试论中学化学实验思维能力的结构与构建

摘要：化学实验思维能力是个体顺利解决化学实验思维问题所表现的良好适应性的个性心理特征。它是由化学实验思维的内容与材料、过程与方法、结果以及思维的品质、自我监控能力、行为习惯等组成的多要素、多侧面、多联系的有机整体。因此，构建化学实验思维能力结构的首要任务是指导学生了解化学实验思维的内容，掌握思维的基本过程和方法，帮助学生建立基本的能力结构。与此同时，要加强思维训练，提高监控意识，引导学生反思思维的过程和结果，培养学生良好的实验思维的品质、监控能力与行为习惯，构建完整的思维能力结构。

关键词：化学实验；思维能力；构建

新的中学课程改革倡导以科学探究为主的多样化的学习方式，强调发展学生科学探究能力，培养学生的创新精神和实践能力。化学是以实验为基础的自然科学，化学实验是进行科学探究的主要方式，是学习化学、实现科学探究的重要途径。[1]化学实验能力是化学科学探究中最重要、最基本的能力，其核心是化学实验思维能力。因为不管是化学实验操作和观察，还是提出与确定化学实验问题、设计实验方案，以及由实验现象、事实或数据的分析形成化学概念、建立化学理论、得出化学规律、解决化学实际问题等，都离不开化学实验思维。可见，要培养和发展中学生的化学实验能力，首先要着力培养他们的化学实验思维能力，形成合理的能力结构，以促进其发展。

一、化学实验思维能力的含义

关于思维的含义，大多数心理学著作是从哲学的角度来定义的，认为思维是指人脑对客观事物的本质特征和内在规律间接的、概括的反映。这一定义强调的是思维的结果。现代认知心理学认为思维是一种心理活动过程。如美国心理学家吉尔福特认为，智力（思维）活动就是人在头脑里加工（即操作过程）客观对象（即内容），产生知识（即结果）的过程。[2]又如我国台湾心理学者张春兴把思维定义为：思维是内在认知活动历程，在此历程中，个人运用储存在长期记忆中的信息，重新予以组织整合，从纵横交错的复杂关系中，获得新的理解与意义。[3]这类定义反映了思维作为一种心理活动过程的实质，便于大多数人理解、把握和在教学过程中实施，具有更强的可理解性和可操作性。笔者认为，化学实验思维是指个体凭借已有的化学知识经验，对有关的化学实验的信息进行分析综合、抽象概括等一系列复杂的加工处理，以理解实验课题、形成实验方案、获得化学概念、认识物质性质、揭示化学规律等的内在认知过程。它贯穿化学实验的准备、实施和结果处理的全过程。间接性和概括性是化学实验思维的两个最基本的特性。间接性是指化学实验思维要借助已有的化学知识经验来进行，是对根本不能感知的化学实验事实所隐含的本质属性或内在规律的认识；概括性指化学实验思维是对同类化学实验事实的共同特征或内在关系的认识，其抽象程度和概括水平反映着化学实验思维的层次高低和深刻程度。

化学实验思维能力是个体顺利解决化学实验思维问题所表现的良好适应性的个性心理特征。其强弱关系到思维结果的优劣和思维效率的高低。笔者认为，它的含义有狭义与广义之分。狭义的化学实验思维能力是指人脑加工处理化学实验现象或事实的能力，也就是通过对实验现象和事实的分析与比较、抽象与概括等活动，形成化学概念、得出化学规律，从而获得对实验事实和现象的本质属性或内在规律间接的、概括的认识的能力。这是传统教学培养的实验思维能力。广义的化学实验思维能力包括对实验课题和实验方案的理解，对实验活动的设计、决策、评价和概括，以及对实验事实、现象与结果的认知、判断、分析和处理的能力。这是现代化学实验教学倡导培养的能力。本文取广义化学实验思维能力来讨论。

二、化学实验思维能力的结构

（一）构成要素

吉尔福特认为，智力是由内容、操作和产物（或结果）所构成的三维空间结构。[4]该三维结构模型虽比较全面地反映了思维能力的基本成分，但并没有体现在此基础上发展起来的高级思维能力要素。我国心理学家朱智贤先生认为，从心理学的角度来看，思维结构应当包括思维的目的、思维的过程、思维的材料或结果、思维的监控或自我调节、思维的品质和思维中的认知因素与非认知因素等。[5]此结构说不但反映了思维的基本成分，而且反映了在基本成分基础上发展起来的思维的高级成分。然而仔细分析该结构的构成要素可发现一些值得商榷的问题：一是有的成分相互混淆。如思维的材料或结果，两者虽表现形式有相同之处，且前面的思维结果又可作为后面思维的材料，但实质不同，前者是思维加工的原料，后者是思维加工的产品，将两个思维成分合在一起，容易引起混淆和误解。二是有些成分相互重复。如思维中的认知因素，思维本身就是认知的核心，它既以其他认知成分为基础，同时其发展程度又会影响这些认知成分的发展水平，因此，再提思维中的认知因素，就显得重复。又如思维的目的，对思维的问题做加工处理以获得思维的结果，即解决思维的问题，是思维最基本的目的，思维的更高目的是培养和发展思维的品质、监控能力和良好的思维习惯，思维结构中的这些成分已体现了思维的目的，另外，思维的目的作为引发思维的动力要素，可归属非认知因素。笔者据此认为，化学实验思维能力的构成要素主要有以下几点。

1.化学实验思维的内容和材料

化学实验思维是人类特有的理解和解决化学实验问题的活动。因此，要开展化学实验思维，首先要有思维的问题或内容。化学实验思维内容是启动人们通过一定的手段和途径（思维操作）达到一定目的（思维结果）的原动力，它使化学实验思维具有方向性和意识性。

化学实验思维的材料包括已有的化学知识经验、实验观察所获得的事实与现象、测量数据等，既有感性材料也有理性材料。

2.化学实验思维的过程与方法

化学实验思维是一种认识化学实验问题的过程或活动。这个过程或活动是按照怎样的流程、采取什么样的手段来进行的，这就涉及化学实验思维的过程和方法。

3.化学实验思维的结果

化学实验思维的结果是指经过对化学实验思维材料的分析与综合等智能活动所得到的产物，包括确定的实验问题，提出来的实验假设，设计出来的实验方案，获得的化学概念、化学规律或理论、物质的性质和组成、化学实验的有关知识等，是关于化学问题的理性认识。

4.化学实验思维的品质

化学实验思维品质是在化学实验思维过程中逐步养成和发展的，它反映了化学实验思维结果的质量，体现了个体化学实验思维的水平高低，是衡量个体化学实验思维发展水平的主要指标。主要包括化学实验思维的深刻性、灵活性、批判性、独创性和敏捷性等。

5.化学实验思维的自我监控

化学实验思维的自我监控就是自我监督、控制化学实验思维的问题和过程。其表现为：在思维中，明确化学实验思维的问题，了解化学实验思维的过程，懂得化学实验思维的方法；能够排除外界的干扰，使思维集中到化学实验思维的问题上；能够及时调节思维活动的过程和进程，调整思维的课题或目标，改进思维的手段和方法，从而更好地达到思维的目标。

6.化学实验思维的行为习惯

化学实验思维的行为习惯是指个体在面临化学实验问题时，是否能自觉、主动地开动脑筋进行思考，是否能按照化学实验思维的程序，自觉而有意识地采用合适的思维方法，认真、仔细、全面而深刻地进行思考等。它是化学实验思维中重要的非智力因素，在教学中应注意培养学生良好的化学实验思维习惯。

（二）化学实验思维能力的结构模型

化学实验思维能力由化学实验思维的内容和材料、思维的过程和方法、思维的结果以及思维的品质、监控、行为习惯等6个主要要素构成，这6个要素相互联系、相互作用而构成一个有机的整体。笔者把化学实验思维能力的结构用下列示意图表示：

由化学实验思维能力的结构模型可以看出下列几点。

1.化学实验思维能力是一个多要素、多侧面、多联系的有机整体，其中化学实验思维的内容与材料、过程与方法、结果是化学实验思维能力结构中最基本的要素，构成化学实验思维的基本能力，化学实验思维的品质、监控能力和行为习惯是在化学实验思维基本能力的基础上发展的。化学实验思维的内容与材料、过程与方法、结果这些基本要素是化学实验思维的品质、监控能力、行为习惯发展的前提和基础。同时化学实验思维的品质、监控能力、行为习惯又促进化学实验思维的内容广泛化、思维过程的科学化和方法选择的灵活化、思维结果的深刻化。

2.从该模型的构成要素本身来看，它是静态的；但从各要素的实质内容和变化来看，它又是动态的，将随着学生学习的深入，思维的内容更加宽泛，思维的过程更加灵活，思维的手段和方法更加多样，思维的品质和监控能力得到发展。所以，它是静态和动态的统一体。化学实验教学的任务就是要帮助学生建立合理的化学实验思维能力的结构，并促进其发展。

3.化学实验思维能力结构中的各要素互相制约、互相依存构成化学实验思维能力系统的内核；一切外部过程和事物，如教育教学环境、社会的要求等，都成为影响它变化和发展的外部环境。例如，过去的教育教学强调知识技能的接受，这有利于思维深刻性的培养和发展；当今社会呼唤创造型人才，学校教育教学大力倡导培养学生的创新精神，这能促进思维独创性的培养和发展。

三、化学实验思维能力结构的构建

（一）指导学生了解化学实验思维的内容，掌握思维的基本过程和方法，帮助学生建立基本的化学实验思维能力结构

思维问题或内容是思维产生的源泉。要切实加强化学实验思维训练，首先要使学生了解化学实验中思维的内容；学生只有懂得了应该思考的问题或内容，才能做到积极主动地思考。因此，教师要结合具体的实验有目的、有计划地让学生知道化学实验中有哪些问题要加以思考，使学生树立问题思考的意识。化学实验思维的内容很广泛，涉及实验前、实验中和实验后的思维。对于探究性实验，实验前要分析面临的问题，依据观察到的现象与事实或有关的知识经验构筑假设，并根据假设设计实验方案；方案设计时，要分析实验原理，选择合适的实验方法，依据实验原理和方法考虑仪器装置的选用与连接以及操作方法，安排操作步骤，评价方案的科学性、合理性和可行性等。实验中要根据具体的实验对现象与性质、实验原理与装置、现象与装置、现象与操作等之间的关系，以及产生不同现象的原因进行思考。实验后要对实验所得的结果，包括各种实验现象、事实和数据等，进行加工处理，以形成化学概念、得出化学规律、认识物质的性质、推断物质的组成等，并归纳总结实验成败的经验教训。对于传统课堂实验，主要涉及实验中和实验后的思维内容。

化学实验思维过程就是人脑对化学实验问题进行思考的程序或流程。它应遵循一般思维的过程，但也具有自身的特点。对于一般化学实验的思维，其过程是：明确问题实验与观察，收集思维材料加工处理得到结论运用于新情景以验证结论获得成功；对于探究性化学实验的思维，其过程则为：明确问题提出假说形成方案实验与观察，收集材料加工处理验证假说获得成功。

化学实验思维的基本方法有分析、综合、比较、分类、抽象、概括、归纳、演绎、推理等。在评价化学实验方案优劣等时往往还要运用臻美的方法。所谓臻美的方法，就是在研究化学实验问题时，对尚不完美的化学实验问题，如化学实验的假说、方案等进行加工、修改以至重构，使之更加完美的思维方法。它是一种创造思维方法，也是评价化学实验问题和结果的重要手段。要使学生学会化学实验思维的方法，应把重点放在平时的教学中，注意引导学生按照思维过程对课堂实验事实和现象一步一步地进行逻辑思考，并指出各步加工处理中所采用的方法（尤其在初学阶段），这样既能使学生掌握基本的实验思维过程与方法，又能使学生学会科学的学习方法，培养学生的自我探究能力。对于平时教学中难于得到训练的思维方法，如科学推理、臻美等思维方法，要选择典型实验问题（如物质推断题、实验评价题等），有意识、有计划地加以训练。另外，开展化学实验思维方法讲座，结合实例把各种思维方法的概念、特点和作用等给学生讲清楚，教给学生最有效的思维方法，帮助学生对思维方法的知识技能进行条理化、系统化，形成良好的思维方法结构，促进学生运用自如。

（二）加强思维训练，培养学生良好的化学实验思维品质，进一步完善结构

林崇德认为，培养思维品质是发展智力和能力的突破口，并认为思维品质主要包括深刻性、灵活性、独创性、批判性和敏捷性五个方面。[6]要培养学生良好的化学实验思维品质，首先要明确化学实验思维品质及其培养目标，并在教学实践中加以训练落实。

通过对《全日制义务教育化学课程标准（实验稿）》《普通高中化学课程标准（实验）》及相关教材的分析，笔者认为，中学化学实验教学中应培养的思维品质及其目标如下。

1.化学实验思维的深刻性。它反映了思维的抽象程度和逻辑水平，以及思维活动的深度、广度和难度。其培养目标是：（1）能从有关的实验事实或现象中抽取本质特征，并概括出化学概念、规律或得出物质的有关性质或组成；（2）能根据实验原理与现象，选择必要的试剂和仪器进行仪器组合，理解各部分装置的作用以及实验方法、实验操作和实验装置的特点，懂得这样做的理由；（3）能运用所学到的知识对实验现象、实验误差作出合理的分析和解释，得出有关的结论；（4）能根据实验事实和现象，理解化学概念、规律的来龙去脉、实质内涵和外延，把握相关概念、规律或性质之间的联系与区别；（5）能通过对有关的实验结果或数据的分析，抓住关键或选出合理的数据进行相关的计算；（6）能根据物质或离子的性质，选择合适的方法和试剂检验与鉴别物质、除去杂质和分离混合物；（7）能根据实验现象及物质间的转化关系经分析推理判断物质。

2.化学实验思维的灵活性。它反映了思维活动的灵活程度。表现为善于从不同角度、不同侧面、不同思考方向，运用不同的知识与方法思考和解决化学实验问题，并往往得到多样化的思维结果。其培养目标是：（1）能根据具体的实验问题，灵活运用分析、综合、比较、抽象、概括等不同的方法，对不同的实验事实或现象进行加工处理，把握现象的本质，并能灵活运用于解决实际的实验问题；（2）能从多角度、多侧面对实验事故或实验失败的原因、实验误差作出分析；（3）能根据实际问题，善于采用正向、逆向或正向逆向相结合的思维方法，根据实验现象推断物质；（4）能就同一个实验问题，运用所学知识技能设计多种可行的实验方案；（5）能从有关的事实或现象出发，提出多种假设，并设计多种实验方案加以验证。

3.化学实验思维的批判性。它反映了独立思考和判断的程度。其培养目标是：（1）能发现实验结果或有关结论的错误，并加以改正；（2）能对实验的原理、操作、装置的正确性作出评价，理解错误的原因，并能加以改正；（3）能对他人或自己的实验思维过程或方法的正确性作出评价，并根据具体实验问题及时调整思维的过程和方法，善于对思维过程和结果进行检验反思；（4）能对他人或自己设计的实验方案作出优劣评价，并从多种方案中选出最好的方案。

4.化学实验思维的敏捷性。它反映了思维过程的快慢程度。化学实验思维的速度以思维结果正确为基础。其培养目标是：（1）能根据有关的实验现象迅速抽象出现象的本质，形成有关的概念、得出有关的化学规律或物质某方面的性质；（2）能运用有关的知识技能，迅速发现实验原理、实验装置、实验操作等方面的问题，并迅速进行改正；（3）能运用所学的知识技能，在最短的时间里设计出一个合理的实验方案，或在相同的时间里设计最多且合理的实验方案，或在最短的时间里对有关实验的方案作出优劣评判；（4）能根据实验现象及物质间的转化关系，迅速推断出物质的组成。

5.化学实验思维的独创性。它反映了思维活动的独立创新程度。表现为善于独立地提出新的实验问题，善于用新的方法、手段、方案解决实验问题。其培养目标是：（1）善于提出具有探究性的新的实验问题；（2）对某个实验问题，善于设计与众不同的实验方案（原理上或操作上或步骤上或试剂选用上或仪器装置上与众不同）；（3）善于总结适合自己或实验课题的思维方法；（4）能根据观察到的现象或事实，建立合理的假设，并运用有关的知识技能设计合理的实验方案。

培养良好的化学实验思维品质，不是一朝一夕之事，要在教学中加强训练。主要措施如下。

1.重视实验教学，注意引导学生按照化学实验思维的过程和方法对实验现象、事实进行分析思考，由此得出有关结论，培养学生化学实验思维的深刻性。化学实验思维的深刻性是培养和发展其他化学实验思维品质的前提和基础，也是学生通过实验现象的分析切实掌握有关知识的重要条件。平时关于由实验引出化学概念、规律、物质性质以及物质制备实验等教学活动，都为化学实验思维的深刻性的培养和发展提供了良好的条件，实验时应注意引导学生提出思考问题，分析实验操作与装置上的特点，及时引导学生或由学生独立地运用思维方法按照思维过程思考实验现象，抽象概括出有关结论，当实验失败时，要及时引导学生分析原因，培养学生良好的化学实验思维的深刻性。

2.精选典型的实验思维问题，强化思维训练，促进学生思维品质的全面发展。国内外许多心理学家都认为，思维及其品质可以通过训练得到培养和发展。训练要有目的性，选择的问题要有典型性，这样的训练才更有效果。例如，实验事故或失败原因、实验误差分析，运用正向、逆向思维推断物质，就有助于训练实验思维的灵活性；运用多种方法检验、鉴别物质等开放性实验设计问题，既有利于培养学生从多角度、多侧面、运用不同方法思考实验问题的灵活性，也有利于培养学生创新实验思维和优选方案的批判性思维。

3.开展实验思维速度竞赛，鼓励学生迅速对实验问题进行思考，及时表扬反应快而准的学生，培养学生化学实验思维的敏捷性。课堂实验后，鼓励学生迅速分析实验现象得出结论，对得出结论快而准的学生不但给予及时表扬，而且在平时或期终测验中给予一定的加分奖励；开展实验思维速度竞赛活动，鼓励学生在尽量短的时间内完成实验思维任务，或在相同时间内完成尽量多的实验思维任务等，都是培养学生实验思维敏捷性的有效途径。

（三）提高监控意识，引导学生反思思维过程和结果，培养学生良好的实验思维的监控能力与习惯，构建完整的思维能力结构

意识是行动的指南，没有自觉意识就没有自觉行动。要提高学生化学实验思维监控意识，就要提高学生对思维监控的认识，使学生了解监控的意义和作用，明确监控的内容和方法。监控贯穿思维的全过程，涉及对思维过程、方法与结果全方位的监控。反思是实现监控的重要途径，是进行监控的重要方法和手段。有反思才能发现不足与缺陷，才能有的放矢地修正、调控思维的过程，改进思维的方法，才能在今后的思维活动中避免出现类似错误，从而更有效地达到思维目的。因此，在教学中，要注意引导学生一边思考一边回过头来对思维的过程、方法和结果进行考查，从中总结经验教训，养成良好的思维习惯，发展思维监控能力。

参考文献：

［1］中华人民共和国教育部.全日制义务教育化学课程标准（实验稿）［S］.北京：北京师范大学出版社，2001.

［2］卢家楣，魏庆安，李其维.心理学基础理论及其教育应用［M］.上海：上海人民出版社，1998.165—166.

［3］张春兴.教育心理学［M］.杭州：浙江教育出版社，1998.241.

［4］朱宝荣.现代心理学原理与应用［M］.上海：上海人民出版社，2002.152.

［5］朱智贤，林崇德.思维发展心理学［M］.北京：北京师范大学出版社，1986.38.

［6］林崇德.学习与发展──中小学生心理能力发展与培养［M］.北京：北京师范大学出版社，1999.147—148.