利用视觉空间智能学习化学的研究李慧

利用视觉空间智能学习化学的研究应用化学专业李慧指导教师韩庆奎摘要：加德纳提出的多元智能理论是关于人类认知范畴最完整的论述。其中的视觉空间智能指感受、辨别、记忆和改变物体的空间关系并借此表达思想和情感的能力。主要探讨视觉空间智能与学习化学的关系,让学生发展自己视觉空间智能,以期在完善学生知识结构的同时,提高其观察和解决实际问题的能力。关键词：视觉空间智能化学学习培养策略视觉是人最主要的感觉通道，研究表明，在人类的五种主要感觉中，其吸收信息的比率是：视觉占83%，听觉占11%，嗅觉占3.5%，肤觉占1.5%，味觉占1%，由此可见，视觉吸收信息的比率最大，而且视觉作为人类认识世界的一种方式,比语言符更号为古老,它可以说是人脑的第一语言。化石纪录显示，远在人类使用语言之前，视觉器官就已经高度发展。视觉器官是人类早期获取知识的重要工具。人类最早的绘画是由视觉空间智能所激发而创作的。视觉经验可以说是人们生活中最重要也最为可靠的经验。我们所处的“视觉”时代,使我们能够从网络、电视、电影、DVD、MTV等视觉媒体中更快、更准确地获得信息。然而,今天大多数的教育方案都只注重强调抽象符号在读、写、算中的重要性,却忽略了视觉空间智能等其他方面的内容。1课题的提出与意义1．1视觉空间智能的基本内涵多元智能理论是由美国哈佛大学教育研究院的心理发展学家霍华德加德纳(HowardGardner)在1983年提出。加德纳从研究脑部受创伤的病人发觉到他们在学习能力上的差异，从而提出本理论。他在《心智的架构》(FramesofMind,Gardner,1983)这本书里提出，人类的智能至少可以分成八个范畴：语言智能、数理逻辑智能、视觉空间智能、身体运动智能、音乐智能、人际交往智能、自我认知智能和自然智能（加德纳在1995年补充）。这8种智能对学生一生的发展是同等重要的,大多数人具有完善的智能组合,但每个人在智能强项和弱项上存在着较大差异,各种智能组合与操作方式也各不相同。作为其中之一的视觉空间智能是指感受、辨别、记忆和改变物体的空间关系并借此表达思想和情感的能力,表现为线条、形状、结构、色彩和空间关系的敏感以及通过平面图形和立体造型将它们表现出来的能力,视觉空间智能包括视觉辨别辨认、再认知、投射、心里图像、空间理解、映像操作、复制内外心象等技能,每个人都可能拥有或表现出上述这些技能的部分或全部。1．2视觉空间智能与化学学习由于视觉功能在智力和学习方面表现出突出的重要性和可恢复性，视觉空间智能与学科学习已经引起了国内外专业开发研究机构和研究者们的注意与重视，国外有不少学者对化学学习中的视觉空间能力进行了研究。从化学的学科特点来看化学是一门与视觉空间能力密切相关的学科。化学（chemistry）是一门在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质、变化、制备和应用的自然科学。在化学家的科学发现中视觉空间能力扮演了非常重要的角色。化学家通过对分子、原子以及亚原子微粒的结构及其相互关系的研究来了解自然。分子模型、分子结构等空间结构、化学物质微粒几何形状、平面构型立体都与视觉空间能力密切相关。化学教学中的许多内容，例如原子结构、分子结构、晶体结构、有机分子结构等化学物质结构内容，化学实验中仪器的组装，试剂的鉴别，混合物的分离，除杂质等都需要用到视觉空间智能并可以开发学生的视觉空间智能。例如在讲解甲烷的空间结构时，教师可以告诉学生它的分子式是CH4，C原子和H原子以共价键相结合，甲烷分子中有4个C---H键，经测定4个C---H键的键角完全相同，然后提问甲烷分子是什么样的几何构型，或请同学们自己做出一个甲烷分子的模型来展示一下。这样留给学生充分的想象空间。在讲解有机物的结构时，也可以运用模型、图片、POWPOINT等把结构立体形象化。因此，在化学教学中，注重培养学生的视觉空间智能，对于充分发挥学生的巨大潜力有非常重要的作用。从学生的化学学习效果来看，国外大量研究结果表明:视觉空间能力与学生的化学学习成绩具有高相关性,视觉空间能力是学生化学学习能力的重要组成部分。Bonder等在1986年就化学问题解决与视觉空间能力相关性进行了一项测试。该项研究设计了部分普通化学试题,部分与视觉空间能力相关的试题,如涉及晶体结构识别的测试题。研究结果表明:视觉空间能力测试题的成绩与化学普通试题的测试成绩呈显著性相关。相似的,Staver等在1988年的研究表明:学生的视觉空间能力对他们解决化学平衡问题有显著性影响。另外,有研究表明,进行视觉空间任务训练有利于学生化学成绩的提高。Small等在1983年的一项试验表明,接受过视觉空间技能训练的学生进行三维模型相关的保持测试的成绩显著高于未接受过训练的学生。Tuckey等在1991年通过实验也进一步证明:培养学生的视觉空间能力对提高其化学学习能力有重要作用。1.3课题的研究意义1.3.1关注学生的个体差异，因材施教有人说“黄沙入海，找不到完全相同的两颗沙粒；绿叶如云，寻不到完全相同的一双叶片。”这些自然现象都深刻地揭示了大千世界中的万物既具有多样性又存在着差异。学生群体由于先天的素质和后天所处的文化环境、家庭背景的不同，也存在着差异性和丰富性，比如，有的文静，有的好动；有的反应敏捷，有的迟缓；有的表达能力强，有的不善言辞;有的逻辑思维强，有的思维能力弱……“认真对待每个孩子的特质、兴趣和目标，尽最大的可能帮助他们体会到自己的潜力”（加德纳）。教师在充分尊重学生个体差异的基础上，对他们进行因材施教。依照多元智能理论开展的综合素质教育，能够真正实现因材施教、个性发展。学生心智面貌差异很大，身心发展存在很大的差异，在这种情况下教师应该细致观察学生的个性特点，分析学生哪方面的智能存在优势，并以该项优势带动其它潜在智能的发展。值得注意的是，老师不应该刻意要求学生的每一项智能都要达到卓越的水平，而是尊重学生各种智能之间的差异，为学生提供发展优势智能的空间，并积极发掘学生的潜能。我们应意识到，在教育过程中，老师没理由要求所有的学生按照同样的方式、学习同样的课程、追求完全同步的发展，更没有理由把所有的学生放在一个智力测试标准上掂量，做统一比较，这种长期的不平等待遇和消极评价会使学生产生一种“习得性无助感”，结果完全放弃努力，主动选择失败。这对学生综合素质的发展是不利的。本课题对利用视觉空间智能学习化学的研究可为化学教师了解学生的差异提供参考。当教师了解了学生的差异后，根据学生的特征去进行教学设计，进行因材施教，扬长补短，充分开发学生的潜能。1.3.2建立多元化情境化的评价体系传统的学校教育，单纯依靠用纸笔的考试来考察教学效果，其评价只注重学业智能，特别是言语语言智能和数理逻辑智能两种，对其他智能，如视觉空间智能、自我反省智能等均有所忽略。即使是对学业智能的评价，也忽略了知识、理解、技能的情意基础——动机与态度。这种评价方式是静态的一次性操作，不利于将评价和教学过程结合起来。多元智能理论强调培养学生的创新能力和实践能力，这些能力超越了传统教学评价的范围。因此，我们建立的评价体系应该超越过去静态的传统评价标准，用动态、情境和社会化的评价体系衡量教育教学质量。要改变以言语—语言智能和数理—逻辑智能唱主角的单一的评价方式，评价内容要涵盖各个智能领域，并在多种不同的实际生活和学习情境下进行，确实考察学生解决问题的能力和创造出精神产品及物质产品的能力，即创新能力和实践能力。教师应该更加关注学生的个性差异，从多方面观察、评估和鉴定每一个学生的智能强项和弱项，并把这些资料作为培养学生的出发点，以此为依据选择和设计适宜的教学内容和教学方法，使评价成为促进每一个学生智能发展的有效手段。2化学视觉空间能力研究内容目前对视觉空间能力的结构范围还没有统一的界定。有研究者提出,与化学学科密切相关的视觉空间能力因素主要包括空间想象能力、空间定位能力和空间关系能力等三方面。2．1空间想象能力空间想象能力包括“对空间体的理解、编码和心理操作过程,另外要实施一个复杂的心理操作”。2．2空间定位能力空间定位能力,即在有外界干扰刺激呈现的状态下保持对某一空间模式的识别能力和反应速度。它要求能排除干扰因素,保持给定模式的原状。2．3空间关系能力空间关系是指地理实体之间存在的与空间特性有关的关系，如度量关系、方向关系、顺序关系、拓扑关系、相似关系、相关关系等，是刻画数据组织、查询、分析和推理的基础。。空间定位能力与空间想象能力有相似之处,两种能力都要进行心理操作,不同在于空间定位能力一般只要对二维图像进行简单的心理操作(通常只有一步或两步)同时强调反应速度。例如化学问题解决中判断同分异构体就要求学生有一定的空间关系能力。3空间智能在化学中的表现3．1空间结构联系科学教学中的内容，根据空间结构的不同情况可以概括为以下三类：微观上（主要包括原子，分子结构、晶体模型和离子反应的微观表现）、宏观上（主要包括工业上反应装置模型）和中观上（主要包括实验装置）。1、微观上在空间上我们主要根据经历或观察的事物及现象画出图或图表，制作模型（原子、分子、晶体结构，有机物的空间结构等）。这些模型在中学教学中已经经常用到,而且起到了很好的效果。例如，图1石墨分子结构。图1.石墨分子结构图2.过滤图这两个模型是最常见的，看到模型就很快能明白其的差别和联系，而且能记忆深刻。在有机物质学习的初期也经常用到模型，它能帮助学生立体全面观察微观上的物质，使学生对新知识的了解、记忆和进一步对反应实质的理解有很大的帮助。2、中观上在实验中培养学生的空间智能。空间智能是指能够精确理解或判断物体的空间形象、空间位置或空间距离的能力。实验教学中,时时与图形、实物、实验装置及实验现象紧密联系,如果能以有目的地进行长期地、系统地训练,学生不仅对线条、形状、色彩会特别的敏感,而且空间想象能力也会表现得极其丰富。所以在实验教学中有极其优越的条件可以培养学生的空间智能。图2是中学常用的过滤装置图。学生通过实验能比较好把握在空间上的感觉和装置的协调。充分地利用实验装置图和实验装置培养学生的空间智能视觉具有明确的选择性,通过观察和想象,可以根据实验装置的不同而培养学生空间智能的不同方面。通过对实验装置的记忆和反应现象的变化，能把书本知识由微观变为宏观，把抽象变成具体，变无形为有形，使学生易于获取多方面知识，巩固学习成果，培养学生的各种能力。3．2颜色颜色在化学学习中有十分重要的作用，其变化不仅表现在表观上，而且颜色变化几乎是其本质发生了变化。常见物质的颜色表1.常见物质的颜色物质CuAuSBSiC（石墨）C（金刚石）颜色紫红黄黄黄或黑灰黑黑无物质F2Cl2Br2I2PO2H2稀有气体颜色淡黄绿黄绿深红棕紫黑白、黄、红棕无无一般金属为银白色，而一些物质在盐溶液中的离子会发生变化，下面列举了一些常见的离子：表2.常见离子颜色离子Cu2+MnO4-MnO42-Fe3+Fe2+CrO42-[Cu（NH3）4]2+颜色蓝紫红绿棕黄浅绿黄深蓝2、化学反应中的颜色变化化学中的常见的颜色变化可以分为几类：1）焰色反应中学所涉及的主要金属的焰色反应如下：表3.焰色反应LiCaNaSrKBaRbCu紫红砖红黄洋红浅紫[通过蓝色钴玻璃]黄绿紫绿3．3概念图概念图就是用来组织与表征知识的工具(JosephDNovak，1984)。它通常是将有关某一主题不同级别的概念或命题置于方框或圆圈中，再以各种连线将相关的概念和命题连接，这样就形成了关于该主题的概念或命题网络，以此形象化的方式表征学习者的知识结构及对某一主题的理解。它们除了节点、连线和连接词等要素外，不同的概念图还可有其他特定的构成，但都有概念、命题、连接和层级结构的特征。至于概念图的形状，没有定例，可根据需要制成层次状、放射状、框图状和罗列状等。视觉空间智能指对结构、空间、色彩、线条和形状的感悟能力，包括用视觉手段和空间概念来表达情感和思维能力。化学学习上教师通过将知识点以概念图、思维图、图表、表格、图片等方式呈现，是学生能对知识点了解的清晰明白。教学中可以有意识地指导学生用对比、归纳、分析、综合、抽象概括等方法对所