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巧用对称性思维，突破高三教学的瓶颈期
耿晓红
（海盐高级中学 浙江嘉兴 314300）

摘 要 对称性思维是一种科学的思维方式，典型的代表有形象思维和抽象思维、求同思维和求异思维、逻辑思维和直觉思维、收敛思维和发散思维以及正向思维和逆向思维等。这些对称性思维在高三化学教学中的应用，不仅能使学生较好地巩固基础知识和基本技能，而且能使学生在理解的基础上灵活运用，有效突破高三教学的瓶颈期。
关键词 对称性思维 高三教学 瓶颈期

学生进入高三后，初期通过有侧重的专题复习和习题的强化训练，成绩会有一定程度的提升，但是到了中后期，成绩却常常出现停滞，有时甚至稍有下降，即出现了“瓶颈期”。这个阶段就像瓶子的颈部一样是一个关口，突破了便是出口。但是，如果没有找到正确的方向，就会一直困在瓶颈处，陷入进退两难的困窘。
瓶颈期的形成主要有三方面的原因：⑴疲于做题，缺乏思考；⑵没有找到科学、高效、适合自己的学习方法，过早出现“高原现象”；⑶虽然已经掌握了基础知识和基本技能，但是解答较难题、较灵活的题还不适应，缺乏思路，不能以原来的速度提高成绩。以上问题暴露了学生缺乏科学的学习方法和思维习惯。为了规范学生的思维习惯，调动学生高三复习的主动性，笔者尝试了将对称性思维方式引入课堂，将对称性的思维方法逐渐渗透到学生头脑中去，启发学生用对称的观点，用一分为二的系统分析方法来分析问题、解决问题，取得了较好的效果。
1 什么是对称性思维
在客观世界复杂的事物中，普遍地存在一种现象，那就是对称。对称性是客观世界的根本规律，客观世界中很多事物都是对称的，比如雪花具有精致的对称性，数学中有无数的对称图形、对称矩阵、对称空间和对称变化等。对称使纷繁的世界表现出和谐、有序，给人一种圆满匀称的美感。当我们欣赏科学之美的时候，不要忘记美不仅是科学本性之一，也是进行科学研究和培养创新思维的方法。事物的对称性一旦被人们的思维所反映，成为人们发现问题、思考问题和解决问题的一种具体方法，并在科学研究领域取得了重大成就。
所谓对称性思维就是指在思考问题和解决问题时从事物的对称性方面着手去寻找问题答案的一种思维方法。对称性思维是一种科学的思维方式，形象思维和抽象思维、求同思维和求异思维、逻辑思维和直觉思维、收敛思维和发散思维以及正向思维和逆向思维是对称性思维方法中的典型代表。教师可以把这五对思维方法用于教学之中，启发学生以对称的观点来分析、研究、解决问题，这对培养学生的对称性思维能力，提高创新能力有很大的帮助。
2 对称性思维在教学中的应用
2.1 注重形象思维与抽象思维的有机结合，让学生对知识的理解化难为易
形象思维，是用直观形象和表象解决问题的思维，它遵循认识的一般规律，即由感性认识发展到理性认识。抽象思维又称为逻辑思维，它不像知觉和表象那样直接地、形象地反映客观世界，而是对客观世界的间接的、概括的反映，其主要特点是对于事物本质属性的概括和抽象。教学中若能将形象感知与抽象思维有机地结合起来，是符合人类认知规律的，可以降低学生的学习门槛，让学生从自己的感官出发，递进式地推进对表象的研究，从而促进学生形象思维的延伸，达到有效培养学生的分析能力、逻辑能力和概括能力的目的，在层层递进、细致分析中，不仅帮助学生获取知识，还可以培养学生的科学探究能力，提高学生解决问题的综合能力。
在高中化学的教学中，我们要深入研究形象思维和抽象思维之间的辩证关系，引导学生自由地穿梭于形象感知和抽象思维之间，将两条思维形成一股绳，实现学生能力的螺旋式上升。例如在“盐类的水解”教学之后，多数学生虽然能从盐的组成判断出盐溶液的酸碱性，却不能够从微观本质理解水解的实质。在复习盐类水解时应进一步落实如下几点：一是运用微观模型或动画展示盐的水解过程，从微观粒子变化的角度揭示盐溶液酸碱性的本质，强化学生的微观意识，用形象化的模型帮助学生理解较抽象的知识，提升学生的抽象思维；二是既要引导学生从宏观角度认识“盐被水解”，又要从微观的角度分析“水被盐解”─盐促进了水的电离；三是从计算的角度落实好等体积、等浓度的弱酸或弱碱与其对应的盐混合后溶液的酸碱性的判断问题。例如：25℃时在CH3COOH溶液中存在电离平衡CH3COOH⇋CH3COO-+H+ Ka=1.8×10-5，25℃时在CH3COONa溶液中存在水解平衡CH3COO-+H2O⇋ CH3COOH+OH- Kh==5.6×10-10，因为Ka＞Kh，所以上述混合溶液呈现酸性。通过上述计算，同时也可以获得一元弱酸的Ka＞1×10-7是Ka＞Kh的前提因素。类似的也可以解释为什么NaHCO3溶液呈碱性，NaHSO3溶液呈酸性。通过上述分析，使学生明白其中的大小比较原理，比单纯的记忆其规律效果要好的多。根据学生的思维特点，我们在教学中尽可能多的给学生提供形象感知的机会，继而引导学生进行思考和概括即抽象思维。在形象思维和抽象思维的作用下，学生可以从一种感知联想到另一种感知，从一种现象推导出另一种现象，从而实现对多种现象的总结整合，将其中的原理、规律提炼出来，夯实“基础学力”。
2.2 异中求同，同中求异，求同思维与求异思维相互渗透，让学生对知识的理解得到强化
美国心理学家吉尔福特根据人的思维方式不同，把思维分为求同思维和求异思维。求同思维是力求从客观事实出发，按照分析、综合、归纳、演绎及推理等思维方式去揭示客观事物的真理，最后获得一个比较客观的结论。化学教学中通过求同思维的培养，不仅加深了对知识的理解，往往还能发现化学中一些规律性的东西。求异思维是在思维中自觉打破已有的思维定势、思维习惯或以往的思维成果，是一种突破经验束缚的思维方法。求异思维重在开阔学生思路，启发学生联想，从各方面、各角度、各层次思考问题。在实际教学中，求同思维和求异思维，二者是密切结合、不可分离的。
教学中学生之所以觉得化学难学，就难在一个“异”字上。如果学生没有真正理解某类问题之前，教师就把这类问题的特征和解法硬性灌输给学生，让学生凭借特征去套题解题，其结果就是学生只会依样画葫芦。一旦题目稍有变动，就会束手无策。所以在教学中，教师应注重培养学生的求同思维，引导学生掌握这类问题最本质的原理、规律，真正学会学通。例如在处理离子交换膜的应用这一环节的教学时，教师可以请学生思考下图1和下图2装置中离子交换膜的共同作用，学生经过讨论分析以后可以得出以下三点：⑴防止氯气和氢气混合而引起爆炸；⑵避免氯气与碱的反应；⑶通过离子的迁移，可以实现氢氧化钠溶液、氢氧化锂溶液溶质的富集。通过这样的分析，加深了对离子交换膜的理解。此时教师适时引导“上述装置杜绝ClO-的产生，若要增加溶液中ClO-浓度，制备消毒液，该如何设计装置？”有学生不假思索地提出撤掉离子交换膜的方案，但随即遭到更多学生的反对，因为仅撤掉离子交换膜不能实现氯气和氢氧化钠溶液的充分接触。这一问题渗透了求异思维，引发了学生的深度思考。经过课堂的激烈讨论，一部分学生提出了图3的装置，并指出阴阳极，说明产生较多ClO-的理由。这一环节的设计，培养了学生的求同思维和求异思维，使学生的基础知识和基本技能得到巩固和加强，同时突破思维定势的消极影响，不让中上等的学生认为这只是“炒冷饭”，这样的设计对所有的学生而言都有耳目一新的感觉。

2.3 直觉思维和逻辑思维相互依存，让学生在解题中更加自信
直觉思维是通过下意识的心理活动而直接把握对象的思维过程。直觉思维是未经过一步步分析，无清晰步骤，是对问题突然间的领悟、理解或给出答案的思维。通常把预感、猜想、假设、灵感、顿悟等都看做直觉思维。逻辑思维是指按照逻辑的规律、方法和形式，有步骤、有根据地从已知的知识和条件推导出新的结论的思维，特点是以概念、命题等信息为思维材料，进行合理判断和正确推理。在化学解题时，对于旨在理解和巩固基本知识的练习题，应多用逻辑思维方法解题，而对于综合题、应用题和推理题，则多用直觉思维的方法。直觉思维和逻辑思维在解题中尽管有所分工，但更重要的是它们间的相互配合。直觉思维以逻辑思维为基础，是逻辑思维的创造性运用，教师只有在长期的教学实践中，引导学生建立良好的化学知识结构和娴熟的化学基本技能，才能催生出直觉思维。同时，在直觉思维应用过程中，思维者对问题做出的假设，还需要逻辑思维的验证。因此，二者之间是相互联系、相互依存的。
学生在高三阶段，已经有相对扎实的化学“双基”知识。在化学解题的过程中，教师适时地引导学生从题目中寻找已知的，有用的信息，忽略干扰的次要条件，抓住实质，将思维过程简化、模式化，从而使学生的认识产生飞跃，表现为某一问题的突然顿悟、即“灵感”的到来。然后遵循严密的逻辑规律，将获得的“灵感”带进去逐步推导，最后获得符合逻辑的正确答案或作出合理的结论。如：（2014 浙江高考）某研究小组为了探究一种无机矿物质X(仅含四种元素)的组成和性质，设计并完成如下实验：另取10.80gX在惰性气流中加热至完全分解，得到6.40g固体1.

图4
这是一道以探究一种无机矿物质X(仅含四种元素)的组成和性质为目的考查元素及其化合物知识。习题课上，有学生将顿悟到的“灵感”整理如下：

图5
整理之后，学生有一种豁然开朗的感觉，多数学生能得出溶液1中含有Ca(OH)2，固体1是CaO和FeO的混合物，结合数据推得X的成分为CaCO3·FeCO3。教学中，教师有意识地培养学生的直觉思维和逻辑思维，可以使学生养成良好的思维习惯，化学知识运用更灵活，解题更有自信。
2.4 发散思维和收敛思维相互补充，让学生的能力得到提升
发散思维是指从已知信息中产生大量变化的、独特的新信息的一种沿不同角度、不同方向、不同范围、不同结果、不因循传统的思维方式。收敛思维是指从已知信息中产生逻辑结论或从众多方案中清理和筛选最佳方案的一种有方向、有范围、有结果、有条理的思维方式。显然，这是两种相反的思维方式。学生在解决化学问题的过程中，往往是发散思维与收敛思维彼此沟通、互相促进、互相补充、互为前提、缺一不可。许多较复杂化学问题，都需要经过思维多次的发散和收敛之后才能完成。因为发散的结果并不都是有价值的或简易的，有一些设想有谬误或繁琐，要从许多发散的结果中找到有价值的或简易的答案，还必须集中起来，进行充分分析、鉴别和论证，才能达到目的。而且集中之后，还不一定成功，这就要再次发散，这样循环往复直到问题得到解决。认识发散思维和收敛思维在化学解题中的作用及相互关系，能够有效地提高学生对这两种思维方式的认识水平和创造性解决化学问题的能力。
每个人的思维事实上都是既有收敛，又有发散的。在日常生活中，一般人的思维较多地处在发散状态，且有意的加以利用的情形不多。在接受课堂教育时，较多地处于收敛状态，而对发散性思维一般注意得较少。在教学中，教师应有意识地设计一些开放性的问题，如“变换进行喷泉实验的气体，思考还有哪些气体可以进行喷泉实验？”、“如何证明醋酸是弱酸？”、“如何证明氧的非金属性大于硫？”。这些开放性问题改变了传统问题的结构或解决途径，答案不唯一，思维指向不单一，解决问题多样化。正是由于增加了许多可变因素及问题结论的不确定性，给学生发挥个性提供了空间，有利于学生多角度、多侧面、多层次地思考问题。发散思维充分展开后，通过分析、讨论、比较发散结果，去假存真、去粗取精，找出最佳的解题方案，这就是一个思维收敛的过程。例如上述问题中证明醋酸是弱酸的方法很多，可以测溶液的pH或pH的变化，可以看溶液导电性或导电性的变化，可以通过反应看反应速率或产物的量，等等，学生在设计方案的过程中不仅加深了对弱电解质的理解，而且在讨论中能从实验原理的完备性、可操作性和实验结果的明显性等方面优化实验方案，掌握了实验方案设计要控制好变量这一关键因素。训练了学生思维的严谨性，提升了学生的综合能力。
收敛思维与发散思维是一种辨证关系，既有区别，又有联系，既对立又统一。没有发散思维的广泛收集，多方搜索，收敛思维就没有了加工对象，就无从进行；反过来，没有收敛思维的认真整理，精心加工，发散思维的结果再多，也不能形成有意义的创新结果，也就成了废料。只有两者相互补充，交替运用，一个创新过程才能圆满完成。
2.5 正向思维与逆向思维协同使用，让学生在推断题解题中得心应手
正向思维是指人们沿着习惯的思考路线去思考解决问题。逆向思维为了实现某一创新或解决某些因常规思路难以解决的问题而采取反向思维寻求解决问题的方法，逆向思维一般与众不同，当常规方式─正向思维无法解决问题时，可以考虑使用逆向思维，也许能够得到新的出路。
化学有机推断题是考查学生综合分析能力的一种题型，这类题具有条件隐蔽、关系复杂、思维强大、知识综合性强等特点，学生往往会望而生畏。将正向思维、逆向思维协同使用来解决这类问题，往往会事半功倍。例如：对氨基苯甲酸乙酯的合成路线如下图6，A物质是在已知条件的基础上顺势推理得出，采用正向思维。C物质由是结果出发倒推得出，采用逆向思维。再如有机合成路线的设计A→B→C…D，学生往往从A物质为起点，沿正向思路分析推出物质B，进而推得物质C。这时候若思维受阻，可以试着以最终物质D为突破口，考虑这一有机物如何从另一种有机物甲经一步反应制得，若甲与C不是同种物质，需要进一步考虑甲又是如何从另一种有机物乙经一步反应制得，就这样向前步步逆推，直到推得的有机物与C重合。然后正向梳理从A到D的合成路线，选出步骤少、产率高、操作简单、易于实现的合成路线。

图6
顺着溪流走，我们可以发现大海，逆着溪流走，可以发现江河的源头。顺着常规的思路走，你可以看到大多数人都能看到的结果。逆着常规的思路思考问题，常常会在山穷水尽之后展现出柳暗花明来。
3 结语
综上所述，形象思维与抽象思维、求同思维与求异思维、直觉思维与逻辑思维、发散思维与收敛思维、正向思维与逆向思维，这些对称性思维在教学中的应用，不仅能使学生较好地巩固基础知识和基本技能，而且能使学生在理解的基础上灵活运用。有好的思维方法，再加上阳光心态，高三的学生一定能很快突破学习的瓶颈期。

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