第二是从化学键的角度认识化学反应的本质。化学反应本质上是旧键断裂和新键形成的过程。第三是认识化学键与化学反应中能量变化的关系。这一阶段学习化学键理论需要的想象思维主要是：对离子键形成过程的电子转移及其离子之间的相互作用的想象，对原子之间共用电子对使原子达到稳定结构的想象，将化学反应过程想象为2个过程，即反应物化学键的断裂过程和生成物化学键的形成过程，想象断开反应物中的化学键吸收能量，形成生成物的化学键放出能量。 高中选修阶段，对于化学键理论的学习有3点深化和扩展。第一，从电子云的角度理解共价键的形成过程。原子之间共用电子对可以想象为电子云在2个原子核之间的重叠，意味着电子出现在核间的概率增大，共用电子对好比在核间架起一座带负电的桥梁，把带正电的原子核“黏结”在一起。第二，认为共价键也是有电子云形状的。根据电子云形状的重叠形式（“头碰头”或“肩并肩”）和对称性（轴对称或镜面对称），共价键分为σ键和π键。第三，建构杂化轨道理论解释分子构型。杂化轨道理论的要点是：形成共价键的原子轨道混杂时保持轨道总数不变，杂化后的轨道之间的空间关系保持排斥力最小。这一阶段的化学键理论学习需要的想象主要是：将原子之间共用电子对想象为电子云在2个原子核之间的重叠，将这种电子云的重叠想象为原子之间的作用，对共价键电子云形状重叠形式和对称性的想象，对原子轨道杂化的想象。 （四）化学反应的深化理解需要想象 化学反应的理解是化学学习的重要主题。中学阶段对于化学反应的认识主要按照3条认识线路展开。第一条线路，以化学反应的本质认识为价值取向，分为4个水平：宏观水平，化学反应是一个有新物质生成的过程；分子水平，化学反应是一个有新分子生成的过程；原子水平，化学反应是一个原子之间重新组合的过程；化学键水平，化学反应本质上是旧键断裂和新键形成的过程。第二条线路，从能量的角度认识化学反应。认识到，化学变化伴随有能量变化，化学反应中的能量变化与化学键有关。化学能与热能、电能之间是可以发生转化的。第三条线路，从速度和限度的角度认识化学反应，了解化学反应条件的控制。第一条线路和第二条线路对于化学反应认识的深化以及认识活动中的想象思维已在前述分子、原子、原子结构和化学键的学习中进行了讨论，下面就第三条线路对化学反应认识的深化及其想象思维加以阐述。 高中必修阶段，从速度和限度的角度认识化学反应，主要是限度的学习需要想象思维。从速度的角度认识化学反应要义有3点：第一，化学反应进行的过程是有快慢之分的，有的化学反应进行得快，有的化学反应进行得慢，化学反应过程进行的快慢用“反应速率”来表示；第二，化学反应的速率通常用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量来表示；第三，浓度、温度和催化剂等因素影响着化学反应的速率，人们可以通过这些因素来调控化学反应速率。必修阶段认识化学反应速率主要是宏观性认识“是什么”的问题，不涉及“为什么”的解释性问题，几乎不需要想象思维。从限度的角度认识化学反应要义有4点：第一，很多化学反应进行时都具有可逆性，把在同一条件下正反应方向和逆反应方向均能进行的化学反应称为“可逆反应”。第二，一个可逆反应在开始之初，正反应速率大于逆反应速率，随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，当反应进行到一定程度时，正反应速率与逆反应速率相等，反应物的浓度与生成物的浓度不再改变，达到一种动态的“化学平衡状态”。第三，化学平衡是可逆反应达到的一种特殊状态，是在给定条件下化学反应所能达到或完成的最大程度，即该反应进行的限度。化学反应的限度决定了反应物在该条件下的最大转化率。第四，任何可逆反应在给定条件下的进程都有一定的限度，不同的反应限度不同。改变反应条件可以在一定程度上改变一个化学反应的限度。必修阶段认识化学反应的限度需要的想象思维主要是：对可逆反应的想象，对化学平衡的动态性的想象，这些想象思维是了解化学反应过程限度的基础。 高中选修阶段，进一步从速度和限度的角度深化对化学反应的认识过程需要丰富的想象思维。选修阶段从速度的角度认识化学反应有3点扩展和深化：第一，知道化学反应速率的定量表示方法；第二，知道活化能的涵义及其对化学反应速率的影响；第三，认识浓度、压强、温度、催化剂等因素对化学反应速率影响的规律性。这些内容的学习最为关键的就是建立3个经过简化的概念模型：有效碰撞、活化分子和活化能。简化后的有效碰撞模型的基本要义是：反应物分子（或离子）间的碰撞是反应发生的先决条件；有效碰撞是发生化学反应的充要条件。分子的能量通常比组成它的原子的能量之和要低，或者说分子比较稳定。有效碰撞是那些本身具有较高能量（可以通过吸收外界提供的能量，或者分子之间碰撞时能量的不均衡交换而产生）的分子之间的碰撞。为了能够把“有效碰撞”概念具体化，人们把能够发生有效碰撞的分子叫做活化分子，同时把活化分子所多出的那部分能量称作活化能。活化能的作用在于使反应物活化，从而启动反应或改变反应速率。不同的化学反应所需的活化能差别很大。这些概念模型的建立基本上是在分子、原子水平上进行的想象思维，涉及对分子运动的想象，对化学键断裂需要吸收能量和化学键形成放出能量的想象，对分子间碰撞的想象，对分子具有“活化能”的想象，对活化分子的想象，对有效碰撞的想象等，这些想象思维具有相当的复杂性。 选修阶段，从限度的角度进一步认识化学反应有2点深化和扩展：第一，化学反应体系的平衡状态只是在一定的条件下才能保持；第二，化学反应体系的平衡状态是可以通过改变反应条件（温度、浓度、气体反应的压强）而发生变化的，即化学平衡是可以移动的。这一阶段的深化认识需要的想象思维主要是，对于化学平衡的动态性以及化学平衡移动的想象。 二、“宏微符”3水平相结合思维方式的形成需要想象 宏观—微观—符号3水平相结合的思维方式是化学学科独有的思维方式，也是化学学习独有的思维方式。化学学科认识活动是在宏观、微观、符号3个水平的结合上来深化对物质及其转化认识的。作为科学认识活动，既要探寻自然界的科学规律，又要建构理论对科学规律进行相应的解释。前者回答“是什么”的问题，后者回答“为什么”问题。回答“是什么”的问题，即规律的归纳性认识，基本上是现象层面的认识。回答“为什么”的问题，即从理论的角度进行解释性认识，具有本质性认识特征。将2种性质的问题结合起来研究和认识具有由现象到本质的认识意义。化学学科认识活动有2大基本任务：一是探寻物质及其转化的规律，二是建构相应的化学理论解释物质及其转化的规律性。物质及其转化的表现形式是宏观的，对于物质及其转化的规律性认识首先需要在宏观层面加以归纳，这是化学认识活动的基础，所以宏观水平认识物质及其转化是基础性的化学认识活动。物质及其转化现象和规律的本质性认识需要通过建构理论的方式加以认识。化学学科在微观分子、原子水平上建立了分子论、原子论、原子结构理论、化学键理论、有效碰撞理论等化学理论体系来解释物质及其转化。所以，从微观水平上认识物质及其转化是化学认识深化的需要，也是理解化学现象本质的需要。化学符号是化学学科独有的符号系统，用元素符号、化学式、化学方程式分别表示元素、物质的组成、物质的化学变化，具有认识的方便性、简洁性和国际交流性。此外，为了帮助理解微观认识，化学学科还使用了原子结构示意图、电子式、能级符号、电子云轮廓图、原子轨道电子排布图等符号来表示原子结构、核外电子运动状态、核外电子排布情况、离子化合物和分子的形成过程等。化学符号系统表征的意义具有相当的丰富性。只有将宏观—微观—符号3个水平的认识结合起来，才能对物质及其转化有全面的、本质性的认识。因此，“宏微符”3水平结合的思维方式是化学学习的重要思维方式。 化学学习中想象思维的培养有助于“宏微符”3水平相结合思维方式的形成。第一，想象思维在宏观认识和微观认识之间发挥着“桥梁性”作用。物质及其转化的现象是宏观的，是肉眼能够观察到的。以分子、原子、原子结构、化学键、有效碰撞等为基本内容的微观认识都是肉眼看不见的，是以宏观现象为基础的推论性认识和建构性认识。从宏观认识到微观认识的推论与建构，不是一个连续的逻辑思维过程，存在着较大的认识“跨度”，只有通过具有“跳跃”性的想象思维才能跨越这个认识“跨度”。所以，化学学习中注重想象思维的培养可以帮助学生将宏观认识与微观认识联系起来。第二，化学学习中，学生的想象思维活动有许多是与符号的表征相伴的。如原子结构的学习中，就相伴有原子结构示意图的学习；原子轨道的学习中，就伴有原子轨道电子排布图的学习；共价键的学习中，就伴有电子式的学习；化学平衡学习中，就伴有化学平衡符号的学习等。学生想象思维的过程，也是化学符号意义化的过程。所以，化学学习中注重想象思维的培养可以帮助学生理解化学符号所表征的意义。第三，想象思维是宏观—微观—符号认识的复合体。学生的想象思维是在具体内容的学习中进行的，每一内容的学习，会在学生的大脑中形成相应内容的想象思维复合体图景。随着内容的不断学习，学生大脑中想象思维的复合体图景就会不断丰富，相关内容的复合体图景会建立相应的联系。随着想象思维复合体的积累与发展，学生“宏微符”相结合的思维方式也就逐渐形成了。因此，化学学习中注重想象思维的培养可以有效地促进学生“宏微符”3水平相结合思维方式的形成。 三、理解科学本质需要想象 理解科学本质是科学教育目标之一，也是化学教育的目标之一[1]。当代科学本质观的哲学范式是建构主义。建构主义认为，科学知识的获得是科学家根据现有的理论（原有知识）来建构科学知识，建构主义强调科学知识是暂时性的、主观的、建构性的，它会不断地被修正和推翻[2]。“在建构主义看来，知识不再是纯粹客观性的。可以将科学知识看成是由假说和模型所构成的系统，这些假说和模型是描述世界可能是怎样的，而不是描述世界是怎样的。这些假说和模型之所以有效并不是因为它们精确地描述了现实世界，而是以这些假说和模型为基础精确地预言了现实世界”[3]。当代科学本质观的内涵可以概括为：科学认识的对象是客观的；科学认识活动的过程不是一个简单的“拷贝”或“反映”，而是一个认识主体对客体的作用过程。在这个作用过程中，认识主体的已有经验或背景起着重要的作用；科学认识活动是以事实为基础的，但事实本身并不是科学。换句话说，知道的并不都是看到的。在观察和推论之间存在着区别，从观察到推论的认识过程并不是一个连续的认识序列；科学定律和科学理论是科学认识的2种形式，它们各自的产生范式是不同的。科学定律的产生范式是归纳式，科学理论的产生范式是建构式；科学认识的结果，并不是纯粹客观的，包含有人的想象性和创造性。正因为在认识的成分中，不完全是客观的，其中含有人的主观性，所以科学认识是相对合理的，有时甚至是错误的，所以科学知识具有暂定性本质[4]。 科学本质的理解需要丰富的想象思维经历。想象思维既是科学认识的认知性活动，又是科学认知内容的存在形式。从科学本质的内涵可以看出，想象思维在科学本质理解中具有极其重要的作用。学生没有经历想象思维，大脑中就没有想象的图景，所形成的认识几乎都是非理解性的结论式内容，认为科学认识活动的过程就是一个简单的“拷贝”或“反映”过程，认为科学认识活动是一个客观的过程；学生没有经历想象思维，就没有将观察和推论加以区别的意识；学生没有经历想象思维，实质上也就没有参与理论的建构过程，也就不可能区别科学规律和科学理论；学生没有经历想象思维，就不可能体会到科学认识中的想象性和创造性。如果学生经历了想象思维，在大脑中就会有较为丰富的想象图景，就能体会到从观察到推论的认识过程并不是一个连续的认识序列，就有可能意识到观察与推论的区别，搞清楚科学规律与科学理论的区别，认同在科学的认识中包含有人的想象性和创造性。因此，只有关注学生想象思维的培养，才有可能有效地发展学生对科学本质的理解。标签：化学反应论文; 原子论文; 电子云论文; 原子结构论文; 原子结构模型发展论文; 分子和原子论文; 原子结构示意图论文; 化学论文; 碰撞理论论文; 理论化学论文; 能量转化论文; 科学思维论文; 本质主义论文; 培养理论论文; 结构化学论文; 科学论文;