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变式教学是指不断变更问题的情境或改变思维的角度,而引发学生进行变式思维的一种教学方式。变式思维是指从不同的角度、不同的层次、不同的方位和不同的侧面来探究问题的思维方式;变式思维是模仿思维与创新思维的中介,是创新思维的重要途径。
一、运用多维变式教学,培养思维的流畅性
多维变式教学特点是,对问题尽量提出多种设想和答案,扩大选择余地,多途径、多方向地思考而解决问题,培养学生多视角审视问题的智慧。
1.多途径发散
对问题从不同的方向进行思考,做出多种多样的解答。例如,在氢氧化铝的教学中,可以运用下列探索性实验激发学生的发散性思考,借以从多个侧面认识氢氧化铝的两性:(1)将少量铝盐滴入强碱溶液有什么现象?(2)将强碱溶液逐滴滴入铝盐溶液中去,又有什么现象?(3)将铝盐溶液逐滴滴入强碱溶液直至过量,又有什么现象?(4)铝盐溶液逐滴滴入过量氨水中时,又有什么现象?(5)铝盐溶液跟碳酸钠或碳酸氢钠溶液混合有什么现象?为什么?(6)用明矾溶液代替铝盐溶液重做上面实验,有什么现象?(7)铝盐溶液为什么显酸性?(8)氢氧化铝为什么显碱性?(9)怎样由氢氧化铝制取纯净的硝酸铝?(10)怎样除去明矾中的离子和离子?
2.多方向汇聚
对问题从多方向各寻捷径求解,最后殊途同归。计算题中的一题多解、化学物质的多途径合成、物质鉴别与检验的多种方法设计、习题研究中的多题归一等属于这种形式。教学中还可以运用这种策略进行知识规律的总结。例如,针对问题:常温常压下,50mL硫化氢与60mL氧气混合点燃,问能生成相同条件下的二氧化硫多少mL?可指导学生以硫化氢不完全燃烧和完全燃烧的两个化学方程式为起点,分别从并列反应、连续反应、合并反应、电子守恒、体积差量等多个方向去总结硫化氢与氧反应的基本规律:
3.多角度推论
对论点从不同的视角进行思考,寻找多种论据加以推论。在气体摩尔体积的教学中,教师通过气体摩尔体积的概念引出阿伏加德罗定律以后,可指导学生从不同的角度对阿伏加德罗定律进行推论,则可得出阿伏加德罗定律的各种特殊情况:(1)同温、同压下,两种气体的体积(V)之比=物质的量(n)之比=分子数(N)之比;(2)同温、同体积时,两种气体的物质的量之比=压强(p)之比;(3)同温、同压下,同质量的两种气体,体积(或物质的量)与式量(M)成反比;(4)同温、同体积时,同质量的两种气体,压强与式量成反比;(5)同温、同压下,两种气体的密度(ρ)之比=式量之比;(6)同温、同压下,同体积的两种气体,密度(ρ)之比=式量之比=质量(m)之比;(7)同温、同压下,同质量的两种气体,体积与密度成反比。
换元变式教学的特点是,灵活地变换事物诸影响因素中的一个或几个,产生新的解决问题的思路,培养学生机智、灵活地解决问题的能力。
1.变方式思考
主要通过对问题“变脸”(问题的内容、形式、顺序和结论变换)后而引发出新的思考途径。这种策略可以培养思路通畅、灵活多变,从不同的角度思考和解决问题。
(1)变换叙述方式
简单地变换题目的叙述方式,可以加深学生对问题的理解。例如,18.4g氢氧化钠和碳酸氢钠的固体混合物在密闭容器中加热到250℃,充分反应后,排出气体,冷却,称得剩余固体质量为16.6g,求原混合固体中氢氧化钠的百分含量。可将原题中的16.6g变换为12.72g,其他条件不变。此题有三种可能:一是氢氧化钠和碳酸氢钠恰好反应;二是氢氧化钠过量;三是碳酸氢钠过量,其中碳酸氢钠过量最复杂。此题的变换就是把氢氧化钠过量变成了碳酸氢钠过量,把问题引向复杂和深入。
(2)变换设问角度
把设问的角度的多重变换,引导学生从更广阔的思维视角去研究问题。例如,相同物质的量浓度、相同体积的氯化钠、氯化镁、氯化铝三种溶液分别与足量的硝酸银溶液反应,求生成氯化银的质量比。变式①:相同物质的量浓度的氯化钠、氯化镁、氯化铝三种溶液分别与足量的硝酸银溶液反应,当生成的氯化银的质量相同时,求三种溶液的体积比。变式②:相同物质的量浓度的氯化钠、氯化镁、氯化铝三种溶液,在其体积比为1:2:3时,与足量的硝酸银溶液反应,求生成的氯化银的质量比。变式③:相同物质的量浓度的氯化钠、氯化镁、氯化铝三种溶液,分别与硝酸银溶液反应,当生成氯化银的质量比为3:2:1时,求三种溶液的体积比。
(3)变换已知条件
变题目的制约因素,包括增加已知条件和减少已知条件,引导学生从不同的侧面去研究问题。例如,电化学的教学中,为了让学生深入理解原电池、电解池、电镀池之间的联系与区别,可运用探索性实验进行研究:①把铜片和锌片分别放入稀硫酸中,再观察现象,解释原因。②把铜片和锌片平行插入稀硫酸中,先把在溶液中的部位相互接触,观察现象;再改为露在外面的部位相互接触,观察现象,解释原因(铜片上有氢气放出的原因)。③再用电线把铜片和锌片相连插入稀硫酸的烧杯中,观察现象,然后再接上电流计观察现象。④把铜片的锌片换成碳棒和铁钉按③的实验步骤进行实验,并要求把观察到的现象与铜锌连接的实验做比较。⑤把碳棒和铜片也按④的实验步骤进行实验,观察现象,解释原因。⑥把碳棒和铜片分别接上外加电源,碳棒接电源的负极、铜片接正极,插入氯化铜溶液中去,通电一段时间后,观察现象,解释原因。⑦把电极换成两根碳棒,按⑥的实验步骤进行实验,把湿的淀粉KI试纸放在阳极碳棒附近,观察现象,解释原因。
(4)变换因果关系
这是一种“两面神”思维方法。可设计“互逆型”问题,通过题目因果关系的互相逆转,激发学生的思路转换。例如,在元素周期律的教学中,可巧妙利用:
之间的相互联系,在问题中分别把元素的位置、结构、性质设为因和果,进行互相推导。
2.排除性运用
这是“优选式”思维方法,可设计“多解型”问题,指导学生在解决问题时,排除已掌握的习惯性方法,而用新方法进行创造性思考。例如,向15g铁和氧化铁混合物中加入150mL稀硫酸,能放出1.68L(标准状况)氢气,铁和氧化铁均无剩余,向所得溶液中滴入硫氰化钾溶液时,未见血红色。为了中和过量的硫酸,且使溶液中的亚铁离子全部转化为氢氧化亚铁,共消耗了200mL3mol/L的氢氧化钠溶液,原硫酸的浓度有多大?此题运用常规方法求解,非常繁琐。如果能启发学生的创新思维,找出题中的隐含条件,很快就会发现:氢氧化钠的物质的量为原硫酸溶液中硫酸物质的量的2倍,即可简捷的求出硫酸溶液的浓度:(0.2×3)÷(2×0.15)=2mol/L。
3.逆向性思考
可设计“逆思型”问题,指导学生脱离常规的思维程序,能从常规思路相反的方向或通过倒转事物的因果关系来引发解决问题的新思路,从而获得新颖独创的结论。在无机合成或有机合成的教学中,常运用逆向性思考来解决问题。例如,以苯、天然气、食盐、水、空气为原料制取酚醛树脂。此种题运用逆向性思考很容易解决问题。
三、运用创优变式教学,培养思维的独特性
创优变式教学的特点是,不为已有答案所满足,尽力寻优,通过独创性思考,标新立异地解决问题,从而培养学生能挑战权威的观点,并迫使其从自己的角度去重新审视问题的习惯。
1.审视性阅读
可以指导学生探索教科书、参考书中的失当之处予以纠正,或启发学生对一些知识规律,从不同的角度提出各种不同的看法,得出一些派生的结论或间接性结论等;也可以设计一些不完整的、有缺欠(缺少条件的试题,让学生补充条件)的,或似是而非的,或含有几个解答的不确凿的问题,让学生发现、确定、修改;还可以提供一些科学上仍在探索、推测的科学之谜,激发学生去思考、辨别、选择和推测。
2.完美型加工
可以指导学生对正确的运算过程、表述、推理、结论进行加工、修改(如优化解题方法,改进化学实验或把某一学习材料的某一部分重新构思和改写等),使之更科学,更完美(由于加工的东西是正确的,因此更需要独辟蹊径地创造性思维),培养学生善于钻研和思考问题,善于借鉴而不单纯模仿,于被人忽视的细微之处有独到的发现或见解,在已知领域中有所突破的能力。
3.新角度表述
可以指导学生用特异的方法解决问题(如能用简捷、新颖的方法解题,设计新的化学实验等);也可以指导学生编制自己幻想的场景,神话般的奇迹或梦想之谜(如进行科学幻想等)。培养学生在解决问题过程中不囿于固定观念束缚,能脱出一般观点的窠臼,能提出富有特色的思想、新奇大胆的创意。特别要求对问题能从前所未有的新角度提出新见解、做出新论述,成果独辟蹊径,别具一格,标新立异。
变式教学在培养创新意识方面具有现实生命力。教学中积极地加强变式思维的研究和培养;有利于独特的、创新的、不常规的人才的成长。