發(fā)布時間：2023-06-04 09:45:27
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的科學文化論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
關鍵詞：科學課活動生活化
小學科學是門以培養(yǎng)科學素養(yǎng)為宗旨的科學啟蒙課程?？茖W素養(yǎng)無法像知識那樣直接“教”給學生，教師必須組織一個個科學探究活動，讓學生在參與活動的過程中，獲得感受、體驗并內(nèi)化。作為科學課程學習主體的小學生，在面對紛繁復雜的科學世界時，會產(chǎn)生激情和興趣。教師必須尊重學生的意愿，以開放的觀念和心態(tài)，為他們營造一個寬松、和諧、民主、融洽的學習環(huán)境，引領他們到校園、家庭、社會、大自然中去學科學用科學。不要把學生束縛在教室這個太小的空間里，教室外才是孩子們學科學用科學大有作為的廣闊天地。
一、挖掘生活化活動內(nèi)容
1.1從教材中挖掘生活化學習活動資料。科學課是由觀察、研究、認識周圍事物和環(huán)境的探究活動組成的。學習科學，就是去參加、經(jīng)歷一個個的觀察、研究、認識活動。在科學學科中選擇貼近學生生活實際的科學內(nèi)容和材料。例如:觀察身體，比較水的多少，米飯的觀察等。注重使學生能聯(lián)系結合已有經(jīng)驗和生活實際，在對問題的探索、嘗試、調(diào)整和解決的自主性活動中獲得積極的創(chuàng)造性的人格發(fā)展學得具體、學得積極、學得有用。讓學生知道科學源于身邊生活，了解科學應用于現(xiàn)實生活中的形態(tài)。
1.2在學生周圍實際生活中尋找內(nèi)容。面對豐富多彩的現(xiàn)實世界，教材中那“面向生活”的內(nèi)容就顯得十分有限。為了進一步加強科學和生活的聯(lián)系，我們挖掘?qū)W生周圍生活的事件、現(xiàn)象、情境等轉(zhuǎn)化為一個個具有探索性和操作性的課堂探究問題。讓學生在探究生活問題中親身感受到科學來自于生活，生活處處是科學。
1.2.1關注校園生活中的科學資源。校園生活是學生們最熟悉、最感興趣的內(nèi)容，因此教師要特別關注他們的校園生活，要善于發(fā)現(xiàn)校園內(nèi)的科學素材，把校園中的科學問題搬進課堂，使學生感到真實有趣，感到科學就在身邊。
1.2.2留心社會生活中的科學資源。社會生活是學習科學的大課堂，學生可以從報紙、雜志、電視等新聞媒體上了解到很多信息，還可以與家長聊天談話中捕捉到有用的信息，甚至小伙伴之間的游戲有時也會成為科學學習的第一手資料。
1.2.3了解家庭生活中的科學資源。學生生活在不同的家庭環(huán)境中，有著不同的生活條件和生活經(jīng)歷。這就是很好的可用課程資源。例如，在做比較不同蔬菜或水果的實驗時，要求學生自備實驗材料，同學們帶來了幾十種新鮮的蔬菜和水果材料，有的甚至把比較昂貴的熱帶水果也帶來了，學生在課堂上互相交換材料進行實驗，興趣盎然。如果是學校統(tǒng)一購買，就只能是幾種價錢便宜的普通材料了。在教學中有些觀察實驗周期長，要給予學生足夠的觀察和實驗時間，如果在實驗室里做，不利于學生隨時隨地觀察。例如觀察種子的萌發(fā)、生長、開花、結果，可采取讓學生回家與家長共同實驗的方法，取得了良好的效果。生活在城市里的孩子很少有這樣的機會:親眼看著一顆小小的種子從土壤中悄然萌發(fā)，開始了它神奇的生命歷程。
1.3加強科學和其它學科的聯(lián)系。打破傳統(tǒng)格局和學科限制，構建一個開放的大課堂，允許在科學課中選擇與科學有關的其它學科的現(xiàn)實問題，不人為地設置學科壁壘，讓學生在這些問題中找到應用的廣闊途徑，理解科學的豐富內(nèi)涵，吸收更為豐富的營養(yǎng)。
二、構建活動生活化模式
現(xiàn)代教學理論認為:科學教學應該從學習者的生活經(jīng)驗出發(fā)，將科學活動置于真實的生活背景中，提供給學生充分進行科學活動和交流的機會，使他們真正理解和掌握科學知識、思想和方法，同時獲得廣泛的科學活動經(jīng)驗。根據(jù)這一理念我們努力讓學生經(jīng)歷“生活——科學——生活”這樣一個科學學習過程。課前學生根據(jù)課文內(nèi)容憑借已有的知識水平和生活經(jīng)驗做好課前嘗試探究，課堂創(chuàng)設生活情景組織開展活動探究。課后延伸探究生活內(nèi)容，創(chuàng)設大課堂情境。鼓動學生到日常生活中去運用科學解決實際問題，使課內(nèi)學習與課外實踐緊密結合。在解決問題的過程中，提高思維能力。教學基本流程是:課前自行探究準備——課堂創(chuàng)設生活情境，提出問題獨立思考，自主探究小組交流，合作學組匯報，相互補充運用科學，解決問題——課后延伸探究。
2.1課前準備生活化的探究材料嘗試活動。學生進行科學探究必然要借助一定的探究材料，這是實現(xiàn)兒童科學探究過程的必要條件。小學科學課的探究材料包括可供觀察、探究的所有信息材料和實物材料。如課本、圖冊、課外讀物、媒體信息、兒童生活中的所見所聞和熟悉的物品、周圍的環(huán)境、實驗儀器、電教媒體材料等等。提供學生科學的實驗儀器有的時候也是非常有必要的，但是實驗室的儀器容易使學生產(chǎn)生陌生感，同時也不利于學生課后繼續(xù)進行科學探究。在教學中，教師盡量采用貼近學生生活的實驗材料，如牛奶盒、可樂瓶、生日蛋糕的泡沫盒等。在教學《聲音的產(chǎn)生》的時候，課前讓學生準備生活中一些材料，比如學生的塑料直尺，紙張，小刀，可樂瓶，彈珠等常見的材料，要求學生想各種辦法使它們發(fā)出聲音來。學生根據(jù)自己的生活經(jīng)驗會想出各種各樣的辦法來，使直尺，彈珠等物體發(fā)出聲音來。又如，在教學“熱脹冷縮”實驗的時候，課前教師讓學生從生活中尋找熱脹冷縮的現(xiàn)象，看誰知道得多。教學中如果一味使用專門的實驗器材會制約了學生課外的科學探究活動。提供學生隨處可見的生活化的實驗材料，有興趣的學生就可以利用課余時間作進一步的科學探究了。時間是探究的保證，針對不同的教材內(nèi)容，教師應引導學生合理安排課前生活探究時間。課前準備探究時間可分為長時探究，短時探究和即時探究。針對一些需經(jīng)過一定時間發(fā)展變化或需要一段時間觀察，不能馬上知道結果的內(nèi)容，一般采用長時課前探究(大約需要一、二周)。針對一些學生生活較熟悉，而平時又沒有有意觀察的編排內(nèi)容，一般采取短時探究，針對一些課前探究有難度，學生不宜探究的內(nèi)容，教師可課前創(chuàng)設興趣性較強的情景，引導學生即時探究。
2.2創(chuàng)設生活化的問題情境，激發(fā)學生主動參與活動?？茖W教學應以探究為核心，注重讓學生親身經(jīng)歷一個科學探究的過程，科學教師可以通過創(chuàng)設生活情景，通過調(diào)動學生已有生活經(jīng)驗激發(fā)思維，使課堂情境趨于生活化。建構主義理論認為:知識是情境化的，它被應用于其中的活動背景和文化的產(chǎn)物，學習就是學習者利用原有認知結構中的相關經(jīng)驗去同化和順應新知識從而建構新知識的意義和過程。因此，創(chuàng)設生活化的問題情境有利于激發(fā)學生學習的內(nèi)部動力，使學生明確探究目標，給思維以方向和動力。
2.2.1創(chuàng)設直觀性生活情境。根據(jù)小學生的年齡特點，課堂上從學生生活實際出發(fā)，用看得見，摸得著的身邊事物創(chuàng)設教學情境，使科學知識成為有源之水，有本之木，從而激發(fā)學生的興趣，幫助學生理解知識，展開想象。例如:在教學《了解空氣》的時候，教師通過創(chuàng)設生活中用漏斗倒醬油倒不進去的情境，讓學生說說其中的原因，進而引出空氣占據(jù)空間的概念。用漏斗倒某種液體時，一下子倒不進去是生活中常有的現(xiàn)象，很多學生都碰到過類似的事情，但學生并沒有認真的去思考其中的原因，把它“搬”到課堂上以后，一下子成為了學生關注的焦點。他們的學習積極性一下子被調(diào)動起來，進入學習的最佳狀態(tài)。
2.2.2創(chuàng)設描述性生活情境。所謂描述性情境，主要是指以文字描述、語言表達的方法，為學生描述一段新鮮而熟悉的生活事例，來引導學生積極探索。例如:在《溶解》一課教學中，老師提出:“現(xiàn)在很口渴，想泡一杯果珍來解解渴。你們能不能幫老師想一個好辦法，讓教師快一點喝到這杯糖水啊?”泡果珍對學生來說是再熟悉不過了，一聽到能夠為老師獻計獻策更是來勁了，學生馬上能聯(lián)系自己的生活實際，給教師獻上了計策來:“用筷子不停的攪拌能夠使果珍快一點溶解在水里?！薄坝脽崴畞砼萑芙馄饋硪埠芸斓摹！薄鞍压浞胚M水里，然后再用兩個杯子倒來倒去。”……從這樣的生活情景出發(fā)然后再引入到新課的教學中，學生有了前面生活化情境的引導，并沒有感到科學是那么深不可測而是和他們非常的親近，對實驗設計也就非常的感興趣了。
2.2.3創(chuàng)設欣賞性生活情境。欣賞性生活情境是指在課堂上通過錄像或多媒體課件，展示學生熟悉的、感興趣的生活素材，讓學生感受到生活中的科學美，從而引發(fā)學生用科學的眼光從生活中捕捉科學問題，分析思考科學知識的發(fā)生過程。例如:三上第一單元《植物》，用攝像機錄制天天陪伴他學習生活的校園花草樹木。讓學生欣賞熟悉的花草樹木后，說說你知道的，你還想知道什么?
2.2.4創(chuàng)設體驗性生活情境。在教學中也可以讓學生走進社會，變“小課堂”為“大課堂”，通過學生身臨其境的現(xiàn)場體驗，再變“大課堂”為“小課堂”。例如:《植物的一生》、《動物的生命周期》等，讓學生進行種植養(yǎng)殖，寫下觀察記錄，課堂匯報。學生把自己調(diào)查了解到的信息作為課堂教學的資源，學生熱情高漲，既學會了知識又增長了才干。:
三、課后延伸生活化探究活動
課堂教學是學生探究科學真理的主要途徑，但不是唯一的途徑，學生學習科學、探究科學現(xiàn)象也不能被束縛在教室這個狹小的空間里，教室外才是孩子們學科學用科學大有作為的廣闊的天地。課堂以外的家庭、社區(qū)乃至整個社會，使課內(nèi)、課外、生活、社會互相結合，讓學生獲得最大程度的滿足與發(fā)展。為了進一步加強科學和生活的聯(lián)系，我們課后還可以利用課堂知識能力將周圍生活的事件、現(xiàn)象、情境等轉(zhuǎn)化為一個個具有探索性和操作性的科學問題，讓學生用科學的眼光去看待生活，用科學的方法去解決問題。這不僅可以激發(fā)學生的學習興趣，還可以使學生獲得問題解決方法，更可以使每個學生的自我價值在實踐中獲得不同程度的實現(xiàn)。例如，在學習了《物體的熱脹冷縮》，知道水具有熱脹冷縮的性質(zhì)后，教師鼓勵學生利用課余時間設計實驗繼續(xù)去探究生活中的植物油、醬油等是不是同樣具有熱脹冷縮的性質(zhì)。有了前面生活化的實驗材料的鋪墊，這樣的課外探究對學生來說并不困難。
學生感受到生活中到處是科學，科學就在自己的身邊，學好科學的用處是那么的廣泛，從而對周圍世界充滿強烈的好奇心和探究欲，產(chǎn)生對科學探究的濃厚興趣，形成學科學、用科學的良好習慣，獲得真正的發(fā)展。
參考文獻
新課改的最大教學理念便是倡導在化學課堂教學過程中培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維。傳統(tǒng)的化學課堂教學的重點往往是放在學生分數(shù)的提高方面，部分省份學校的教師將學生的分數(shù)神化，將分數(shù)視為衡量班級好壞學生好壞的標準。某種角度上看，傳統(tǒng)的化學課堂教學扼殺了學生在課堂上的獨立思維能力，將學生視為被動的知識接受者，忽視課堂中對于學生獨立思維的鍛煉?；瘜W課程標準強調(diào)在課堂教學過程中要重視學生創(chuàng)新能力的發(fā)展，這是順應我國市場經(jīng)濟競爭不斷激烈在學校教育系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生的變革，對于學生的培養(yǎng)具有積極作用。課改后部分教師呈現(xiàn)一邊倒的趨勢，在課堂教學中大談改革，重視創(chuàng)新，這些做法有合理的地方，但不能丟棄傳統(tǒng)化學課堂教學的優(yōu)點，不能丟棄學生對于化學知識的學習，高中化學教師應清楚在具備一定化學知識的前提下，才能實現(xiàn)創(chuàng)新的可能，不可能有無知識的創(chuàng)新，因此，在高中化學課堂教學過程中，應在尊重知識，強調(diào)學生知識學習的基礎上，鼓勵學生的創(chuàng)新思維，為國家培養(yǎng)出更多創(chuàng)新能力突出的建設者和接班人。
二、堅持以學生發(fā)展為重點，倡導必要的自學策略
以學生發(fā)展為本，便是在高中化學課堂教學過程中倡導學生第一位，保證學生在教學過程中的地位和享有的權利。只有學生在課堂上的地位得以保證，新課改倡導的教學理念和教學方法等才能得以實施，如果學生的地位不能保證，新課改便會成為一些口號，無法落實，因此，在高中化學教學過程中，教師要認識到學生地位的重要性，在教學過程中輔以必要的自學策略，往往會收到較好的教學效果。高中化學教學過程中，新課標將其劃分為模塊，講授的內(nèi)容存在一定差別，教師可以在教授部分模塊知識的前提下，鼓勵學生根據(jù)自身的學習興趣以及自身的意識傾向獨立完成部分模塊的學習，這樣有利于調(diào)動學生學習的積極性，增加學生獨立思考和獨立學習的機會，化學教師應該及時針對學生學習的問題與困境對學生加以疏導和糾正，以使學生的學習按照正確的路線前行。
三、強調(diào)化學教學中實驗的重要性，努力提高化學實驗效果
在學校教育體系中，化學教學區(qū)別于其他學科的一大特點便是化學教學是建立在實驗的基礎上，在化學授課過程中，通過一定實驗的演示，讓學生掌握部分元素的特性，以達到掌握和應用的目的。高中化學新課改后，化學教學發(fā)生變革，因此，在高中化學教學過程中，努力研究新課改后化學實驗的新變化，掌握最新化學實驗的內(nèi)容與順序，也是提高教學效率的一大舉措。在人教版的高中化學教材中，傳統(tǒng)的化學實驗被嚴格區(qū)分為學生實驗部分和教師演示實驗部分，也就是將教與學對立，新課改將二者整合，淡化教與學的矛盾，使學生盡可能地參與到教師的實驗過程中，掌握必要的實驗方法和過程，以便培養(yǎng)學生的動手能力，提高學生的綜合素質(zhì)。
【關鍵詞】:化學工程;系統(tǒng);和諧;辯證法
自然界中的和諧系統(tǒng)比比皆是,大至宇宙,小到原子;地球生態(tài)系統(tǒng)是和諧的,動植物群落是和諧的,人類社會體系是和諧的,健康的人體更是一個絕妙的和諧體。所有這些和諧系統(tǒng)遵循著同樣的辯證綜合的規(guī)律,具體可以歸納出三條:1.統(tǒng)一律;2.層次律;3.進化律;所有和諧系統(tǒng)具有同樣的性質(zhì):1.開放性;2.自組織性;3.非線性;4.無限發(fā)展性[1]。當愛因斯坦把大半生致力于統(tǒng)一場論時,其哲學上的需要相對物理學上而言或許要來得大,面對物理學的系統(tǒng)和諧,理論規(guī)則的分立是不能令他覺得滿意的。而化學工程的發(fā)展是不是因循同樣的哲學歷程呢?
在化學工程作為學科開始被重視之前,化學工業(yè)已具有了相當?shù)囊?guī)模,各種具體的工程與工藝都被獨立開來,在認識上是被分為各門特殊的知識,因此,當國外高等院校在十九世紀末開始設置"化學工程學"時,開設的課程大多是學習當時化學工業(yè)的各種工藝學,"化學工程"的概念在當時還是相當模糊的,在理論上充其量是化學與機械的一種混合(amalgam)。然而這種理論混合的模式在德國人看來卻是很正統(tǒng)的,即使在今天,他們也避免專論"化學工程",而是稱之為"過程工程"(ProcessEngineering),這一名稱實際上要比"化學工程"的范疇更廣,甚至更為準確,凡是涉及一定流程與工藝的領域都是適用的。但我們習慣上還是沿用"化學工程"的名稱。
二十世紀開始,化學工業(yè)迅猛發(fā)展,在社會經(jīng)濟中占的比重越來越大,客觀上需要化學工程學科的發(fā)展和支持。隨著生產(chǎn)力的發(fā)展,人們對事物運動規(guī)律性的認識也愈來愈深化,愈來愈有概括性。伴隨著其他領域科學技術的快速進步,人們逐漸認識到化學工業(yè)中各門看似不相干的工程和工藝中存在著共同的物理特性。1901年,美G.E.的Davis《化學工程手冊》的發(fā)表,初步提出了"化工物理過程"的原理。1900年始,以合成氨、純堿、燃料等為代表的近代化工廠出現(xiàn),如1913年,德哈勃-博施法高壓合成氨技術的產(chǎn)業(yè)化,星火燎原的,化學工業(yè)呈現(xiàn)出巨大的發(fā)展前景。到了二十年代,美MIT的一些學者提出:不管化工生產(chǎn)的工藝如何千差萬別,它們在眾多的典型設備中進行著原理相同的物理過程。1920年,美MIT成立了第一個嚴格意義上的化工系,時W.K.Lewis任系主任。1922年美國化工學會認同了新的見解,引出了"單元操作"(UnitOperation)的概念,這一概念在蘇聯(lián)時期和我國則廣泛稱為"化工原理"。
1900年始的"分離工程"研究使"單元操作"的概念日趨成熟。被稱為單元操作的過程主要有流體流動、傳熱、干燥、吸收、蒸發(fā)、萃取、結晶和過濾等,以這些單元操作作為研究和學習的主要內(nèi)容,是化學工程學科在二十世紀前半期發(fā)展的核心,其理論迅速成為發(fā)展化學工業(yè)的重要基石。這種把千變?nèi)f化、千差萬別的過程和工藝概括成"單元操作"是生產(chǎn)力發(fā)展到一定水平的反映,是化學工程學從"個性"到"共性"的第一個哲學性概括,是在一個系統(tǒng)整體性把握的高度上建立了一門技術科學,體現(xiàn)了系統(tǒng)科學發(fā)展的和諧統(tǒng)一規(guī)律。
隨著"單元操作"概念的確定,另一方面,化學工程學科中重要支柱之一的"反應工程"亦逐漸浮出水面。從最初的德Winkler流化床煤氣化爐的應用到德Bergim-Pier三相液化床煤液化工藝的開發(fā),又到1931年丁納橡膠和氯丁橡膠的投產(chǎn),化學工業(yè)上發(fā)展的高峰持續(xù)不絕,1940年美國FCC煉油開發(fā)成功,成為石油化工的起點。直到1957年,歐洲第一屆反應工程會議,明確提出"反應工程"的概念,成為化學工程學科的重要組成部分,是化學工程學的進一步和諧統(tǒng)一。"反應工程"的建立,乃至今日仍備受困擾的"過程放大效應"問題,及從"逐級放大"到"數(shù)模放大"的研究都帶動了"化工過程系統(tǒng)工程"的發(fā)展,并共同體現(xiàn)了系統(tǒng)科學發(fā)展的和諧層次律。
就在"反應工程"發(fā)展的同時,"單元操作"得到了更加深刻的認識,人們發(fā)現(xiàn)各單元操作之間存在著更為普遍的原理,"過濾只是流體傳動的一個特例;蒸發(fā)不過是傳熱的一種形式;吸收和萃取都包含著質(zhì)量的傳遞;干燥與蒸餾則是傳熱加傳質(zhì)的操作……"[2]于是單元操作可以看成是傳熱、傳質(zhì)及流體動量傳遞的特殊情況或特定的組合。這種認識的深化過程并沒有停止,人們進一步又發(fā)現(xiàn)了動量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞之間的類似性。于是從二十世紀50年代開始,人們綜合了以往的成果,開始用統(tǒng)一的觀點來研究三種傳遞過程。1960年,美威斯康辛大學(Univ.Wiscosin)的R.B.Bird教授出版了《TransportPhenomena》一書,系統(tǒng)地采用統(tǒng)一的方法來處理三種傳遞現(xiàn)象,從此化學工程學科的核心過渡到了"三傳一反"的系統(tǒng)性概念。"三傳"的研究是系統(tǒng)科學和諧進化律的又一體現(xiàn),使化學工程學達到了一個新的整體性高度,這種高度的和諧統(tǒng)一是對客觀世界本質(zhì)性的認識,并在學科上反映出了系統(tǒng)科學的基本原理和性質(zhì),其影響力是普遍性的,是跨學科的,不僅使"傳遞原理"成為化學工程學的重要基礎,同時在生物工程、機械、航天和土木建筑等工程學科上也具有重要意義,并日益成為工程專業(yè)共有的一門技術基礎課,只是側重點有所差異而已。
至此化學工程學科自身經(jīng)歷了一系列的演化和發(fā)展,并在短短的一個世紀中達到了一個前所未有的高度,涵括了眾多的生產(chǎn)和應用領域,如醫(yī)藥、化肥、能源、材料、航天、冶金、日用化學品等,每年為社會提供數(shù)以億噸計的千百萬種產(chǎn)品,是人們衣、食、住、行須臾不可離開的物質(zhì)基礎,為社會繁榮作出了巨大貢獻。然而事物總是一分為二的,從人類發(fā)展最為激動人心的口號"征服自然"到今天龐大的工業(yè)化進程,地球自然生態(tài)系統(tǒng)遭遇了前所未有的嚴峻局面,這之中,化學工業(yè)是造成大規(guī)模環(huán)境污染及惡性重復污染的主要過程之一,化學工程學科需要肩負起新的使命。1990年,"生態(tài)化工"(Eco-ChemicalEngineering)的概念提出來了,相應在化工生產(chǎn)和過程工藝中提出了"清潔化工"和"綠色化工"的概念,因時應勢,化學工程學開始了系統(tǒng)科學的自組織過程,這也是和諧系統(tǒng)對立統(tǒng)一發(fā)展的需要。在系統(tǒng)科學看來,自組織是和諧系統(tǒng)的基本性質(zhì)之一,只有自組織系統(tǒng)能通過外部和自身內(nèi)部的不斷協(xié)調(diào)、整合,在適應環(huán)境的同時保持自己的特性并產(chǎn)生新的功能。從自發(fā)到自覺地,化學工程學吸收了自組織的理論,不斷在廣度和深度上充實、完善和發(fā)展。隨著新世紀的到來,世界正發(fā)生著全球性的變化,經(jīng)濟、社會、環(huán)境和技術等領域都面臨著新范疇新理念的變更和沖擊[3]?；瘜W工程學科需要因應時展而改變傳統(tǒng)的限制,不斷有新的概念提出來,如化學工程應是伺機而待的專業(yè)(aprofessioninwaiting);化學工程師必須"besteepedintechnology",能夠創(chuàng)新、開發(fā)、變換、調(diào)控和適應取代;化學工程學科要從"ProcessEngineering"達到"ProductEngineering"再到"FormulationEngineering"。進一步的綜合認為,化學工程學關注著同時發(fā)生在非常廣泛的時空跨度內(nèi)的現(xiàn)象,必須具備多尺度、多目標的方法來達到過程的總體優(yōu)化。涵括了五個方面[4,5]:
①Nanoscale(納觀尺度):研究量子化學、分子過程與分子模擬等。
②Microscale(微觀尺度):研究微粒、氣泡、液滴、控制界面膠束和微流力學規(guī)律等。
③Mesoscale(介觀尺度):研究換熱設備、反應設備、塔器以及傳統(tǒng)的"單元操作"和"三傳一反"等。
④Macroscale(宏觀尺度):研究生產(chǎn)裝置和生產(chǎn)過程等。
⑤Megascale(兆觀尺度):研究環(huán)境過程和大氣生態(tài)過程等。
于是化學工程學的核心轉(zhuǎn)變到了"多尺度、多目標擇優(yōu)"的概念,化學工程學科又到達一個新的和諧統(tǒng)一的高度,進入了更高層次的系統(tǒng)工程領域。
新的發(fā)展的深度促使化學工程學科作出了一定尺度的"分化",然而這還遠未結束,人們對世界的認識還在不斷探索不斷深入,一個更深刻更普遍也更一般的問題已經(jīng)觸到了化學工程學科的神經(jīng),觸到了化學工程學的認識本質(zhì),并促使化學工程學需要有新的"融合"。這一問題就是"非線性及其包涵的混沌原理",相對于"線性"是人類認識客觀世界的基本工具,"非線性"則是客觀世界的本質(zhì)特征,是"線性"反映的目的,是從科學角度看待世界的一種和諧統(tǒng)一;而在對"混沌發(fā)展"的研究表明,"混沌運動的普遍存在,揭示了自然界中實際系統(tǒng)發(fā)展演化的新行為,混沌態(tài)的自相似性使這種時間演化表現(xiàn)為一種空間結構,而且以其不同空間尺度上的相似性,揭示了系統(tǒng)復雜運動的統(tǒng)一性。這種統(tǒng)一性是一個觀察"整體"的問題,只有在長時間范圍(因為混沌運動是一種長時間行為)和更高層次復雜性中才能顯現(xiàn)出來。"[6,7]這一問題涵蓋了自然科學和人文社會科學的眾多領域,具有重大的科學價值和深刻的哲學方法論意義。馬克思曾經(jīng)預言:"自然科學往后將會把關于人類的科學總括在自己下面,正如關于人類的科學把自然科學總括在自己下面一樣:它們將成為一個科學。"從這一角度上,"非線性"問題是這種過程一體化的契合點以及整體認識論上的共性[8]。當站在這種整體性的高度上,化學工程學科獲得了全新的視野和更強大的分析解決問題的能力,并最終具有了學科融合的基礎。
在整個化學工程學科的孕育、誕生和發(fā)展過程中,始終交織著學科的"分化"與"融合",除了上述尺度(scale)上的分化以外還有著所謂的石油化工、精細化工、高分子化工等專業(yè)上的分化;另一方面,作為近代工程技術,它又是自然科學(化學、物理等)和技術科學(機械、材料等)的融合。正如物理學家普朗克(Planck)所指出的:"科學是內(nèi)在的整體,它被分解為單獨的部分不是取決于事物的本身,而是取決于人類認識能力的局限性,實際上存在著從物理到化學,通過生物學和人類學到社會學的連續(xù)的鏈條,這是任何一處都不能被打斷的鏈條。"事實上,當化學工程學科的核心發(fā)展到"非線性混沌系統(tǒng)"時,實現(xiàn)科學的融合已是其客觀系統(tǒng)性的需要,它需要強有力的非線性解算能力和綜合分析能力。基于人工智能和神經(jīng)生物學的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(ArtificialNeuralNetworks)技術為這種系統(tǒng)性的融合提供了新的思路和途徑。人工神經(jīng)網(wǎng)絡特有的信息處理能力在愈來愈多的領域中展現(xiàn)出廣闊的應用前景,它具有如下特點[9,10]:
①學習:神經(jīng)網(wǎng)絡可以根據(jù)外界環(huán)境修改自身行為,這使它比其他任何方法接受自身感興趣的外界信息更敏感。
②概括:經(jīng)過學習訓練后,神經(jīng)網(wǎng)絡的響應在某種程度上能夠?qū)ν饨缧畔⒌纳倭縼G失或自身組織的局部缺損不再很敏感,反映了神經(jīng)網(wǎng)絡的健壯性(魯棒性),即工程上說的"容錯"能力。
③抽取:神經(jīng)網(wǎng)絡具有抽取外界輸入信息特征的特殊功能,在某種意義上可以說它能"創(chuàng)造"出未見的事物。
④模擬:神經(jīng)網(wǎng)絡由眾多的神經(jīng)元組成,以并行的方式處理信息,大大加快了運行速度,可以逼近任意復雜的非線性系統(tǒng)。
當然,神經(jīng)網(wǎng)絡并非十全十美,其自身的發(fā)展就曾經(jīng)歷過相當曲折的過程,但是,人工神經(jīng)網(wǎng)絡(ANNs)特性的融合將是化學工程學科發(fā)展到非線性核心系統(tǒng)的自組織適應和需要。例如采用神經(jīng)網(wǎng)絡設計的控制系統(tǒng),適應性、穩(wěn)定性和智能性均較好,能處理復雜工藝過程的控制問題,也使得化學工程師不但也是機械工程師,還首先是系統(tǒng)工程師,并能從最一般的非線性原理出發(fā),解決實際過程的創(chuàng)新、應用、開發(fā)、生產(chǎn)等問題。
生產(chǎn)力的不斷發(fā)展,科學技術的持續(xù)進步,人類認識自然和改造自然的不斷深化,化學工程學科必將不斷"分化"和"融合",體現(xiàn)出和諧系統(tǒng)的無限發(fā)展性質(zhì)。
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一、化學科學知識水平
九年義務教育初中化學教學大綱，對初中化學教學的四大知識板塊分別提出了不同層次的教學要求，以確保學生在畢業(yè)時達到素質(zhì)教育所要求的知識水平。
1．對化學基本概念和原理、元素化合物這兩大知識內(nèi)容，按照學生的認知水平以及在初中化學中的重要性，教學要求分為常識性介紹、了解、理解、掌握四個不同層次；2.對化學基本計算教學要求的層次是掌握。要求學生熟練掌握有關化學式、化學方程式、溶液等方面的基本計算；3．對化學實驗的教學要求分為練習、初步學會兩個層次。在教學中，教師應按要求認真做好每個演示實驗，對于學生實驗，要積極創(chuàng)造條件，力爭使每個學生都有動手做的機會。
新教材在編排上遵循大綱規(guī)定“初級中學的化學教學是化學教育的啟蒙階段”的原則，適當降低了理論要求和精減了一些次要概念。為了配合素質(zhì)教育，培養(yǎng)學生面向未來的適應力，增加了一些金屬、有機物（包括高分子化合物）以及保護生態(tài)環(huán)境、“溫室效應”、硬水、氫能源、水和人類的關系、金屬和人體的關系、化肥、農(nóng)藥等內(nèi)容，體現(xiàn)了化學與生活，化學與社會，化學與生產(chǎn)、科技的緊密聯(lián)系，為學生達到規(guī)定的化學科學知識水平創(chuàng)造了條件。應該明確，在構成化學科學素質(zhì)的諸多要素中，化學科學知識水平始終處于基礎和核心的地位。
二、化學科學能力
化學科學能力是指學生在學習化學知識、應用化學知識解決實際問題的過程中，表現(xiàn)出的心理與個性特征。它包括對物質(zhì)形態(tài)與變化的觀察和感知；化學知識的記憶和想象；對微觀世界和化學現(xiàn)象的理解、概括、抽象、推理和論證；應用化學科學知識解釋客觀世界和解決實際問題的能力。對于處在化學教育啟蒙階段的初中學生，應從觀察能力、實驗能力、思維能力、自學能力等方面，培養(yǎng)和提高他們的化學科學能力。
1．觀察能力。觀察能力是知覺的特殊形式，是一種有目的、有計劃、主動的、持久的知覺過程，是和思維緊密結合的主動知覺活動。觀察能力是智力三要素（觀察、思維、創(chuàng)造）之一，是智力發(fā)展的基?；瘜W是一門以實驗為基礎的學科。觀察和實驗是化學最基本的研究方法。通過能動的、客觀的、定性、定量的綜合觀察，從實驗的宏觀現(xiàn)象入手，揭示和認識微觀變化的本質(zhì)。觀察能力不是單一的知覺感知，而是諸多因素綜合性的智力過程。新教材增加了多幅彩圖、插圖、章頭圖和多項演示實驗，并在學生實驗前增設了思考題，啟發(fā)學生養(yǎng)成自覺觀察的良好習慣。教師除應做好每一個演示實驗外，還應在課堂教學、課外活動中，激發(fā)學生的觀察興趣，教會他們?nèi)绾斡^察。通過學生動手動腦，由表及里，去粗取精，去偽存真的觀察和思考，不斷提高他們的觀察能力，避免只看“熱鬧”，不看“門道”的不良習慣。
2．實驗能力。實驗能力是有目的地在人為控制條件下進行化學反應，認識和發(fā)現(xiàn)化學變化規(guī)律的能力。實驗能力既包括實驗操作能力，又包括推理、計算、對數(shù)據(jù)分析處理以及對實驗結論歸納總結、準確表述的能力。
教師應從以下幾個方面培養(yǎng)和提高學生的實驗能力：①能正確操作實驗儀器和設備；②明確實驗目的；③了解實驗原理；④掌握實驗方法；⑤對實驗現(xiàn)象進行準確的觀察和記錄；⑤對實驗結果進行分析處理，導出結論，寫出實驗報告。
教師應積極創(chuàng)設實驗條件，努力完成全部必做實驗。有條件的適當做一些選做實驗，鼓勵和指導學生做一些家庭小實驗，克服“教師黑板上講實驗，學生考試背實驗”，只注重理論學習，不重視實驗教學的弊端。充分發(fā)揮學生的獨立性和創(chuàng)造性，培養(yǎng)和提高他們動手、動腦能力，以及實事求是的科學態(tài)度和嚴肅認真的工作作風。
3．思維能力。思維是人類在事物表象、概念的基礎上進行分析、綜合、判斷、推理等認識活動的過程。其中分析和綜合是思維的最基本的過程。新教材正確處理了知識的邏輯順序和學生生理、心理發(fā)展順序的關系，在敘述方法和行文方面，注意調(diào)動學生主動學習、思考的積極性，以提高他們的抽象思維能力和自學能力。例如，在介紹物質(zhì)結構的初步知識時，通過實驗和類比，引導學生從宏觀現(xiàn)象深入到微觀結構的本質(zhì)，通過提出問題，引發(fā)思考，然后再概括出結論或概念，使學生從感性認識上升到理性認識。
4．自學能力。自學能力就是在已有知識水平和技能的基礎上，不斷獲取新知識并運用這些知識的能力?；瘜W教學的重要目的之一不僅是使學生“學會”，更重要是使學生“會學”。現(xiàn)代科學技術發(fā)展迅速，知識更新周期縮短，如果不“會學”，就無法適應日新月異的社會發(fā)展需要。因此，現(xiàn)代教育的一個重要特點，就是培養(yǎng)學生不斷攝取新知識的自學能力，使學生受益終身。
三、化學科學思想水平
學生的化學科學思想水平包括以下幾個方面：
1．辯證唯物主義思想水平。?化學作為一門自然科學，本身就具有豐富的辯證唯物主義素材。在化學教學中進行辯證唯物主義觀點的教育，應結合教學內(nèi)容，通過有機滲透，使學生逐步樹立起辯證唯物主義的世界觀和方法論，用對立統(tǒng)一、事物發(fā)展的矛盾性和統(tǒng)一性、量變到質(zhì)變等觀點學習和認識化學問題，提高學生應用辯證唯物主義觀點觀察問題和認識問題的能力。
2．實事求是的科學態(tài)度。?初中化學啟蒙教育階段，應結合教學內(nèi)容、化學史教學，對學生進行堅忍不拔的精神、實事求是的態(tài)度、嚴肅認真的作風等方面的教育。通過多種方法與途徑培養(yǎng)學生的科學思維、研究方法和嚴謹求實的治學精神。使學生認識到一切科學知識都來源于實踐，又反過來指導實踐的道理。
3．愛國主義的思想水平。新教材結合教學內(nèi)容，注意對學生進行愛國主義教育。如教材中介紹了祖國在化學科技方面取得的卓越成就，以增強學生的民族自豪感和自信心。密切結合能源、材料、資源等教學內(nèi)容，進行國情教育和愛國主義教育，使學生樹立起為建設社會主義祖國而努力學習的使命感和遠大目標。
加里寧說，“我沒有看到一門不能教育青年熱愛祖國，并培養(yǎng)他們具有最好的公民情感的科目?！被瘜W也不應例外。
4，環(huán)境保護意識水平。人類賴以生存的水圈、大氣圈、生物圈、巖石圈的物質(zhì)在不斷運動變化，并按一定程序循環(huán)著，組成了環(huán)境物質(zhì)的平衡體系。而人類在生產(chǎn)、生活中產(chǎn)生的污染卻破壞著人類賴以生存的環(huán)境。新教材的有關章節(jié)注意結合教學內(nèi)容，對學生進行防止污染、保護環(huán)境的教育。教師應通過“我們只有一個地球”的教育，讓學生認識到環(huán)境保護的緊迫性和重要性，使學生從小養(yǎng)成愛護環(huán)境，保護環(huán)境的良好意識和習慣。
四、化學科學品質(zhì)
化學科學品質(zhì)指學生學習化學的動機、興趣、情感和意志等?；瘜W科學品質(zhì)是一種非智力因素，在一定條件下對學生的學習水平起著十分重要的作用。
1.化學學習動機。學習動機是指引起和維持學生進行學習活動，達到預定目的的意念。使學生明確學習目的是培養(yǎng)和激發(fā)學生學習動機的最有效的方法?；瘜W是一門非常重要的自然科學。現(xiàn)代社會，不管是高科技或日常生活，都與化學科學息息相關。學好化學是我國四化建設的需要，是科學發(fā)展和人類進步的需要。
在教學中應始終貫穿理想教育這一主線，通過具體的實例，生動有趣的教學，使學生明確學習目的，強化學生的學習動機。
2．化學學習興趣?；瘜W學習興趣是指學生對化學力求認識、趨近的一種心理傾向。興趣是學生學習的主要動力。學習興趣使學生始終對學習保持良好的心理狀態(tài)，并在其中得到樂趣和滿足。化學教學中豐富多采的實驗為培養(yǎng)學生的學習興趣創(chuàng)造了得天獨厚的教學情境。此外，使學生明確學習目的，采取有效的教學方法，教師淵博的知識等，都是激發(fā)和培養(yǎng)學生學習興趣的有效因素。
3．情感。情感是人們在認識客觀世界時所表現(xiàn)出的不同的心理反應和態(tài)度。學生在學習過程中的愉快、熱情的良好情感，可使學生產(chǎn)生積極向上的心理狀態(tài)。悲傷、灰心、冷漠、煩躁等不良情感可給學生的學習帶來消極的影響。因此，在教學中對學生（尤其對差生）的熱愛、信任和尊重，教師高尚的人格，以及生動有趣、形式多樣的教學方法，都是培養(yǎng)學生良好情感的重要因素。
4．意志。意志是人們在有意識、有目的的行動中表現(xiàn)出的一種契而不舍、克服困難的心理過程。任何學習過程都是復雜而艱辛的。學生在學習中會遇到不少困難與挫折，如深奧的原理難以理解，習題難懂難做，不良情緒的干擾等。如果沒有堅強的學習意志是不可能長期堅持單調(diào)學習并取得優(yōu)秀成績的。在化學教學中，教師應通過多種方法和途徑培養(yǎng)和鍛煉學生的意志。如設計一項對環(huán)境污染進行監(jiān)測的任務，讓學生長期堅持去做。還可結合化學史教學，介紹有關科學研究工作者為人類進步不畏艱險、奮勇登攀的優(yōu)秀品質(zhì)。
學生的化學科學素質(zhì)的“四要素”既有區(qū)別，又相互影響和促進。在教學中，教師要處理好知識、技能和能力的關系。知識和技能是學生形成能力的基礎，而能力是學生掌握知識和技能的必要條件，是促進他們提高學習水平的重要因素。
(一)從“教”的角度上看
化學課堂有效教學要體現(xiàn)三個特質(zhì)：科學、適用、有效?；瘜W有效教學應遵循不同的心理發(fā)展階段學生的學習特點和成長規(guī)律，既有機靈活地貫徹新課程理念，遵循學生主體性、全面性、差異性原則，又適應地理學科教學特征，符合學科生活型、趣味性、開放性、時代性和實踐性的特點；能結合教學實際，實踐、操作，促使教學目標積極有效達成。
(二)從“學”的角度上看
化學課堂有效教學要體現(xiàn)三個特質(zhì)：自主、自由、積極?；瘜W有效教學要求學生感覺不壓抑、不疲憊、不厭倦。學生在課堂生活中要有自主學習的權利，有思維呼吸的機會和舒展的空間，學生的多元思維能夠自由展示，學生的學習體驗能得到尊重，學習個性得以體現(xiàn)和張揚。有效化學教學能切準學生的學習心理，豐富學生的情感世界，激活學生的積極性，學生能感受到課堂生活的溫暖，體驗到課堂交往的樂趣，收獲到課堂學習的愉悅，使學生在學習和交往中培養(yǎng)積極向上的情感體驗。
二、制定適時的三維目標
目標具有導向功能，更具有激勵功能，能有效激發(fā)學生的學習動機。根據(jù)義務教育《化學課程標準》的設計思路，課程目標體現(xiàn)”知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與加之觀“三位目標，不同類型的學生應建立適合學生已有化學基礎知識和基本技能的班級目標及學生個體目標。特別是班級和學生個體目的的建立，必須讓班級代表或?qū)W生個體參與與咪表建立，使之有認同感。例外，目標既不能定得過高，也不能太低，總之是使學生經(jīng)過努力就能達到。過高或太低都不利于學生學習化學的動機得到激發(fā)。在目標的實施過程中，應讓班級或?qū)W生個體及時通過作業(yè)、測試或ishiyan、活動與研究等渠道了解達標情況，以利于目標的修正和動機的激發(fā)，創(chuàng)造一種促進師生共同發(fā)展、合作互動，雙贏的教學文化。
三、構筑化學課堂的高效、高質(zhì)
(一)優(yōu)化教學內(nèi)容
以新課程新教材和教學目標為依據(jù)，精心組織課堂教學內(nèi)容，做到重點突出，深廣適度，難點適中，周密合理，松弛有度。課堂教學的序、量、度安排科學。把“課前預習”和“課后練習”放在課內(nèi)，盡量避免向兩頭延伸的費事低效現(xiàn)象。教師的教學要重視學生的自主性和接受新知識的可能性，既要把學生的主體參與和智力發(fā)展水平腿上一個更高的臺階，又不能盲目增加教學的量，不造成學生過重的課業(yè)負擔，變機械學習為自主學習，達到高效教學、高質(zhì)吸收的教學效果。
(二)優(yōu)化教學方法
教學方法的優(yōu)化應包括教師教法的優(yōu)化和學生學法的指導。教師教學語言要準確、簡明、生活、有趣、富于幽默感；堅持以教師為主導、學生為主導，思維為抽象、訓練為主線，引導學生自主學習，把學生從“滿堂灌”和“滿堂問”的枷鎖中解放出來；課堂中好要不斷激發(fā)學生的興奮點，不憤不啟，使學生的思維始終處于活躍狀態(tài)，勤于質(zhì)疑思考，善于動腦動手，提高學習效率；多形式地評價鼓勵學生，捕捉和表揚學生的點滴進步，使每位學生都有獲得成功的機會。
(三)優(yōu)化教學氛圍
要建立和創(chuàng)設和諧、愉快、活潑、奮進的教學氛圍，激發(fā)學習熱情，開發(fā)學生智力潛能，優(yōu)化學生的學習心理，發(fā)揮非智力因素對學習的重要作用，使學生真正成為學習的主人。心理學研究表明，教師的教學態(tài)度和方法決定著課堂教學的心理氣氛，教學中能夠面向全體，尊重每位學生，營造寬松和諧的課堂環(huán)境，能消除或減輕學生的心理壓力，使課堂氣氛輕松愉悅，有利于學生思維的發(fā)展和當堂教學課任務的高效完成。
四、以多種手段提升化學課堂的高效性
(一)教師主導，貼近生活
在中學階段，學生得到的課堂知識與社會實踐結合的機會有限，因此將課堂化學教學生活化是一條很好的途徑。化學教師要善于從熟悉的環(huán)境和事例中發(fā)掘?qū)嶒炈夭?，豐富教材內(nèi)容，拓展學生視野，養(yǎng)成學生學習興趣和欲望，加深對周圍事物本質(zhì)的認識和理解，養(yǎng)成學以致用的習慣。因此，從身邊的事物中開發(fā)出“身邊的化學實驗”，尋找生活化的實驗課程資源是課程資源開發(fā)的有效途徑之一。化學離不開生活，生活中處處有化學，我們的實驗也離不開生活。利用生活中最常見的用品，就可以完成許多實驗。如：利用可樂中的氣體探究二氧化碳的性質(zhì)；利用堿面和醋反應產(chǎn)生二氧化碳使燃燒的蠟燭火焰熄滅；自己帶來洗衣粉檢驗學校用水是否為硬水；用家里的面粉做爆炸實驗。如“生活化學實驗”（香煙煙霧中的毒物的測定、溫室效應模擬實驗、印象實驗、酒精燃燒塊制作實驗）、“家庭小實驗”（硬水和軟水的區(qū)分、測定廚房物質(zhì)的PH、溶液酸堿性對頭發(fā)的影響）等，以此學生認識和理解化學科學對個人和社會的貢獻和價值，對學生進行“科學的生活”和“生活中的科學”教育。
(二)強調(diào)探究，立足教材
新課程強調(diào)要引導學生進行一系列富有成效的探究活動，把學習的主動權交給學生，讓課堂充滿活力。如二氧化碳與氫氧化鈉溶液反應的內(nèi)容教學，由于沒有明顯的現(xiàn)象，而這個反應又很重要，如何讓學生加深印象，不是隨便帶過而是特地強化設計實驗，方案如下：一是將充滿二氧化碳的塑料瓶導入適量氫氧化鈉溶液后蓋緊震蕩，看是否會變扁；二是將充滿二氧化碳的試管倒插入氫氧化鈉溶液中，看試管內(nèi)液面如何變化；三是往充滿二氧化碳的錐形瓶，塞好雙孔橡皮塞，其中一孔裝盛有氫氧化鈉容易的滴管，一孔裝內(nèi)套有氣球的玻璃管，當擠壓橡膠，讓溶液滴入瓶內(nèi)，觀察氣球變化。通過富有創(chuàng)新的探究實驗，不僅調(diào)動學生的學習積極性，而且加深學生對此知識點的理解，從而牢固地掌握知識點。
(三)激發(fā)思考、啟發(fā)提問
啟發(fā)性是課堂提問的靈魂課堂上，學生的思維往往是從問題開始的。富有啟發(fā)性的提問，是激勵學生積極思維的信號。課堂上要避免那種不分巨細、處處皆問的做法，要盡量避免單純的判斷性提問，多用疑問性提問、發(fā)散性提問、開拓型提問等有效促進學生積極思維的提問形式，激發(fā)學生的積極思維，使學生受到啟迪，加深對所學知識的理解，思維品質(zhì)得到培養(yǎng)，智力得到發(fā)展。學生如果在教師的有效提問啟發(fā)下，運用學過的化學知識成功地解釋或解決日常生活中的一些現(xiàn)象和問題，他們不但會感到一種學以致用獲得成功的喜悅，而且還能激發(fā)積極思考，培養(yǎng)運用所學的知識動手動腦筋解決實際問題的好習慣。如“一氧化碳有毒嗎？”這是教師提問的一半方式，學生也能作出正確回答。教師可以改成這樣的問題：“家里用煤爐取暖時，應注意那些問題？為什么？”。對照生活實例讓學生進行分析討論，在課堂上引導學生作出正確的解答。如果有條件、針對課堂提出的問題，安排學生課后進行一些小實驗、小修理、小制作，加深知識的理解和記憶更有幫助。
(四)情感激勵，巧引妙導
新的化學課程倡導發(fā)揮情感在教學中的作用，讓每一個學生以輕松越快的心情去認識多姿多彩、與人類現(xiàn)實生活息息相關的化學，積極探究化學變化的奧秘，培養(yǎng)良好的化學學習興趣，增強學好化學的自信心。正如德國教育家第斯多惠說：“我們認為教學的藝術不在于傳授本領，而在于激勵、喚醒、鼓舞，而沒有興奮的情感怎么能激勵人，沒有主動性怎么能喚醒沉睡的人，沒有生機勃勃的精神怎么能鼓舞人呢？”若教師一上講臺，即面帶微笑，充滿激情、信心百倍，言語鏗鏘有力，勢必能使學生為之一振、情緒激昂。良好的開端是成功的一半，看整節(jié)課無不聲情并茂、跌宕起伏，節(jié)奏明快，情緒把握自然和諧，學生豈有學不好之理?同時，巧妙引導也是課堂教學的有效策略。在問題導入時，教師應當用最有效的方法、用最短的時間吸引學生的注意力。一般應該重導語輕提問，開門見山，簡潔明快，直奔中心。如在九年級化學《緒言》一課時，先指導學生學生設計趣味實驗“白紙顯影”，讓學生觀察實驗現(xiàn)象，引發(fā)學生好奇心，然后引出新課，這樣緊扣學生心弦，巧妙設置懸念，其效果要比平鋪直敘好得多?！芭d趣是最好的老師”，導課引課的藝術性具體表現(xiàn)在如何激發(fā)學生的學習興趣上，教師要逐一采用多種形式，激發(fā)學生興趣和求知欲，增強師生感情，使學生愿意學、樂學、主動地學。因此，教師要以情感激勵，巧妙引導，才能活躍氣氛，提升效率。
所謂“張力”，實際上是一種拉力，是物體間或物體各部分間所能承受的拉拽的力量。其相互作用具有命名物價形變或改變物體運動狀態(tài)的效應。認知張力則指在認知活動中（比如小學數(shù)學教學），由主體（師生）和客體（學習材料）的相互作用、相互影響而形成的各種思維結構與方式，即思維的立體網(wǎng)絡。主體的探索使這種立體網(wǎng)絡發(fā)揮出最大功能，從而獲得比較穩(wěn)定的、高級的認知效果。隨著小學數(shù)學教學的發(fā)展與不斷完善，我們已經(jīng)形成了這樣幾點基本共識：1．教學必須充分挖掘教材的智力因素和非智力因素；2．必須讓學生動手、動腦、動口，參與教學全過程；3．必須盡最大可能調(diào)動學生學習的各種可能性；4．必須幫助學生建立良好的認知結構，打開思維通道，形成“順應”“同化”的態(tài)勢，獲得比較高級的認知學習。這些基本認識不僅證明認知的張力是客觀存在的、可能的，更為重要的是，它啟示我們要加強小學數(shù)學教學實踐中有關“認知張力”的研究，以此來優(yōu)化小學數(shù)學課堂教學，提高課堂教學效果。
一、主客互動是認知張力的條件
主體性、客體性是認知的兩極，是互動的、對立統(tǒng)一的。在認知活動中缺一不可。教學中的主體是學生和教師。我們平常說的“主體”“主導”是主體性的兩個方面。教學中的客體是學習材料，包括教材、實物、圖片、音像資料以及供操作使用的學具等等。
為什么說主客互動是認知張力的條件呢？
教學中的認知，是主體（學生）獲取關于客體（學習材料）的知識或原理的基本能力。學生是學習的主人，是認知活動中的主體因素，在教師有目的、有計劃的影響下獲得數(shù)學知識技能，形成相應的能力，發(fā)展智力，這是主體認知活動中的“合目的性”。小學數(shù)學教學的目的是很明確的。但是，我們應該注意到，學生在認知活動中并不是被動的，而是主動的、能動的。這種主動性、能動性使其在認知活動中可以充分展開自己的想象、思維過程，并借助已有的知識經(jīng)驗，主動擴展思維空間，積極深入到學習材料的意義、結構及本質(zhì)特征的探索中去，不斷獲取認知成果，進而形成新的認知結構。這種“展開”“探索”的過程，正是認知“張力”的過程。因此，主體性是認知張力的決定性因素。
剛入學的一年級兒童對10以內(nèi)數(shù)的認識過程，能很好地說明主體性是認知張力的決定性條件。從認識1開始，孩子們經(jīng)過認、數(shù)、擺個數(shù)是1的物體，抽象出“1”這個數(shù)概念，然后進行讀、寫、認。這時，孩子們絕不會滿足于幼兒園里對“1”的具體操作，否則就會表現(xiàn)得冷淡和缺少耐心?！?”的認知過程中所開展的六七種活動（數(shù)一數(shù)、擺一擺、讀一讀、寫一寫、記一記、用一用等），正是認知的不斷“張力”（延伸、遞進、擴展）。接下來認識2—10，他們?nèi)圆粫M足于上面的六七種方式，他們盼望有進一步“張力”的認知，發(fā)現(xiàn)和獲取更新奇的東西，由此而帶動出更具數(shù)學性的認知張力：（1）數(shù)的大小比較；（2）數(shù)的分解、組成（含不同的形式）；（3）數(shù)的連續(xù)；（4）序數(shù)、基數(shù)的出現(xiàn)；（5）加減法的產(chǎn)生；（6）運算的進行等?？芍^豐富多彩。學習者和學習材料同步互動，相輔相成，相得益彰。
認知客體——學習材料，則是認知張力的必要條件，它以“合規(guī)律性”的原則呈現(xiàn)。改革開放以來，教育思想、教學觀念的轉(zhuǎn)變，促進了教材的改革與進步。人教版的義務教材在實驗本的基礎上作了新的改進，形成了一套比較科學的便教便學的知識體系、結構體系。比如小學數(shù)學教材既遵循學生的認知規(guī)律和數(shù)學學科的特點，又考慮到知識的呈現(xiàn)過程與學生獲取知識過程的有機統(tǒng)一，改變了過去那種單純重結論輕過程，重知識傳遞輕學生參與的單一滯后的模式。尤為突出的是，教材中“想一想”多了，“擺一擺”多了，例題中要求學生“填空”的地方多了，“解法一、解法二”多了，“比較課”多了，“整理與復習課”多了，從而使學生進入到認知結構的深層次中。何為認知結構的深層次呢？“經(jīng)驗—知識結構”。它包括兩個方面的要素：（1）經(jīng)驗知識要素；（2）邏輯數(shù)理要素。前者不難理解，后者指主體認知客體所獲得的經(jīng)驗知識并非處于混亂無序的狀態(tài)，而是以一定的方式構成一個有序的整體。小學數(shù)學“比較課”、“整理也復習課”實質(zhì)上是一種深層次的認知結構課。比較相同點和不同點，正是為了把一組數(shù)量關系納入一個有序的高級結構中去。學生一旦獲得這種高級結構的認知，他們“同化”“順應”的能力將大大提高，解決問題的速度也大大加快，“有結構”的材料也就大大張開了認知的空間。例如“分數(shù)乘除法應用題”，不管是一般的還是稍復雜的，都將納入到“一個數(shù)乘以分數(shù)”的意義上來認知，也就是說“一個數(shù)乘以分數(shù)”的意義張開后，可以呈現(xiàn)出不同的方式，提供不同的刺激情境，讓學生強化意義的理解。而由分數(shù)的意義張開的諸如“求甲數(shù)是乙數(shù)的幾倍或幾分之幾”、“求甲數(shù)比乙數(shù)多（少）幾分之幾”、“甲數(shù)與乙數(shù)的比”等等，都成為一組有結構的材料，推動主體建立有序的整體的認知結構。
主客互動是一種積極活動，既有學習者一系列的外顯的認知活動，又有學生以“觀念形態(tài)”進行著的內(nèi)在思維活動。作為客體的積極性，在于它的科學有序的整體構造呈現(xiàn)出多姿多彩的形式，對主體具有吸納作用。同時它能帶動主體以積極的情感、意志，主動地探索，科學地認知。認知的張力是主客互動形成的。認識這一點，對于我們糾正目前小學數(shù)學教學中出現(xiàn)的過分強調(diào)主體而忽視客體的偏態(tài)，具有一定作用。
二、師生互動是認知張力的動力
教學是教與學的雙邊活動。學生主體或教師主導的作用不可替代。維果茨基說過，“最近發(fā)展水平”表現(xiàn)為兒童還不能自行完成任務，需要教師的幫助。有了教師的幫助，學生就可能不斷地從“最近發(fā)展水平”向“現(xiàn)有發(fā)展水平”轉(zhuǎn)化，推動兒童向深層次發(fā)展。
我們來看“十幾減8”的教學。在師生互動作用下，學生掌握算理，順利完成11－8、13－8、15－8、12－8、16－8后，例4發(fā)展為“想一想：14－8＝（）”。按照學生已有的認知，教師一般這樣引導：想8加（）得14，因為8加6后得14，所以14減8得6。但高明的教師并不到此為止，他想帶動學生調(diào)動自10以內(nèi)數(shù)的認識以來所積累的知識經(jīng)驗，產(chǎn)生認知張力；而聰明的學生也并不滿足于用那個算理去想。師生的默契使這種互動關系協(xié)調(diào)運動。教師一個“誰還有不同的想法嗎”，學生就活躍起來了，各種不同的想法隨之呈現(xiàn)出來：（1）想14拿去8，還剩6（低級思維，但也屬一種不同的想法，因為認知的張力并不限定學生的認知“搜索”）；（2）想10－8＝2，2＋4＝6；（3）想把8分成4和4，14－4＝10，10－4＝6；（4）想14－7＝7，7－1＝6；（5）想14分成8和6，8－8＝0，還有6……從這里可以看出，師生互動能保持認知的積極狀態(tài)，有助于張開認知的空間，而且它驅(qū)動學生打開認知的各種通道，獲得豐富的認知成果。
奧蘇貝爾解決問題的“四階段”（第一階段，呈現(xiàn)問題情境命題；第二階段，明確問題目標與已知條件；第三階段，填補空隙；第四階段，解答后的檢驗）中，第三階段“填補空隙”的說法很形象、準確。填補“空隙”正是因為認知張開后有了空間空隙。學生看清了“已知條件”（他當時的狀況）和目標之間的空隙和差距，就必須占領這個空間，填補這個“空隙”，實現(xiàn)師生互動。
三、探索與表達是認知張力的存在方式
有了探索活動，才有認知的存在：探索的進行，使認知張力的方式變得直觀。探索本身，需要在一定的時空范圍內(nèi)展開。它既張開這種時空范圍又占領這種時空范圍，學生的認知活動一旦進入探索階段，主體的認知（當然也離不開情感、意志的積極參與）逐步深入、拓展，不斷進步。這樣，認知張力成為容納探索活動的載體，探索則是認知張力的存在方式。
小學數(shù)學教師越來越勤于作用“你是怎么想的”“你有什么發(fā)現(xiàn)”這樣的語言，其目的正是為了培養(yǎng)學生的探索精神。數(shù)學的概念、法則、公式給學生提供了豐富的探索材料。隨著探索活動的展開，使得認知得以張力。反過來，認知的張力之所以存在，是因為探索所致。沒有學生的探索，就很難取得好的效果。
表達（這里重在口頭表達）也是認知張力的存在方式之一，亦稱表現(xiàn)形式。為什么把表達作為認知張力的表現(xiàn)形式來說呢？道理很簡單。主客互動，師生互動，已使學生產(chǎn)生大量的思維語言。只有充分地讓學生發(fā)表自己的思維語言，說出所想所思所得，才能真正展現(xiàn)認知張力的全貌，使“認知張力”成為可視可聽的東西，而不至于產(chǎn)生“認知張力”是一種玄談的誤解。而學生的口頭表達，也是使認知活動成為一個完整過程的終極環(huán)節(jié)?？陬^表達，能使教師掌握學生在張開的認知中的全部活動情況。這些活動情況便于我們分析認知的質(zhì)量和水平。義務教材五年制第九冊（實驗本）第8頁例3有一組分數(shù)乘除法的對比題：
（1）池塘里有12只鴨和4只鵝，鵝的只數(shù)是鴨的幾分之幾？
（2）池塘里有12只鴨，鵝的只數(shù)是鴨的1／3，池塘里有多少只鵝？
（3）池塘里有4只鵝，正好是鴨的只數(shù)的1／3。池塘里有多少只鴨？
在一次研究課中，我們讓學生獨立探索討論，獲取認知信息（還不具有認知成果），然后，引導學生口述：（1）單位“1”的量；（2）兩種量與分數(shù)的對應關系；（3）線段圖的畫法；（4）數(shù)量關系；（5）列式的根據(jù)等，這還只是第一層次水平的口頭表達。第二層次水平的表達則在相同點和不同點的比較上。這也是表現(xiàn)認知水平的關鍵之處。有了這種表達，才使學生的認知加深加強，才使學生積累新的認知經(jīng)驗，以便解答有關實際問題，形成能力。
學生學的心理環(huán)境是通過學生的學習態(tài)度、道德品質(zhì)和行為、組織紀律性、團結協(xié)作、尊敬師長、自學互勵等方面表現(xiàn)出來的。學生是課堂教學活動中的主體，學的心理環(huán)境是課堂心理環(huán)境的主要構成要素。教師教的心理環(huán)境是由教師的教學思想、教學態(tài)度、教學能力、教學風格、治學精神、管理方式、特別是道德品質(zhì)和行為等多種心理因素構成的。教的心理環(huán)境是影響學生的認識發(fā)展的品行形成的決定因素。教師的心理素質(zhì)的優(yōu)化、業(yè)務能力的不斷提高，良好的道德品質(zhì)的展現(xiàn)，是維護和發(fā)展課堂良好環(huán)境的決定因素。
本文擬對化學課堂心理環(huán)境作一粗淺的剖析。
一、人格是創(chuàng)設良好課堂心理環(huán)境的前提
教師是課堂教學的組織者、領導者和管理者，其人格和威信是一種巨大的潛在精神力量，具有很強的說服、教育能力，是影響學生情感體驗，制約課堂心理氣氛的重要因素。所以，教師要不斷完善自我，形成和發(fā)展優(yōu)良個性品質(zhì)。教師的個性品質(zhì)對學生個性品質(zhì)的形成和發(fā)展的示范和導向作用已被國內(nèi)外大量研究證實。正如烏申斯基說：“只有個性才能作用于個性的形成和發(fā)展。”同時，有關研究還表明，教師的個性品質(zhì)能影響學生智力的發(fā)展，影響學生的學習成績，因而在教學過程中，教師優(yōu)良的個性品質(zhì)，有利于營造和諧、愉快的課堂氣氛，能充分調(diào)動學生的學習興趣，激發(fā)學生強烈的求知欲，發(fā)揮學生的學習潛能。
二、情感是維持良好課堂心理環(huán)境的條件
教書育人是一項觸及靈魂的工程，知識的瓊漿只有通過教法和情感等載體，才能輸入學生的心田。
贊可夫的心理實驗表明，教師的良好情緒，會使學生精神振奮，教師的不良情緒會抑制學生的智力活動。課堂教學過程不僅是在特定情境下學生獲得知識、形成能力的過程，也是一個師生進行情感交流，認知因素相互作用的過程，教師本身的情感狀態(tài)，可以使學生受到潛移默化的影響，產(chǎn)生情緒上的共鳴。教師上課和顏悅色，學生感到可親可敬，心理相融，情感共鳴，就會親其師而信其道，學習積極性提高，有助于提高教學質(zhì)量。為此，教師應是一個情感豐富的角色，應具有駕馭情感的能力和恰當運用情感的藝術。教師走進課堂穩(wěn)健的步履，微笑的表情有助于創(chuàng)造一個安靜和諧的學習氣氛。以飽滿真摯的情感授課，情緒高昂，全身心投入，注意使用激勵性的語言提問、評價，學生就會在一種受教師尊重、積極愉快的情感體驗下學習。一旦學生產(chǎn)生抵觸情緒，即使一流的教師也只能教出末流的學生，這是人所共知的常識。所以，和諧的情感氛圍具有特殊的教育功能，教師在課堂教學中不僅要注意以言激情、以景生情、以情動情，還要注意對學生情感需要的激發(fā)、調(diào)動的滿足，而且要善于依據(jù)教學內(nèi)容的性質(zhì)和難度大小，重視對學生情感活動的性質(zhì)和強度的調(diào)控?？傊?，要讓學生“愉快”，教師必須首先“愉快”，一個“愉快教師”的感染力能營造積極活躍的課堂學習環(huán)境。
三、趣味是調(diào)節(jié)課堂心理環(huán)境的內(nèi)在動力。
興趣是一個人傾向于注意認識某種事物和研究某種事物的一種心理活動，是學生學習積極性中最現(xiàn)實、最活躍的心理因素。中學生意志力較差，情緒不穩(wěn)定，注意力易分散、松懈懶散，教師要針對學生的心理特點，有的放矢喚起學生的學習興趣，授課時要嚴謹而不嚴肅、風趣而不低俗、幽默而不滑稽，寓教于樂，營通過這一系造深厚的學習氣氛。如在講初中“緒言”時,什么是“火”，為什么會有“火”，鐵可以燒嗎，真的有“鬼火”嗎......列與“火”有關的問題的提出，必定能激起學生進一步探索的熱情，這樣設疑激趣，求知欲倍增。還可用化學實驗，如用庶糖做“黑饅頭”，“魔棒”點燈等等，來激發(fā)學生的求知欲望。還可用新的內(nèi)容、新的觀點、新的教具、新的板書等來引起學生的無意注意，促使學生各種感官處于最活躍的狀態(tài)，以最佳的心理狀態(tài)投入學習。
四、激勵是活躍課堂心理環(huán)境的正催化劑
美國心理學家赫茨伯格的雙因素理論研究表明“激勵因素”能令心情舒暢，充分調(diào)動人的積極性和主動性。作為教師要充分了解學生，做好學生的“知音”，才能因材施教，真正做到“知其心，救其失也?！币朴诓蹲剿麄兩砩系摹伴W光點”，應對有創(chuàng)新或有不同觀點的同學首先給以肯定，對有創(chuàng)新的同學給以高度的贊揚，對有進步的學生每次給以鼓勵性的評語，尤其要注意多為差生創(chuàng)造成功的機會，讓他們品味、體會成功的滋味。使他們形成“我也能學好”的良好心理狀態(tài)，讓學生體驗到自己的價值，讓學生去感受成功的喜悅，使學生體驗到“跳一跳，摘到桃子”的愉悅。所以，激勵是活躍課堂心理環(huán)境的正催化劑。
清代的顏元先生便深諳“適時夸獎”的教育之妙，他留下的“數(shù)子十過，不如獎子一長?！钡闹晾砻匀匀恢档媒裉斓慕處熀煤萌ド钏?，咀嚼與體味。
五、機敏是形成良好課堂心理環(huán)境的措施
教師的基本素質(zhì)之一是在課堂上應有較強的應變能力。教學必須貫徹教學原則，教師在授課時，首先要明確教學目的、教學重點、難點，克服盲目性、隨意性和片面性。心理學研究表明：個體所處的環(huán)境，包括自然、家庭、人際等都隨時可能面臨各種意想不到的變化，這些都可能成為外來的心理應激源，因而需要有相應的應變能力，從而避免在應激狀態(tài)下心理失常與行為失態(tài)，面對課堂發(fā)生的意外事件，教師要保持鎮(zhèn)定、冷靜、理智、大度、豁達和寬容，要泰然處之。教師要用熱愛教學事業(yè)、廣博的知識、嚴謹高尚的人格影響學生，營造良好的課堂學習心理環(huán)境，靈活機敏地處理意外事件。有一位教師在課堂上讓一位學生演示“銀鏡反應”實驗后，自己也動手做起來，并要求學生認真仔細觀察實驗，目的是想交代清楚實驗成敗關鍵，但在操作過程中卻發(fā)現(xiàn)自己出了錯，此時如果停下來重做或不做，必將影響教學氣氛，而他繼續(xù)做了下去，但是提出了一個問題，與前面實驗對照，實驗操作步驟有什么不同？是否會有“銀鏡”出現(xiàn)？這樣巧妙地利用實物實驗做對照實驗，既使學生對成敗關鍵有了深刻地印象，又避免了課堂上“空白”的出現(xiàn)。
六、紀律是維護良好課堂心理環(huán)境的收斂劑
課堂紀律是課堂教學順利進行的重要保證。只有學生自覺地遵守課堂紀律，才能產(chǎn)生良好的課堂心理環(huán)境，因此，要形成良好的學風，首先要對學生進行課堂常規(guī)訓練。培養(yǎng)學生自我發(fā)展和積極適應能力，自我進行心理與行為的調(diào)適；戰(zhàn)勝不良的心理與行為，弱化、矯正不良習慣；對正確行為要積極適應，主動內(nèi)化，忌隨波逐流或消極同化，從而使學生在自知、自覺、自愿、自律的基礎上，順利實現(xiàn)教學目標，才能產(chǎn)生課堂中良好的心理環(huán)境。其次，要形成維護課堂紀律的健康輿論。課堂中的輿論，即學生共同的意見，言論在心理環(huán)境的形成中作用很大，感染力很強。在教學活動中要充分發(fā)揮教師的主導作用和學生的主體作用，發(fā)揚團結互助精神，在教學中設立“一幫一”化學學習小組，開展互幫互學活動。組長組員不是一成不變的，可實現(xiàn)角色期待，促進團體間的競爭，這種作用極大，使學生情緒高漲，積極向上，動力無窮。
七、激疑是營造良好課堂心理環(huán)境的
教學過程是一個特殊的認識過程，也是一個復雜的思維過程。教學心理學研究表明：“學起于思，思源于疑?！睘榧ぐl(fā)學生主動探索的學習動機，提高學生學習的興趣，使學生無疑而有疑，有疑而思解，解疑而心悅。因此，教師在教學中必須應用多種手段，來培養(yǎng)學生質(zhì)疑的能力。誠如美國學者布魯巴克所說：“最精湛的教學藝術遵循的最高準則就是讓學生提問題?！?/p>
現(xiàn)行九年義務教育小學教材，尤其是地方自編教材，不難發(fā)現(xiàn)這樣一些問題：一是內(nèi)容重復；二是部分內(nèi)容脫離生活實際；三是部分不教即會的生活基本技能內(nèi)容多余。濰城區(qū)經(jīng)過充分調(diào)查論證，本著既維護教材的系統(tǒng)性，又符合素質(zhì)教育需求、減輕學生課業(yè)負擔的原則，對小學思品、勞動、自然、社會、健康教育等教材的有關內(nèi)容進行了合理刪并，并將有關課程進行了適當調(diào)整。這項改革干1997年在永安路小學開展了試點，1999年3月在全區(qū)推開。他們的做法如下。
一、調(diào)整教材。一、二年級取消勞動課。該段只保留教材中有利于培養(yǎng)學生動手能力的小部分篇目，調(diào)到三、四年級學習。
刪減合并重復或簡單的教學內(nèi)容。對同學科教材簡單的內(nèi)容，按照大小課時間進行合并。對教材中學生在日常生活中能夠?qū)W會的內(nèi)容及脫離生產(chǎn)和生活實際的知識，進行了較大程度的刪減，并將這部分知識列入學生自學范疇和考察內(nèi)容。
二、安排大、小課。在保證完成教學任務的前提下，一是壓縮部分小學科目的學時。將刪減后的自然和勞動合占一個課時，社會與健康教育合占一個課時，每學期上完自然、社會，再上勞動、健康教育，縮短教師授課時間，既解決教師備課繁重的困擾，又有利于提高課堂效益、提高教育教學質(zhì)量。二是實行大課與小課相結合的方式。大課40分鐘，小課30分鐘，每天安排7節(jié)課（其中大課3節(jié)，小課4節(jié)）。既不超出小學生每天在校時間6小時的規(guī)定，又使每周課時量由原來的30節(jié)擴為35節(jié)。一、二、五、六年級每周增加了7節(jié)小課，三、四年級每周增加了6節(jié)小課，滿足了英語、計算機、創(chuàng)造教育等增設科目的教學需要。每周還設兩節(jié)體育活動課。
