空间想象能力对高中化学物质结构知识学习的影响

摘要 物质结构知识是高中化学知识中的核心内容之一。由于它主要涉及抽象的理论知识，而成为高中化学中难教、难学的一部分。在物质结构知识的学习中，学生的空间想象能力起到关键的作用。通过大范围问卷调查进一步证实，学生的空间想象能力与物质结构知识学习密切相关。

关键词 物质结构知识空间想象能力

物质结构知识不仅是化学科学的核心内容之一，也是化学知识体系的基础，它犹如一根红线贯穿于高中化学的始终，将概念、理论、化学实验等内容连接在一起。然而大量资料显示，由于物质结构知识主要是探求物质性质和变化的根源，研究原子、分子、晶体的结构及其与性质之间的关系，是从微观的角度探求物质本质属性的，具有严密的逻辑性和高度的抽象性，因此，在物质结构知识的学习中学生的空间想象能力起到了关键的作用。笔者在借鉴其他学者的研究成果的基础上，通过自己编制的调查问卷在江苏省的部分中学进行了大范围的调查，调查结果进一步验证，学生的空间想象能力对其物质结构知识的学习有很大的影响，而且中学生中男生的空间想象能力明显要比女生强。

1 前言

空间想象能力不仅仅是指“对物体（即客观存在着的空间形式）的形状、结构、度量及位置关系的想象能力”，还指“对客观事物的空间形式及其符号表示想象和再造想象的能力”。按心理学观点来看，人的想象力分为再造性想象和创造性想象。再造性想象是根据词的描述或图样的示意，在头脑中形成相应的新形象的心理过程，这些形象都是重现别人想象过的事物。而创造性想象是不依据现成的描述而独立地创造出新形象的心理过程。二者有本质的区别，但并无截然的分界线，在一定条件下，再造性想象可以转化为创造性想象。而空间想象能力是再造想象与创造想象能力共同作用的体现。

提到空间想象能力，人们就自然会想到立体几何，认为只有数学学科才能和空间想象能力有所联系，其实这是一种错误的认识。空间想象能力是一个人应该具备的能力，在基础教育阶段，学生空间想象能力在不同学科都有所体现，只是程度不同而已。如同数学的立体几何一样，在高中化学物质结构学习中，学生的空间想象能力起到至关重要的作用。

2　调查对象及工具

2．1被试 笔者在江苏省的众多中学进行了调查。调查的学校分布在江苏省的北部、中部和南部。问卷发放843份，回收有效问卷806份（其中男生443人，女生363人），回收有效率达95.6 %。

2．2调查工具及方法 在参照其他学者的研究成果基础上，自己编制了《有关物质结构知识学习的调查问卷》。问卷中包括对学生在中学阶段化学物质结构知识掌握情况的考察（总分为100分），以及对学生空间想象能力的考察（总分为10分）。在实施调查时，将问卷发放给学生，要求学生在30 min内完成。除问卷调查之外，笔者还对部分高中生进行了访谈。

2．3统计方法 问卷调查结果采用SPSS 10.0进行统计分析

3　结果与分析

将回收的有效问卷采用SPSS 10.0进行统计分析，得到的空间想象能力与学生性别及物质结构知识成绩相关分析数据如表1。

从上图可以看出，学生的空间想象能力与学生性别及其物质结构知识的学习存在显著相关，而且学生的性别与空间想象能力呈现负相关，说明男生的空间想象能力明显强于女生；空间想象能力与物质结构知识的学习呈现正相关，说明在不考虑其他因素影响的情况下，学生的空间想象能力越强，其物质结构知识的学习状况会越好。

物质结构知识，从微观的角度来探求物质的本质，从原子、分子水平上认识物质构成的规律，揭示物质结构与性质之间的关系，是微观与宏观的有机结合。在物质结构知识的学习中，需要学生有较强的空间想象能力。这里的空间想象能力，不仅包括能够在脑中正确建构出一些物质的空间构型的能力，还包括能够将化学符号和化学用语在脑中再造和形象化的能力。经过理论分析与访谈，我们发现,学生空间想象能力的差异主要由其联想能力、观察能力及想象能力的差异造成，这些差异进一步影响到学生对信息的提取、加工和迁移，从而影响着物质结构知识的学习。

3．1 联想能力有差异，影响学生对信息的提取

所谓联想是人们在头脑中把一事物与另一事物联系起来，从而将对一事物的思想或表象推移到另一事物上去的认识形式和思维方法。联想一般可以分为接近联想、类似联想、对比联想、推测联想等。

由于物质结构知识具有一定的抽象性，因此，学生联想能力的差异，直接影响到他们对自己头脑中已有信息的提取，从而在很大程度上影响着物质结构知识的学习。实证结果显示,在物质结构知识的学习中，学生在接近联想方面水平基本相当（如：看到“碳元素”，大多数学生会立即想到碳元素的元素符号C），而在对比联想、推测联想水平上差距很大（如：看到金刚石的空间网状结构，只有少数学生会想到石墨的层状结构、C₆₀的球状结构，以及它们性质上的差异）。在学习新知识的时候，联想能力好的学生，很容易从头脑中提取出与新知识相关的知识，从而在新旧知识间建立起关系，完成新旧知识的同化。例如,学习到乙炔（C₂H₂）的分子结构时，所有原子在一条直线上，C—H键角为180°，这时就应该联想到CO₂的分子结构也是直线型，C—O键角同样为180°，这样就更容易接受和巩固新知识。

3．2 观察能力有差异，影响学生对信息的分析加工

学生的观察能力是导致其空间想象能力产生差异的一个重要因素。因为空间想象能力是现实中已有模型或符号在头脑中的建构的水平，那么要正确建构这些模型和符号，就必须有较强的观察能力。从信息论观点看,观察应该是外部环境的信息通过感官输送到大脑皮层，经过加工处理，感知外部世界的过程。观察既包括信息的输入又包含信息加工的初步过程。因此，在物质结构知识学习过程中，对分子、原子及其晶体的结构的进一步认识，离不开对一些模拟的实物模型或示意图的观察。

例如,某年的高考题提到干冰的外观和冰相像，可由二氧化碳气体压缩成液态后再急剧膨胀而制得。通过观察分析，每个CO₂分子周围与之相邻等距的CO₂分子的个数。大多数学生认为是8个，因为他们缺乏对此晶体结构示意图整体的认识，缺乏对每个CO₂分子位置关系的观察能力。以底面中心的CO₂分子来分析，与之相邻等距的不仅包括位于底面顶点的CO₂分子，还有此晶胞及其下面一个晶胞前后左右4个面心的CO₂分子，因此共有12个。

3．3 想象能力有差异，影响学生对信息的迁移

在物质结构知识的学习中，大多数学生在再造想象能力方面差异不是很大，但是创造想象能力却有较大的差异，而想象能力直接影响到学生对信息的迁移。物质结构知识是一个理论性和逻辑性很强的知识体系，教师不可能在课堂有限时间内，把所有相关知识一一介绍给学生，所以在学习物质结构知识和解决问题时，要求学生有很强的创造想象能力，才能不断在新旧知识之间进行迁移，最终完成对知识的积累。

例如,分析CH₃Cl的同分异构体个数时，学生很容易想到CH₄的空间构型，CH₄为正四面体结构，是对称的，没有同分异构体， CH₃Cl是用一个Cl原子取代CH₄中一个H原子，同样是一个四面体结构，所以也只有一种空间结构。而在分析环己烷的结构时，大多数学生会想象到苯的结构，但很少有人能把这个有机物中的六元环的结构和无机物中的石墨或金刚石联系起来，从空间结构看，在石墨和金刚石中同样有着类似的六元环，这就体现出创造想象能力的差异。

4启示

从上述调查结果中可以看出，在空间想象能力方面，男生总体上要显著好于女生。这就要求化学教师在教学过程中应适当地针对男女生的特点因势利导，采取不同的教学方法，使男女生在空间想象能力的培养和发展上尽量达到其最高水平。同时，笔者还认为化学教师应从以下几个方面着手来培养和提高学生的空间想象能力，以提高化学物质结构知识教学及学习效率。

4．1 培养学生的观察能力

在化学物质结构知识教学中，教师首先要注重培养学生的观察能力。在展示模型、图表或进行演示实验的时候，要强调学生注意观察，并说明观察的目的和对象；在讲授抽象的概念知识的时候，要注意联系实际，把物质的空间结构与现实生活中常见的物体联系起来，便于学生理解和记忆。

4．2 强化学生的认识和剖析图形的能力

在物质结构知识教学中，教师要注重强化学生的认识和剖析图形的能力。教师应当在课堂教学中加强示范练习，还应展示或让学生自己动手制作一些分子结构模型，适当地对学生进行相应的图形识别训练，便于学生结合示意图深入理解物质结构知识。

4．3 指导学生运用科学方法

在物质结构知识教学及解决问题的过程中，教师要注意引导学生运用比较、类比、归纳等科学方法，引导学生将已有的知识按一定的关系分类归纳，将杂乱的知识在脑中构建成一种网状结构，使知识系统化，便于学生在学习新知识和解决问题时顺利提取头脑中已有的信息，有助于增强学生的联想能力，提高其学习效率。

参考文献

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[2]关志强．沈阳教育学院学报，1999，(1)：128-130

[3]贾成群．甘肃教育，1999，（5）：41