巧用對稱性思維-突破高三教學(xué)的瓶頸期

巧用對稱性思維，突破高三教學(xué)的瓶頸期耿曉紅（海鹽高級中學(xué)浙江嘉興314300）摘要對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，初期通過有側(cè)重的專題復(fù)習(xí)和習(xí)題的強(qiáng)化訓(xùn)練，成績會有一定程度的提升，但是到了中后期，成績卻常常出現(xiàn)停滯，有時甚至稍有下降，即出現(xiàn)了“瓶頸期”。這個階段就像瓶子的頸部一樣是一個關(guān)口，突破了便是出口。但是，如果沒有找到正確的方向，就會一直困在瓶頸處，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沒有找到科學(xué)、高效、適合自己的學(xué)習(xí)方法，過早出現(xiàn)“高原現(xiàn)象”；⑶雖然已經(jīng)掌握了基礎(chǔ)知識和基本技能，但是解答較難題、較靈活的題還不適應(yīng)，缺乏思路，不能以原來的速度提高成績。以上問題暴露了學(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)動學(xué)生高三復(fù)習(xí)的主動性，筆者嘗試了將對稱性思維方式引入課堂，將對稱性的思維方法逐漸滲透到學(xué)生頭腦中去，啟發(fā)學(xué)生用對稱的觀點，用一分為二的系統(tǒng)分析方法來分析問題、解決問題，取得了較好的效果。1什么是對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，那就是對稱。對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稱的，比如雪花具有精致的對稱性，數(shù)學(xué)中有無數(shù)的對稱圖形、對稱矩陣、對稱空間和對稱變化等。對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。事物的對稱性一旦被人們的思維所反映，成為人們發(fā)現(xiàn)問題、思考問題和解決問題的一種具體方法，并在科學(xué)研究領(lǐng)域取得了重大成就。所謂對稱性思維就是指在思考問題和解決問題時從事物的對稱性方面著手去尋找問題答案的一種思維方法。對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稱性思維方法中的典型代表。教師可以把這五對思維方法用于教學(xué)之中，啟發(fā)學(xué)生以對稱的觀點來分析、研究、解決問題，這對培養(yǎng)學(xué)生的對稱性思維能力，提高創(chuàng)新能力有很大的幫助。2對稱性思維在教學(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)生對知識的理解化難為易形象思維，是用直觀形象和表象解決問題的思維，它遵循認(rèn)識的一般規(guī)律，即由感性認(rèn)識發(fā)展到理性認(rèn)識。抽象思維又稱為邏輯思維，它不像知覺和表象那樣直接地、形象地反映客觀世界，而是對客觀世界的間接的、概括的反映，其主要特點是對于事物本質(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，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，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)理解水解的實質(zhì)。在復(fù)習(xí)鹽類水解時應(yīng)進(jìn)一步落實如下幾點：一是運(yùn)用微觀模型或動畫展示鹽的水解過程，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，用形象化的模型幫助學(xué)生理解較抽象的知識，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“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；三是從計算的角度落實好等體積、等濃度的弱酸或弱堿與其對應(yīng)的鹽混合后溶液的酸堿性的判斷問題。例如：25℃時在CH3COOH溶液中存在電離平衡CH3COOH?CH3COO-+H+Ka=1.8×10-5，25℃時在CH3COONa溶液中存在水解平衡CH3COO-+H2O?CH3COOH+OH-Kh==5.6×10-10，因為Ka＞Kh，所以上述混合溶液呈現(xiàn)酸性。通過上述計算，同時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，我們在教學(xué)中盡可能多的給學(xué)生提供形象感知的機(jī)會，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，從而實現(xiàn)對多種現(xiàn)象的總結(jié)整合，將其中的原理、規(guī)律提煉出來，夯實“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)生對知識的理解得到強(qiáng)化美國心理學(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，最后獲得一個比較客觀的結(jié)論?；瘜W(xué)教學(xué)中通過求同思維的培養(yǎng)，不僅加深了對知識的理解，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打破已有的思維定勢、思維習(xí)慣或以往的思維成果，是一種突破經(jīng)驗束縛的思維方法。求異思維重在開闊學(xué)生思路，啟發(fā)學(xué)生聯(lián)想，從各方面、各角度、各層次思考問題。在實際教學(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)生之所以覺得化學(xué)難學(xué)，就難在一個“異”字上。如果學(xué)生沒有真正理解某類問題之前，教師就把這類問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)生只會依樣畫葫蘆。一旦題目稍有變動，就會束手無策。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)生掌握這類問題最本質(zhì)的原理、規(guī)律，真正學(xué)會學(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，教師可以請學(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)過討論分析以后可以得出以下三點：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通過離子的遷移，可以實現(xiàn)氫氧化鈉溶液、氫氧化鋰溶液溶質(zhì)的富集。通過這樣的分析，加深了對離子交換膜的理解。此時教師適時引導(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，因為僅撤掉離子交換膜不能實現(xiàn)氯氣和氫氧化鈉溶液的充分接觸。這一問題滲透了求異思維，引發(fā)了學(xué)生的深度思考。經(jīng)過課堂的激烈討論，一部分學(xué)生提出了圖3的裝置，并指出陰陽極，說明產(chǎn)生較多ClO-的理由。這一環(huán)節(jié)的設(shè)計，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)知識和基本技能得到鞏固和加強(qiáng)，同時突破思維定勢的消極影響，不讓中上等的學(xué)生認(rèn)為這只是“炒冷飯”，這樣的設(shè)計對所有的學(xué)生而言都有耳目一新的感覺。2.3直覺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思維是通過下意識的心理活動而直接把握對象的思維過程。直覺思維是未經(jīng)過一步步分析，無清晰步驟，是對問題突然間的領(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)地從已知的知識和條件推導(dǎo)出新的結(jié)論的思維，特點是以概念、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，對于旨在理解和鞏固基本知識的練習(xí)題，應(yīng)多用邏輯思維方法解題，而對于綜合題、應(yīng)用題和推理題，則多用直覺思維的方法。直覺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，教師只有在長期的教學(xué)實踐中，引導(dǎo)學(xué)生建立良好的化學(xué)知識結(jié)構(gòu)和嫻熟的化學(xué)基本技能，才能催生出直覺思維。同時，在直覺思維應(yīng)用過程中，思維者對問題做出的假設(shè)，還需要邏輯思維的驗證。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)有相對扎實的化學(xué)“雙基”知識。在化學(xué)解題的過程中，教師適時地引導(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，抓住實質(zhì)，將思維過程簡化、模式化，從而使學(xué)生的認(rèn)識產(chǎn)生飛躍，表現(xiàn)為某一問題的突然頓悟、即“靈感”的到來。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機(jī)礦物質(zhì)X(僅含四種元素)的組成和性質(zhì)，設(shè)計并完成如下實驗：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。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)生有一種豁然開朗的感覺，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，教師有意識地培養(yǎng)學(xué)生的直覺思維和邏輯思維，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)問題的過程中，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)問題，都需要經(jīng)過思維多次的發(fā)散和收斂之后才能完成。因為發(fā)散的結(jié)果并不都是有價值的或簡易的，有一些設(shè)想有謬誤或繁瑣，要從許多發(fā)散的結(jié)果中找到有價值的或簡易的答案，還必須集中起來，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)直到問題得到解決。認(rèn)識發(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)生對這兩種思維方式的認(rèn)識水平和創(chuàng)造性解決化學(xué)問題的能力。每個人的思維事實上都是既有收斂，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，較多地處于收斂狀態(tài)，而對發(fā)散性思維一般注意得較少。在教學(xué)中，教師應(yīng)有意識地設(shè)計一些開放性的問題，如“變換進(jìn)行噴泉實驗的氣體，思考還有哪些氣體可以進(jìn)行噴泉實驗？”、“如何證明醋酸是弱酸？”、“如何證明氧的非金屬性大于硫？”。這些開放性問題改變了傳統(tǒng)問題的結(jié)構(gòu)或解決途徑，答案不唯一，思維指向不單一，解決問題多樣化。正是由于增加了許多可變因素及問題結(jié)論的不確定性，給學(xué)生發(fā)揮個性提供了空間，有利于學(xué)生多角度、多側(cè)面、多層次地思考問題。發(fā)散思維充分展開后，通過分析、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，這就是一個思維收斂的過程。例如上述問題中證明醋酸是弱酸的方法很多，可以測溶液的pH或pH的變化，可以看溶液導(dǎo)電性或?qū)щ娦缘淖兓?，可以通過反應(yīng)看反應(yīng)速率或產(chǎn)物的量，等等，學(xué)生在設(shè)計方案的過程中不僅加深了對弱電解質(zhì)的理解，而且在討論中能從實驗原理的完備性、可操作性和實驗結(jié)果的明顯性等方面優(yōu)化實驗方案，掌握了實驗方案設(shè)計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，既對立又統(tǒng)一。沒有發(fā)散思維的廣泛收集，多方搜索，收斂思維就沒有了加工對象，就無從進(jìn)行；反過來，沒有收斂思維的認(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，一個創(chuàng)新過程才能圓滿完成。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題。逆向思維為了實現(xiàn)某一創(chuàng)新或解決某些因常規(guī)思路難以解決的問題而采取反向思維尋求解決問題的方法，逆向思維一般與眾不同，當(dāng)常規(guī)方式─正向思維無法解決問題時，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、知識綜合性強(qiáng)等特點，學(xué)生往往會望而生畏。將正向思維、逆向思維協(xié)同使用來解決這類問題，往往會事半功倍。例如：對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A→B→C…D，學(xué)生往往從A物質(zhì)為起點，沿正向思路分析推出物質(zhì)B，進(jìn)而推得物質(zhì)C。這時候若思維受阻，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、操作簡單、易于實