例谈化学教学中想象能力的培养策略

　　“想象”是人脑对巳有的表象进行加工改造形成事物新形象的心理过程，人类的创造活动离不开想象。在探索未知世界的过程中，需要人们透过已知的经验材料，去设想、构思事物内部相互联系、相互作用的图象，这就是“想象”。在化学的发展过程中，每个化学概念的建立、规律的发现等都蕴涵着化学家非凡的想象力。而教学的过程，是学生在学习、探索前人的科学成果的过程中获得知识形成能力的过程，在这个过程中培养学生的创造性思维能力，应是教学永恒的主题和不懈的追求，而创造性思维离不开想象力。爱因斯坦曾说过：想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切并推动着进步。想象是创造性思维发展的翅膀，是使智力活动产生新价值的重要条件，想象力实际上是一种国际竞争力，没有想象力的民族是要枯萎的，不能创新的国家永远是落后的。

　　化学概念和理论（如分子、原子、电子云、化学键、化学平衡、晶体结构等）具有高度的概念性和抽象性，往往使学生望而生畏。化学知识的深奥、博杂、零碎使学生在学习过程中“理不清，斩不断”。游离于宏观与微观之间的化学知识是学生认识过程中一条难以逾越的鸿沟，要逾越这样的鸿沟，一条非常重要的途径就是借助想象。针对化学概念及理论的特点，教学中教师要善于从学生熟悉的生活现象人手，把对学生进行想象力培养贯穿于化学教学的全过程中，使学生从具体事物和现象中形成抽象的概念和理论，并借助宏观现象去理解和描述有关的概念和理论，以降低化学学习的难度。

　　1.运用形象直观的比喻，培养形象化想象能力

　　在化学中，很多化学概念不直观，尤其是涉及微观结构以及近代化学所提出的很多抽象概念，学生对其很难想象和理解。因此，如果借助已有的生活经验进行形象化的比喻来模拟，便能够帮助学生想象和理解。比喻就是打比方，原是一种修辞手法，运用到化学教学中，成为教学的一种表述方法。准确而较贴切地运用比喻，一般能起到如下的作用：它能使抽象的概念和原理变得具体化，使事物的某一方面的特征更为突出，有助于中学生思维方式的转变，帮助学生理解事物、加深印象、激发学生的学习兴趣，比喻还可以被创设为教学情境，可以增强化学教学的艺术性，从而收到较好的教学效果。

　　例如，在进行分子概念教学时，为了说明分子的大小，可启发学生根据如下形象的比喻来进行想象：如果把乒乓球放大到地球那么大小，分子放大同样的倍数，才只有乒乓球那么大。

　　又如，在讲原子内部能级时，对原子内部能量为负值，而且只能存在不连续的量子化状态，学生往往很难理解。可做这样的比喻：把原子中的电子比作是井下的一个小球，要把它拉上来，外力要给它做功。若以地面为零点，则小球在井下的能量是负值。假如在井下立一个梯子，每一个阶梯相当于一个能级，电子在不同的阶梯上相当于处于不同的能量状态，以此比喻能级是不连续的。当电子处于井底时能量最低，也最稳定，就是基态，当电子处于其他较高能级时就是激发态[5]。活化能也是一个关于能量的抽象概念，往往可以这样的形象化比喻：如果把活化能比作能跳过1m高的运动员所具有的能量，则凡是能跳过lm以上的“运动员”都称之为活化分子。

　　再如，电子云概念极为抽象，很难建立起正确的概念。为了便于理解，用假想的给氢原子照相的比喻来加以说明。氢原子核外有1个电子，为了在一瞬间找到电子在氢原子核外的确定位置，假想有一架特殊的照相机，可以用它来给氢原子照相（这当然是不可能的)。给某个氢原子拍照片，每张照片上呈现一个黑点，即电子可能的位置。拍上近万张，并将这些照片对比研究，就获得一个印象：电子好象是在氢原子核外作毫无规律的运动，一会儿在这里出现，一会儿在那里出现。对氢原子的照片叠印越多，就越能使人形成一团电子云雾笼罩原子核的印象。氢原子核外的电子云呈球形对称，在离核越近处密度越大，在离核越远处密度越小，也就是说，在离核越近处单位体积的空间中电子出现的机会越多，离核越远处单位体积的空间中电子出现的机会越少。

　　使用比喻应注意下面几点：用来比喻的事物必须是学生所熟悉的；比喻的和被比喻的事物必须有相似的特征；还要注意的是比喻要恰如其分、注意思想性和科学上的严谨性，比喻要具有启发性和艺术性。

　　2.寻求不同事物间的共性，培养类比性想象能力

　　类比是一种重要的思维方法，许多创造性思维是在类比中产生的，许多重大发现也是在类比中诞生的。类比可以作为一种科学解释的方法，将结论外推到观测不到或在时间上已经成为过去的对象和过程中。类比推理在创造性思维中扮演着极重要的作用，具有联想、启发、假设、解释和模拟等多种功能，甚至灵感和直觉有时也需要类比帮助。类比推理具有重大的启示功能，它能为科学探索提供较为具体的线索，在形成和提出科学假说时常常起着重要的作用[6]。根据不同事物之间的某些方面相似而建立起类比，其建立联系的桥梁便是想象。类比性想象使事物之间建立起联系，从解决一问题的方法中得到对另一问题解决方法的启迪。

　　例如，在原子轨道、分子轨道等物质结构理论的建立过程中就大量运用类比推理的方法：从原子轨道类推到分子轨道，从原子外层轨道类推到分子前线轨道，由分子的杂化轨道理论和分子轨道理论类推到配位化合物的晶体场理论和配位场理论，由分子轨道类推到固体等。类比是寻求类似的过程，也就是寻求事物间的实质联系，基于实质联系可以建立统摄性的概念。这些类比中所生成的统摄概念有：量子化（上述不同尺度的结构理论都不同程度地反映了轨道能量量子化的特点），轨道组合（组合过程中轨道数目守恒，轨道能量会发生裂分)，外层电子（物质之间的作用以能量较高的外层电子之间的作用为主，这是一种有效的近似处理的方法），广义分子（从广义分子和统摄性的分子轨道理论的视角来看待有限分子和无限分子)。

　　又如，历史上由于仪器手段的限制，尽管化学家测定了大量物质的组成，但在很长一段时间内对物质结构的认识都处于假想和猜测阶段。1846年罗朗曾经把乙醇、乙酸、氢氧化钾、乙醇钾与水进行类比，认为可以把它们划归一个类型，即水中的氢被其他基所取代。1851-1855年，威廉逊还做了更加大胆的发挥：“我相信，对于几乎全部无机化学和有机化学来说，只要一种简单的类型就足够了，那就是水型。”[8]在中学化学课程中，有机物和无机物被当作截然不同的2部分进行教学，它们之间的差异性被普遍关注，但是联系性却较少强调。将这一类比的思想迁移到教学中，可以以水分子的结构为起点，用其他的原子来替换水中的氧和氢，并在此基础上进行进一步的替换，就可以演化出中学化学常见的各类无机化合物和有机化合物的物质与结构，从而建立各类物质之间的联系，使学生对分子结构的认识思维强度降低，将对“复杂的”结构式的机械记忆转变为理解记忆，同时，还可以帮助学生理解各种反应类型，对于贯通无机化学和有机化学有积极的作用[7]。

　　再举一例，对于蛋清黏稠的现象，反映出蛋白质是长链型的高分子化合物的特点，这些长链型的分子是柔软的，且在不停地自由蠕动着。与之类似，加热硫粉至熔化，慢慢将其倾倒人水中，形成弹性硫，从原有的环型分子变成了链较长的分子。加热蔗糖会逐渐变成糖稀，蔗糖熔化后，在加热过程中熔融液的黏度逐渐增强，可以推测形成了长链型的分子。同样，淀粉溶于水以后形成了黏稠的糊状物，也能使学生比较容易地联想到淀粉的大分子形象M。由此，把蛋清、弹性硫、糖稀、淀粉这种表观黏稠的相似性与微观长链分子的相似性建立联系，起到触类旁通的作用。

　　这种类比联想可以进一步扩展，例如在实验室经常会发现久置的甲醛溶液中出现大量的白色固体--多聚甲醛。根据多聚甲醛的状态，能否推测多聚甲酵的聚合度？因为多聚甲醛呈固态，从分子晶体的角度进行分析，物质的熔沸点与其微观结构和相对分子质量有关。若以正烷经作为参照模型，因为含有17个C原子以上的正烷烃在常温条件下呈固态，是否可以假设在多聚甲醛的分子链中含有的C、0原子的总数应达17个呢？由此推测多聚甲醛的链节数可能至少需达到8个。又因为多聚甲醛是粉末状的固体，所以可以想象多聚甲醛的聚合度不会太高。有关资料表明，工业产品的多聚甲醛固体的聚合度一般为8?10，在自然状况下形成的多聚甲醛，一般聚合度不会超过100。这在一定程度上可以说明这一类比推理是合理的。

　　3.建立图像和模型之间的转化，培养空间想象能力

　　空间想象能力的研究情况表明，学生的空间想象能力与化学成绩存在显著相关，并对其化学学习会产生不可忽视的作用。要培养学生的三维想象能力，必须让学生在大脑中储存想象的基本素材，知识越准确、越丰富，想象就越活跃，思维就越有创造性。在中学化学教材中提供了大量三维空间图形，有原子模型，有分子模型，还有与化学反应有关的模型。教师可以配合教材充分利用图表、图形、模型等教具，为学生认识和探索微观化学世界的奥秘提供生动的形象，也为知识的再现提供思维的表象，指导和训练学生通过观察及分析，从中提取最具特征的信息，逐步建立起将二维平面图形在脑际中转化为三维实物的空间想象能力。

　　例如，co2、h2o、ch4分子结构分别为直线型、平面型、正四面体型。前2者因为都是平面结构，所以想象起来相对容易，而对于CH4的立体结构，学生的认识障碍会大得多。教师可以借助球棍模型，让学生观察对比模型与图形之间的关系，在脑中形成准确的图景，从而提高学生对线、面、体的想象能力。

　　在解决立体结构问题时，关键在于空间想象能力，只有在头脑中形成正确的立体图景，才会确定原子、分子之间有关的空间关系和数量关系，具体问题会迎刃而解。此处举一例，某物质的晶体中含

　　A、B、C三种元素，其排列方式如图1所示（其中前后2面心上的B原子没有画出），此晶体中A、

　　B、C的原子个数比为（）

　　(A)8:6:1(B)2:3:1

　　(C)l:3:l(D)2:2:1

　　在这一问题中，因为C处于立方体的中心，因此对C原子的判断比较容易，即1。对于A原子，就要引导学生想象每个A原子均为8个立方体所占有，即8/8=1。对于B原子，不仅要引导学生想象每个B原子均为2个立方体所占有，同时还要想象B原子的总数是画出来的4个加上没有画出的2个共6个，即6/2=3。这样的问题并不是难题，但对于缺乏空间想象力的学生来说，确实会感到束手无策。要解决好这类问题，在化学教学中就要“抽象内容形象化、微观知识宏观化”，增强学生对物质结构的空间想象力，提高对此类题型的思维解题能力。

　　4.合理运用理想实验，培养假想过程想象能力

　　理想实验是科学抽象的一种形式，是人们在思想中，运用理想模型塑造理想模型在理想条件下的运动过程，进行严密的逻辑推理的一种重要的理论研究方法。理想实验基于现实、而又超越现实，它是在真实实验的基础上，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，对实际过程作出更深层次的抽象分析，以已被实践所证实的逻辑法则为根据，按真实实验的格式所展开的一种复杂的思维推理活动。“理想实验”虽然不是一种真实的实验操作，但它可作为进一步推进科学研究活动向前发展的手段，作为创造性思维的重要表现形式，作为一种重要的理论研究方法，由此而得到的结论具有重要的意义。

　　例如，学生在认识弱电解质溶液中起始浓度、电离度及其电离产生的离子浓度之间的变化关系时存在困难：溶液稀释时醋酸分子、醋酸根离子与氢离子的浓度都在减小，为什么平衡向电离成离子的方向移动而不是向生成醋酸分子的方向移动？这一困难可以通过一个理想实验来帮助理解：设想在一无限大容积的容器内加入少量一定浓度的醋酸溶液，然后向其中不断地加水稀释，此时醋酸根离子与氢离子之间的距离就不断增大。当加人水量无限大时，溶液体积亦无限大，醋酸根离子与氢离子之间距离就会无限远，则2者碰撞结合成醋酸分子的可能性近乎零，而每个醋酸分子都可以有电离的机会，故这样的条件下醋酸分子会全部电离，电离度达到最大。这个假想实验的结果可以解释弱电解质溶液稀释，电离平衡向右移动。

　　又如，在建立气一液动态平衡的概念时，可用理想实验方法。假想一个装有少量液体的密闭容器，引导学生想象这里面分子的运动状态。在这个实验中学生并不能真正观察到容器中分子的运动情况。但这个过程靠想象运用已有的知识是能够达到的，这就是理想化的观察。从而使学生在脑海里想象出在单位时间内回到液体中的分子数等于从液面飞出的分子数这一动态平衡的图景。

　　再如，压强对化学反应速率的影响，可以用理想性的实验方法来解释其原因。对于气体反应来说，当温度一定时，一定量气体的体积与其所受的压强成反比。这就是说，如果气体的压强增大到原来的2倍，气体的体积就缩小到原来的1/2，单位体积内的分子数就增多到原来的2倍。增大压强，就是增加单位体积里反应物的物质的量，即增大反应物的浓度，因而可以增大反应的速率。相反，减小压强，气体的体积就扩大，浓度减小，因而反应速率减小。

　　理想化实验难度较大，需要教师多想办法创造想象的图景，比如使用一些示意图，以提高学生学习的兴趣并降低难度。

　　5.结语

　　本文就化学教学中常用的和重要的想象类型做了浅显的讨论。这些类型不是孤立的，在解决问题或探索新知的过程中往往是它们的相互融合。所以，需要把它们有机地交融，让进行不同类型想象能力的培养成为一个有机整体，努力使它贯穿新授课、讲评课、复习课、实验课等不同课型的教学全过程之中。对学生进行想象能力的培养应作为一种常态的教学方式，一种持久的教学文化。

　　                              洪志文

　　                        (山东省烟台市教育科学研究院264003)