化学教学中的非线性现象及对策

摘要 :在化学教学中存在的教学主体演绎、教师身、学生体现、学习环境作用等非线性因素的影响,针对这些因素采取充分发挥化学知识的非线性作用、教中积极应对非线性、把握预设和生成、加强教学反思、学中兼容非线性、巧用随机事件、培养学生非线性思维有效措施,变化学教学复杂的、不可预测性为一个简约的、可预测的教学活动。

关键词 非线性 化学教学 不确定性 随机性 无序性

从数学角度上看,线性指变量与变量成比例关系。相对应的,非线性是指变量之间没有必然的因果关系,而是由多方面相互作用的结果。在教育活动中,涉及的因素复杂多样,它们有时交叉耦合、有时相互促进、有时相互排斥,成一种非线性关系。在化学教学活动中,影响非线性的主要因素可分为化学知识结构、教学主体、学习环境三大点,他们具有不确定性、随机性、无序性等特征,这些性质都成为化学教学中难以把握的因素。

一、教学中的主要非线性因素

1.化学知识结构的非线性特点

化学知识的非线性指知识本身之间有不确定性、割裂性和不连续性。知识是变动的,化学知识在先人不断的探究中不断完善和改进,随着化学知识的传递、保存、选择、批判、融合、更新、创造,呈现一种螺旋形的盘升,在不同的认识阶段是有不同的定义方法。中学化学典型的一个例子就是对酸碱的定义,在初中我们直接说 “电离的阳离子全部是H+的是酸,阴离子全部是OH-的是碱”,到了学习了“盐类的水解”的时候,酸碱的定义则变为“在溶液中 c(H+)>c(OH-)的为酸溶液,反之则为碱溶液”,随着对化学的进一步学习,大学化学还衍生出多种对酸碱定义的理论如质子理论、正负离子理论等不同分类方法。

新课程教材的编写,也体现了化学知识的非线性特征,打破了旧教材以知识为主线的编写思路。它以必修课程作为门槛,突出化学与生活的结合,把我们引进色彩斑斓的化学世界,在选修阶段再以必修的基础上做深入探究。这种做法,照顾了学生的学习认知规律,但又将化学知识引进似乎更加混沌的状态,同类知识被割裂在不同的学习阶段,继而出现初高中、必修与选修的化学教与学的衔接问题。

化学知识还具有社会性、复杂性、默会性。在知识经济大发展的时代,化学已成为自然科学中举足轻重的核心基础科目。辩证法要求学生们学习化学时坚持一分为二的思维看待事物,化学的发展有可能是天使的降临也可能是撒旦的挥阔,化学知识的缄默性增加了测量学生科学价值观的困难。在整个教学过程中,学生带着自身的情感态度进入课堂,令化学教学更加复杂无序。

2.教学主体演绎非线性

人的实际能力,如感知认知能力、想象能力和预见能力都是有限的,人与人之间这些能力一定都会有细微的差别,在教学中也显得尤为明显。例如,美国学者古德莱德归纳出五种不同类别的课程:理想的课程、正式的课程、领悟的课程、实行的课程和经验的课程[1]。这五种课程从上到下、从理念到实践,就是一种呈跳跃式的往下传递的,其到后面教师所能理解和领悟的化学教学内容与学生所体验、吸收的化学知识之间都不是一个线性关系,而是交融在一起,或增加或减少,不成比率。教学中的心理效应也不是百试百灵,就如量子力学认为的原子中个别电子的运动轨迹是无法确定的,即测不准定理,它所涉及的个体因素在无序中演绎着杂乱无章的曲调。

(1)教师身上的非线性

教师在化学教学系统中表现出非线性的特征。我国申继亮和辛涛等教授提出,教师专业知识应包括本体性知识、实践性知识、条件性知识。一名合格的化学教师应该具有的专业知识则为化学知识、与化学相关的情境和与之相关的知识、教育学和心理学知识。根据“木桶原理”可知,教师的教学成败常受制于与这三种知识最弱的一项。这种非线性现象在新手中表现的尤为明显,新的化学教师往往有过硬的化学本体知识,却很难在实践中探索学生的性格特点,难以把握化学课堂的有效性。

教学的对象是活生生的人,不是按部就班的戏剧表演,面对课堂中的突发事件,机不可设,设则不中,教师往往表现得束手无策。甚至在实验演示的过程中,出现与教科书上相悖的现象,教师不能正确处理或辟而不谈。“意外”超出教师的线性思维不能用教学机智妥善处理,不能及时采取有效措施而使得课堂走向失控,把已预设好的教学情境推向混乱状态。

教师在化学教学中的非线性还表现在教师投入教学中的时间精力、教师的教龄和教学效果不成正比。在教师群体中,从教几年的教师有可能比老教师更具有把握课堂的能力。待到教师发展到一定阶段,也常常出现职业倦怠而停滞不前。

(2)学生体现的非线性

学生在学习化学中也会出现和教师成长阶段相似的非线性特征。学生发展具有明显的阶段性,高中学生以抽象思维为主,情感比较丰富细腻,理智感在情感生活中占主要地位,化学史的教育对学生有一定的激发作用,有时成为一种学习的助推剂。学生群体发展的不平衡性使得教师难以以一种教学方法满足各类层次的学生的学习需要,也导致化学教学目标为不确定性。对于学生个体而言,根据加德纳多元智力理论,各项智力发展不平衡又具有互补性,这个为化学教学提供了利弊参半的非必然关系。各种个体组成的受教育者构成了一个更为复杂多变的群体,增加了教学的随机性。

另外,学生在化学教学中非线性还表现在,学生本身知识体系不连续缺乏将知识联系起来的能力而产生的负迁移、自身努力程度和成绩好坏不成正比甚至出现的高原现象、学习动机水平与成功机率成倒U型关系。例如,在一定阶段,学生还没有足够的知识将同素异形体、同分异构、元素、核素、同位素等概念用对比、归纳的方法加以区别;对自己期望太高而导致实验操作的错误。

3学习环境作用

化学是一门紧贴生活的自然学科,教育者应该将学生放飞到真实生活当中去。自然界的丰富多彩、社会中的复杂多样,都会交杂在一起对学习者带来一定的影响,或是促进,或是阻碍。学生带着各自复杂的心情走进化学课堂,又带着不同的态度回归生活。在这样的循环中,交叉耦合的因素难以把握。

再者,环境也不是一层不变的,它也随着时间的变迁发生变化,也因人们的认知状态对化学产生不同的审美心理,进而影响化学的学习。比如,紫金矿业排放含铜废水导致汀江河大量的鱼死亡,由此学生恨透了化工厂给生活的带来的危害,但如若学习了“沉淀的溶解平衡的应用”又会为治理家乡水污染树立了学习目标,提起学习化学的热情。当然这是一个学生的内部心理变化,这种看不见摸不着的活动增加了教学的不确定性。

二、应对非线性策略

1.充分发挥化学知识的非线性作用

要发挥化学知识的非线性首先要迎合新课程教材的编写思路,以学生的认知规律为主线,以知识建构为基本机制,改变过注重知识传授和强调学科本位的旧做法。其次继续发扬教材中丰富的栏目的作用,这些是无序中构建化学知识不可少的有机组成部分,特别对于阐明化学知识的多样性和培养学生丰富的爱国等情感有潜移默化的影响,不再是因知识讲知识,而是由学生真正吸收内化、移情、延伸,由知识再生知识达到“树上开花”的效果。再者非线性知识通常是教学中的重难点知识,这些知识往往综合性比较强,对学生培养学生的非线性思维也起着举足轻重的作用。例如记住元素周期表各元素的一般规律外,还有一些“有个性”的元素,教师要有意识的点拨,学生也应该自觉对其归纳总结。

2.教中积极应对非线性

(1)争做“自来水”

教师应该不断地充实自己的专业知识,像是一个自来水源源不断地供给学生以养料。化学知识更新地很快,教师也应该时刻更新完善自己的知识体系。教师要联系最近发生的相关事实作为情境的设置,例如市面上出现的三聚氰胺、瘦肉精、毒黄瓜、塑化剂等食品安全事件,带领学生走进化学课堂。教师充实教育学心理学知识理论中要从实际出发,把握 学生“最近发展区”,为迁移而教,实现学生能力的“突变”。教师的专业知识只有在相对平稳的状态中才能保证教学秩序的正常进行。

(2)把握预设和生成

预设和生成是辩证的对立统一体。化学教师要在备课之前,认真研读教学的编写思路,读出其中的含义,抓住主干。在备课时要尽可能的先了解学生的学习认知状态,在学生已知和未知的基础上精心创设与本堂课的教学情境和支架。对于课堂演示实验一定要自己事先做一遍,增强课堂的预设性的针对性、开放性,才能灵活处理课堂更丰富的生成性,这是减小化学教学不确定性和随机性所必须的,这不仅是对学生负责也是对自己负责。注重化学课堂的生成性不仅建立在教师充足的备课上,而且要发挥教师敏捷的观察力和应急能力[2]。要强调的是,教师自身一定要保持谦虚谨慎的治学态度,不能随意编造不科学的结论和解释,这样既给自己的教学造成混乱有误导学生。

(3)加强教学反思

美国心理学家波斯提出:教师的成长=经验+反思。无论对于新手还是在讲台上已经站了几十年的老师来说,无论他的教学多么的丰富没有经过反思的教学工作只能说是周而复始的同样的工作,永远都是在原地踏步。教学反思能打破教师投入教学中的时间精力、教师的教龄和教学效果不成正比的非线性现象,克服职业倦怠心理。教师的反思也是一种自学本领,只有不断地在教学中反思自己,自己的教学水平才会不断提高。用理论分析解决化学教学中的各种问题,逐步探索揭示和掌握化学教学的规律。

3学中兼容非线性

(1)加强科学方法的教育

化学知识一直被人看成是文科式的理科,其主要原因之一就是觉得它是分散型的,像散落的珠粒非常紊乱,例如碱金属元素、卤元素或化学平衡移动影响因素,学生似乎觉得这些知识非常零散不便记忆。通过科学方法的教育,使学生们自觉地用归纳、分类和对比等方法按照自己的记忆习惯把化学知识分散的知识有机地统一起来,用元素周期表规律或化学平衡移动规律进行总结,这些有助于学生的记忆和学习,进而可以对相关知识进行迁移或者达到知识的突变。授人以鱼不如授人以渔, 让教师“为迁移而教”成为可行。

(2)利用同伴效应

高中生有极强的自尊心和好胜心,比其他群体有更敏感的神经,周围任何人特别是师长的言语态度都会引发“蝴蝶效应”。教师可充分利用这点,在探究性学习中, 采取小组合作或一对一的方式,用激励性的语言促使他们相互竞争相互弥补,掀起化学探究的狂潮,激发学习的热情,让学习成为一个开放的互补性的系统。

(3)关注非智力因素

学生的非智力因素包括动机、兴趣、情感、意志、性格。人本主义心理学侧面反应的就是教学中非线性的现象,它是一种人本取消的。学生的非智力因素在整个非线性学习中占了不可忽视的作用。化学的学习并不是枯燥无味的,只要到达他们内心深处的知识、能触动心灵的教学就是有效的教学。为此,化学教学中渗透情感的教育,如爱国情感、生命道德感、集体荣誉感,显得急迫。在化学课,教师一定要将正面的、积极向上的一面展现给学生,那样学生才会在轻松的学习气氛中接受化学。

(4)回归生活

学生只有回归到生活才能真正体验生活的真谛。只有环境才会对他们产生最大的非线性影响,产生的刺激才是最全面深刻的。课堂中的实验是人为加工以后的产物, 往往也脱离了实际,多媒体展现给学生的也只能是感官上的体验,也有人说将厨艺和化学放在一起学习,讲的就是化学和生活千丝万缕的联系。回归生活,教学中的情境设置才会有意义。

4.化两个世界为一体:

良好的师生关系是减小非线性不可预测性的有力保证。沟通是良好的人际关系的润滑剂也是激起思想火花的助燃剂,达到教学效果最优化的目的。良好的师生关系需要双方共同努力。在化学教学中,教师要尊重、公平对待学生,善于和学生交往,了解学生最新动态,调节自己的教学方法和计划;学生应该尊重教师,严格要求自己,自觉完成学习任务,主动和老师交流,减少彼此的隔阂。

5.巧用随机事件

在这个复杂的非线性教学中,教师要保持一种高度的敏感性,化无序为有序,利用随机事件促进教学的生成。利用正值讨论热门的话题如食品添加剂的话题引入课堂,将学生的注意力集中到课堂中来,用随机事件“顺手牵羊”,使教学事半功倍[3]。

6.培养学生非线性思维

非线性理论相对具有一定的开放性、横向性、跃迁性和可塑性,对激活学生的思维功能、扩大知识视野具有积极的意义,对培养学生的创新性也是很重要的[4]。学生在理解化学反应速率的影响因素有效碰撞时,往往出现思维障碍,其原因之一是因为这个过程是模糊抽象的。非线性思维在创新实验中起到推波助澜的作用。如粉笔在化学实验中的妙用,利用其主要成分,粉笔可做焰色反应、钙离子或硫酸根离子的检验和做电极等;利用粉笔的形状和廉价的特点,它还可以充当硫或红磷在氧气中燃烧的燃烧匙[5]。在化学实验教学中,培养学生发散的非线性思想意义深远。为此,教师要鼓励学生大胆地猜想和解释,在一个民主和谐的课堂中赋予非线性思想以合理的地位,促进线性思维和非线性思维协同发展。

化学教育的影响因素是多元的、复杂的、相互交织的,较高的精确预测可能比较比较困难,但是在短时间范围内,预测是可以的,转变化学教学复杂的、不可预测性为一个简单的、可预测的教学活动,让化学教学有规律可循。

参考文献:

[2]余文森。有效教学十讲[M],北京:华东师范大学出版社,2009,56-62

[3]崔艳。在物理教学中渗透非线性思想[J].天津纺织工学院学报,1999,18,103-106

[4]肖常磊,钱扬义。中学化学实验教学论[M],北京:化学工业出版社,2008,159-16