巧用對(duì)稱性思維-突破高三教學(xué)的瓶頸期

巧用對(duì)稱性思維，突破高三教學(xué)的瓶頸期耿曉紅（海鹽高級(jí)中學(xué)浙江嘉興314300）摘要對(duì)稱性思維是一種科學(xué)的思維方式，典型的代表有形象思維和抽象思維、求同思維和求異思維、邏輯思維和直覺(jué)思維、收斂思維和發(fā)散思維以及正向思維和逆向思維等。這些對(duì)稱性思維在高三化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，不僅能使學(xué)生較好地鞏固基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，而且能使學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上靈活運(yùn)用，有效突破高三教學(xué)的瓶頸期。關(guān)鍵詞對(duì)稱性思維高三教學(xué)瓶頸期學(xué)生進(jìn)入高三后，初期通過(guò)有側(cè)重的專題復(fù)習(xí)和習(xí)題的強(qiáng)化訓(xùn)練，成績(jī)會(huì)有一定程度的提升，但是到了中后期，成績(jī)卻常常出現(xiàn)停滯，有時(shí)甚至稍有下降，即出現(xiàn)了“瓶頸期”。這個(gè)階段就像瓶子的頸部一樣是一個(gè)關(guān)口，突破了便是出口。但是，如果沒(méi)有找到正確的方向，就會(huì)一直困在瓶頸處，陷入進(jìn)退兩難的困窘。瓶頸期的形成主要有三方面的原因：⑴疲于做題，缺乏思考；⑵沒(méi)有找到科學(xué)、高效、適合自己的學(xué)習(xí)方法，過(guò)早出現(xiàn)“高原現(xiàn)象”；⑶雖然已經(jīng)掌握了基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，但是解答較難題、較靈活的題還不適應(yīng)，缺乏思路，不能以原來(lái)的速度提高成績(jī)。以上問(wèn)題暴露了學(xué)生缺乏科學(xué)的學(xué)習(xí)方法和思維習(xí)慣。為了規(guī)范學(xué)生的思維習(xí)慣，調(diào)動(dòng)學(xué)生高三復(fù)習(xí)的主動(dòng)性，筆者嘗試了將對(duì)稱性思維方式引入課堂，將對(duì)稱性的思維方法逐漸滲透到學(xué)生頭腦中去，啟發(fā)學(xué)生用對(duì)稱的觀點(diǎn)，用一分為二的系統(tǒng)分析方法來(lái)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，取得了較好的效果。1什么是對(duì)稱性思維在客觀世界復(fù)雜的事物中，普遍地存在一種現(xiàn)象，那就是對(duì)稱。對(duì)稱性是客觀世界的根本規(guī)律，客觀世界中很多事物都是對(duì)稱的，比如雪花具有精致的對(duì)稱性，數(shù)學(xué)中有無(wú)數(shù)的對(duì)稱圖形、對(duì)稱矩陣、對(duì)稱空間和對(duì)稱變化等。對(duì)稱使紛繁的世界表現(xiàn)出和諧、有序，給人一種圓滿勻稱的美感。當(dāng)我們欣賞科學(xué)之美的時(shí)候，不要忘記美不僅是科學(xué)本性之一，也是進(jìn)行科學(xué)研究和培養(yǎng)創(chuàng)新思維的方法。事物的對(duì)稱性一旦被人們的思維所反映，成為人們發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、思考問(wèn)題和解決問(wèn)題的一種具體方法，并在科學(xué)研究領(lǐng)域取得了重大成就。所謂對(duì)稱性思維就是指在思考問(wèn)題和解決問(wèn)題時(shí)從事物的對(duì)稱性方面著手去尋找問(wèn)題答案的一種思維方法。對(duì)稱性思維是一種科學(xué)的思維方式，形象思維和抽象思維、求同思維和求異思維、邏輯思維和直覺(jué)思維、收斂思維和發(fā)散思維以及正向思維和逆向思維是對(duì)稱性思維方法中的典型代表。教師可以把這五對(duì)思維方法用于教學(xué)之中，啟發(fā)學(xué)生以對(duì)稱的觀點(diǎn)來(lái)分析、研究、解決問(wèn)題，這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的對(duì)稱性思維能力，提高創(chuàng)新能力有很大的幫助。2對(duì)稱性思維在教學(xué)中的應(yīng)用2.1注重形象思維與抽象思維的有機(jī)結(jié)合，讓學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解化難為易形象思維，是用直觀形象和表象解決問(wèn)題的思維，它遵循認(rèn)識(shí)的一般規(guī)律，即由感性認(rèn)識(shí)發(fā)展到理性認(rèn)識(shí)。抽象思維又稱為邏輯思維，它不像知覺(jué)和表象那樣直接地、形象地反映客觀世界，而是對(duì)客觀世界的間接的、概括的反映，其主要特點(diǎn)是對(duì)于事物本質(zhì)屬性的概括和抽象。教學(xué)中若能將形象感知與抽象思維有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，是符合人類認(rèn)知規(guī)律的，可以降低學(xué)生的學(xué)習(xí)門檻，讓學(xué)生從自己的感官出發(fā)，遞進(jìn)式地推進(jìn)對(duì)表象的研究，從而促進(jìn)學(xué)生形象思維的延伸，達(dá)到有效培養(yǎng)學(xué)生的分析能力、邏輯能力和概括能力的目的，在層層遞進(jìn)、細(xì)致分析中，不僅幫助學(xué)生獲取知識(shí)，還可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，提高學(xué)生解決問(wèn)題的綜合能力。在高中化學(xué)的教學(xué)中，我們要深入研究形象思維和抽象思維之間的辯證關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生自由地穿梭于形象感知和抽象思維之間，將兩條思維形成一股繩，實(shí)現(xiàn)學(xué)生能力的螺旋式上升。例如在“鹽類的水解”教學(xué)之后，多數(shù)學(xué)生雖然能從鹽的組成判斷出鹽溶液的酸堿性，卻不能夠從微觀本質(zhì)理解水解的實(shí)質(zhì)。在復(fù)習(xí)鹽類水解時(shí)應(yīng)進(jìn)一步落實(shí)如下幾點(diǎn)：一是運(yùn)用微觀模型或動(dòng)畫展示鹽的水解過(guò)程，從微觀粒子變化的角度揭示鹽溶液酸堿性的本質(zhì)，強(qiáng)化學(xué)生的微觀意識(shí)，用形象化的模型幫助學(xué)生理解較抽象的知識(shí)，提升學(xué)生的抽象思維；二是既要引導(dǎo)學(xué)生從宏觀角度認(rèn)識(shí)“鹽被水解”，又要從微觀的角度分析“水被鹽解”─鹽促進(jìn)了水的電離；三是從計(jì)算的角度落實(shí)好等體積、等濃度的弱酸或弱堿與其對(duì)應(yīng)的鹽混合后溶液的酸堿性的判斷問(wèn)題。例如：25℃時(shí)在CH3COOH溶液中存在電離平衡CH3COOH?CH3COO-+H+Ka=1.8×10-5，25℃時(shí)在CH3COONa溶液中存在水解平衡CH3COO-+H2O?CH3COOH+OH-Kh==5.6×10-10，因?yàn)镵a＞Kh，所以上述混合溶液呈現(xiàn)酸性。通過(guò)上述計(jì)算，同時(shí)也可以獲得一元弱酸的Ka＞1×10-7是Ka＞Kh的前提因素。類似的也可以解釋為什么NaHCO3溶液呈堿性，NaHSO3溶液呈酸性。通過(guò)上述分析，使學(xué)生明白其中的大小比較原理，比單純的記憶其規(guī)律效果要好的多。根據(jù)學(xué)生的思維特點(diǎn)，我們?cè)诮虒W(xué)中盡可能多的給學(xué)生提供形象感知的機(jī)會(huì)，繼而引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考和概括即抽象思維。在形象思維和抽象思維的作用下，學(xué)生可以從一種感知聯(lián)想到另一種感知，從一種現(xiàn)象推導(dǎo)出另一種現(xiàn)象，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)多種現(xiàn)象的總結(jié)整合，將其中的原理、規(guī)律提煉出來(lái)，夯實(shí)“基礎(chǔ)學(xué)力”。2.2異中求同，同中求異，求同思維與求異思維相互滲透，讓學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解得到強(qiáng)化美國(guó)心理學(xué)家吉爾福特根據(jù)人的思維方式不同，把思維分為求同思維和求異思維。求同思維是力求從客觀事實(shí)出發(fā)，按照分析、綜合、歸納、演繹及推理等思維方式去揭示客觀事物的真理，最后獲得一個(gè)比較客觀的結(jié)論?；瘜W(xué)教學(xué)中通過(guò)求同思維的培養(yǎng)，不僅加深了對(duì)知識(shí)的理解，往往還能發(fā)現(xiàn)化學(xué)中一些規(guī)律性的東西。求異思維是在思維中自覺(jué)打破已有的思維定勢(shì)、思維習(xí)慣或以往的思維成果，是一種突破經(jīng)驗(yàn)束縛的思維方法。求異思維重在開(kāi)闊學(xué)生思路，啟發(fā)學(xué)生聯(lián)想，從各方面、各角度、各層次思考問(wèn)題。在實(shí)際教學(xué)中，求同思維和求異思維，二者是密切結(jié)合、不可分離的。教學(xué)中學(xué)生之所以覺(jué)得化學(xué)難學(xué)，就難在一個(gè)“異”字上。如果學(xué)生沒(méi)有真正理解某類問(wèn)題之前，教師就把這類問(wèn)題的特征和解法硬性灌輸給學(xué)生，讓學(xué)生憑借特征去套題解題，其結(jié)果就是學(xué)生只會(huì)依樣畫葫蘆。一旦題目稍有變動(dòng)，就會(huì)束手無(wú)策。所以在教學(xué)中，教師應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的求同思維，引導(dǎo)學(xué)生掌握這類問(wèn)題最本質(zhì)的原理、規(guī)律，真正學(xué)會(huì)學(xué)通。例如在處理離子交換膜的應(yīng)用這一環(huán)節(jié)的教學(xué)時(shí)，教師可以請(qǐng)學(xué)生思考下圖1和下圖2裝置中離子交換膜的共同作用，學(xué)生經(jīng)過(guò)討論分析以后可以得出以下三點(diǎn)：⑴防止氯氣和氫氣混合而引起爆炸；⑵避免氯氣與堿的反應(yīng)；⑶通過(guò)離子的遷移，可以實(shí)現(xiàn)氫氧化鈉溶液、氫氧化鋰溶液溶質(zhì)的富集。通過(guò)這樣的分析，加深了對(duì)離子交換膜的理解。此時(shí)教師適時(shí)引導(dǎo)“上述裝置杜絕ClO-的產(chǎn)生，若要增加溶液中ClO-濃度，制備消毒液，該如何設(shè)計(jì)裝置？”有學(xué)生不假思索地提出撤掉離子交換膜的方案，但隨即遭到更多學(xué)生的反對(duì)，因?yàn)閮H撤掉離子交換膜不能實(shí)現(xiàn)氯氣和氫氧化鈉溶液的充分接觸。這一問(wèn)題滲透了求異思維，引發(fā)了學(xué)生的深度思考。經(jīng)過(guò)課堂的激烈討論，一部分學(xué)生提出了圖3的裝置，并指出陰陽(yáng)極，說(shuō)明產(chǎn)生較多ClO-的理由。這一環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了學(xué)生的求同思維和求異思維，使學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能得到鞏固和加強(qiáng)，同時(shí)突破思維定勢(shì)的消極影響，不讓中上等的學(xué)生認(rèn)為這只是“炒冷飯”，這樣的設(shè)計(jì)對(duì)所有的學(xué)生而言都有耳目一新的感覺(jué)。2.3直覺(jué)思維和邏輯思維相互依存，讓學(xué)生在解題中更加自信直覺(jué)思維是通過(guò)下意識(shí)的心理活動(dòng)而直接把握對(duì)象的思維過(guò)程。直覺(jué)思維是未經(jīng)過(guò)一步步分析，無(wú)清晰步驟，是對(duì)問(wèn)題突然間的領(lǐng)悟、理解或給出答案的思維。通常把預(yù)感、猜想、假設(shè)、靈感、頓悟等都看做直覺(jué)思維。邏輯思維是指按照邏輯的規(guī)律、方法和形式，有步驟、有根據(jù)地從已知的知識(shí)和條件推導(dǎo)出新的結(jié)論的思維，特點(diǎn)是以概念、命題等信息為思維材料，進(jìn)行合理判斷和正確推理。在化學(xué)解題時(shí)，對(duì)于旨在理解和鞏固基本知識(shí)的練習(xí)題，應(yīng)多用邏輯思維方法解題，而對(duì)于綜合題、應(yīng)用題和推理題，則多用直覺(jué)思維的方法。直覺(jué)思維和邏輯思維在解題中盡管有所分工，但更重要的是它們間的相互配合。直覺(jué)思維以邏輯思維為基礎(chǔ)，是邏輯思維的創(chuàng)造性運(yùn)用，教師只有在長(zhǎng)期的教學(xué)實(shí)踐中，引導(dǎo)學(xué)生建立良好的化學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)和嫻熟的化學(xué)基本技能，才能催生出直覺(jué)思維。同時(shí)，在直覺(jué)思維應(yīng)用過(guò)程中，思維者對(duì)問(wèn)題做出的假設(shè)，還需要邏輯思維的驗(yàn)證。因此，二者之間是相互聯(lián)系、相互依存的。學(xué)生在高三階段，已經(jīng)有相對(duì)扎實(shí)的化學(xué)“雙基”知識(shí)。在化學(xué)解題的過(guò)程中，教師適時(shí)地引導(dǎo)學(xué)生從題目中尋找已知的，有用的信息，忽略干擾的次要條件，抓住實(shí)質(zhì)，將思維過(guò)程簡(jiǎn)化、模式化，從而使學(xué)生的認(rèn)識(shí)產(chǎn)生飛躍，表現(xiàn)為某一問(wèn)題的突然頓悟、即“靈感”的到來(lái)。然后遵循嚴(yán)密的邏輯規(guī)律，將獲得的“靈感”帶進(jìn)去逐步推導(dǎo)，最后獲得符合邏輯的正確答案或作出合理的結(jié)論。如：（2014浙江高考）某研究小組為了探究一種無(wú)機(jī)礦物質(zhì)X(僅含四種元素)的組成和性質(zhì)，設(shè)計(jì)并完成如下實(shí)驗(yàn)：另取10.80gX在惰性氣流中加熱至完全分解，得到6.40g固體1.圖4這是一道以探究一種無(wú)機(jī)礦物質(zhì)X(僅含四種元素)的組成和性質(zhì)為目的考查元素及其化合物知識(shí)。習(xí)題課上，有學(xué)生將頓悟到的“靈感”整理如下：圖5整理之后，學(xué)生有一種豁然開(kāi)朗的感覺(jué)，多數(shù)學(xué)生能得出溶液1中含有Ca(OH)2，固體1是CaO和FeO的混合物，結(jié)合數(shù)據(jù)推得X的成分為CaCO3·FeCO3。教學(xué)中，教師有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的直覺(jué)思維和邏輯思維，可以使學(xué)生養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣，化學(xué)知識(shí)運(yùn)用更靈活，解題更有自信。2.4發(fā)散思維和收斂思維相互補(bǔ)充，讓學(xué)生的能力得到提升發(fā)散思維是指從已知信息中產(chǎn)生大量變化的、獨(dú)特的新信息的一種沿不同角度、不同方向、不同范圍、不同結(jié)果、不因循傳統(tǒng)的思維方式。收斂思維是指從已知信息中產(chǎn)生邏輯結(jié)論或從眾多方案中清理和篩選最佳方案的一種有方向、有范圍、有結(jié)果、有條理的思維方式。顯然，這是兩種相反的思維方式。學(xué)生在解決化學(xué)問(wèn)題的過(guò)程中，往往是發(fā)散思維與收斂思維彼此溝通、互相促進(jìn)、互相補(bǔ)充、互為前提、缺一不可。許多較復(fù)雜化學(xué)問(wèn)題，都需要經(jīng)過(guò)思維多次的發(fā)散和收斂之后才能完成。因?yàn)榘l(fā)散的結(jié)果并不都是有價(jià)值的或簡(jiǎn)易的，有一些設(shè)想有謬誤或繁瑣，要從許多發(fā)散的結(jié)果中找到有價(jià)值的或簡(jiǎn)易的答案，還必須集中起來(lái)，進(jìn)行充分分析、鑒別和論證，才能達(dá)到目的。而且集中之后，還不一定成功，這就要再次發(fā)散，這樣循環(huán)往復(fù)直到問(wèn)題得到解決。認(rèn)識(shí)發(fā)散思維和收斂思維在化學(xué)解題中的作用及相互關(guān)系，能夠有效地提高學(xué)生對(duì)這兩種思維方式的認(rèn)識(shí)水平和創(chuàng)造性解決化學(xué)問(wèn)題的能力。每個(gè)人的思維事實(shí)上都是既有收斂，又有發(fā)散的。在日常生活中，一般人的思維較多地處在發(fā)散狀態(tài)，且有意的加以利用的情形不多。在接受課堂教育時(shí)，較多地處于收斂狀態(tài)，而對(duì)發(fā)散性思維一般注意得較少。在教學(xué)中，教師應(yīng)有意識(shí)地設(shè)計(jì)一些開(kāi)放性的問(wèn)題，如“變換進(jìn)行噴泉實(shí)驗(yàn)的氣體，思考還有哪些氣體可以進(jìn)行噴泉實(shí)驗(yàn)？”、“如何證明醋酸是弱酸？”、“如何證明氧的非金屬性大于硫？”。這些開(kāi)放性問(wèn)題改變了傳統(tǒng)問(wèn)題的結(jié)構(gòu)或解決途徑，答案不唯一，思維指向不單一，解決問(wèn)題多樣化。正是由于增加了許多可變因素及問(wèn)題結(jié)論的不確定性，給學(xué)生發(fā)揮個(gè)性提供了空間，有利于學(xué)生多角度、多側(cè)面、多層次地思考問(wèn)題。發(fā)散思維充分展開(kāi)后，通過(guò)分析、討論、比較發(fā)散結(jié)果，去假存真、去粗取精，找出最佳的解題方案，這就是一個(gè)思維收斂的過(guò)程。例如上述問(wèn)題中證明醋酸是弱酸的方法很多，可以測(cè)溶液的pH或pH的變化，可以看溶液導(dǎo)電性或?qū)щ娦缘淖兓?，可以通過(guò)反應(yīng)看反應(yīng)速率或產(chǎn)物的量，等等，學(xué)生在設(shè)計(jì)方案的過(guò)程中不僅加深了對(duì)弱電解質(zhì)的理解，而且在討論中能從實(shí)驗(yàn)原理的完備性、可操作性和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的明顯性等方面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，掌握了實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)要控制好變量這一關(guān)鍵因素。訓(xùn)練了學(xué)生思維的嚴(yán)謹(jǐn)性，提升了學(xué)生的綜合能力。收斂思維與發(fā)散思維是一種辨證關(guān)系，既有區(qū)別，又有聯(lián)系，既對(duì)立又統(tǒng)一。沒(méi)有發(fā)散思維的廣泛收集，多方搜索，收斂思維就沒(méi)有了加工對(duì)象，就無(wú)從進(jìn)行；反過(guò)來(lái)，沒(méi)有收斂思維的認(rèn)真整理，精心加工，發(fā)散思維的結(jié)果再多，也不能形成有意義的創(chuàng)新結(jié)果，也就成了\o"廢料"廢料。只有兩者相互補(bǔ)充，交替運(yùn)用，一個(gè)創(chuàng)新過(guò)程才能圓滿完成。2.5正向思維與逆向思維協(xié)同使用，讓學(xué)生在推斷題解題中得心應(yīng)手正向思維是指人們沿著習(xí)慣的思考路線去思考解決問(wèn)題。逆向思維為了實(shí)現(xiàn)某一創(chuàng)新或解決某些因常規(guī)思路難以解決的問(wèn)題而采取反向思維尋求解決問(wèn)題的方法，逆向思維一般與眾不同，當(dāng)常規(guī)方式─正向思維無(wú)法解決問(wèn)題時(shí)，可以考慮使用逆向思維，也許能夠得到新的出路?；瘜W(xué)有機(jī)推斷題是考查學(xué)生綜合分析能力的一種題型，這類題具有條件隱蔽、關(guān)系復(fù)雜、思維強(qiáng)大、知識(shí)綜合性強(qiáng)等特點(diǎn)，學(xué)生往往會(huì)望而生畏。將正向思維、逆向思維協(xié)同使用來(lái)解決這類問(wèn)題，往往會(huì)事半功倍。例如：對(duì)氨基苯甲酸乙酯的合成路線如下圖6，A物質(zhì)是在已知條件的基礎(chǔ)上順勢(shì)推理得出，采用正向思維。C物質(zhì)由是結(jié)果出發(fā)倒推得出，采用逆向思維。再如有機(jī)合成路線的設(shè)計(jì)A→B→C…D，學(xué)生往往從A物質(zhì)為起點(diǎn)，沿正向思路分析推出物質(zhì)B，進(jìn)而推得物質(zhì)C。這時(shí)候若思維受阻，可以試著以最終物質(zhì)D為突破口，考慮這一有機(jī)物如何從另一種有機(jī)物甲經(jīng)一步反應(yīng)制得，若甲與C不是同種物質(zhì)，需要進(jìn)一步考慮甲又是如何從另一種有機(jī)物乙經(jīng)一步反應(yīng)制得，就這樣向前步步逆推，直到推得的有機(jī)物與C重合。然后正向梳理從A到D的合成路線，選出步驟少、產(chǎn)率高、操作簡(jiǎn)單、易于實(shí)