基于思維導(dǎo)圖促進(jìn)高中生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)的研究

管臻英

摘 要：化學(xué)是高中階段的基礎(chǔ)課程之一，主要研究物質(zhì)的組成、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)以及變化規(guī)律。新課改將證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)列為化學(xué)核心素養(yǎng)之一，要求培養(yǎng)學(xué)生的縝密的邏輯推理能力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，幫助學(xué)生建立化學(xué)認(rèn)知模型，這對(duì)高中化學(xué)教學(xué)提出了新的要求。本文首先闡述了思維導(dǎo)圖構(gòu)成，證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)的內(nèi)涵，并以實(shí)際教學(xué)案例進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：思維導(dǎo)圖;高中化學(xué);證據(jù)推理與模型認(rèn)知

引言：根據(jù)《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》的要求，將證據(jù)推理與模型認(rèn)知列為化學(xué)核心素養(yǎng)之一。化學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，通過(guò)化學(xué)實(shí)驗(yàn)展現(xiàn)物質(zhì)發(fā)展規(guī)律，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，通過(guò)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，從而提高學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)，為學(xué)生的終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)。由于高中化學(xué)知識(shí)點(diǎn)涉及內(nèi)容比較廣，并與現(xiàn)代生活緊密聯(lián)系在一起，需要學(xué)生具備一定的邏輯推理能力。通過(guò)培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)，有助于加強(qiáng)學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)的理解，提升學(xué)生的邏輯推理能力。將思維導(dǎo)圖應(yīng)用在高中化學(xué)證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)的培養(yǎng)環(huán)節(jié)，可以充分利用思維導(dǎo)圖的直觀性、便捷性，加深學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)知識(shí)的認(rèn)識(shí)和理解。

1.思維導(dǎo)圖與證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)概述

1.1思維導(dǎo)圖

思維導(dǎo)圖是一種圖像式思維工具以及一種利用圖像式思考輔助工具，最開(kāi)始應(yīng)用在特殊教育領(lǐng)域。上個(gè)世紀(jì)八十年代傳入到我國(guó)，主要幫助學(xué)生克服學(xué)習(xí)障礙。它用一個(gè)中央關(guān)鍵詞或者想法，利用線條、顏色、圖形以及關(guān)鍵詞，將各個(gè)中心詞之間的關(guān)系表現(xiàn)出來(lái)，結(jié)合人類(lèi)認(rèn)知的特點(diǎn)和學(xué)習(xí)規(guī)律，模仿人腦學(xué)習(xí)方式，縮短文字?jǐn)?shù)量，便于人的理解和記憶。思維導(dǎo)圖主要由中心主題、關(guān)鍵詞、線條、顏色、圖片五部分構(gòu)成。中心主題屬于整個(gè)思維導(dǎo)圖的中心地位，并在中心主題基礎(chǔ)上延伸二級(jí)主題、三級(jí)主題等;關(guān)鍵詞主要用來(lái)表示中心主題的分支，突出思維導(dǎo)圖的層次性;線條是從思維導(dǎo)圖的中心主題向下一級(jí)關(guān)鍵詞的延伸，有助于各級(jí)關(guān)鍵詞的梳理，線條粗細(xì)根據(jù)思維導(dǎo)圖的內(nèi)容進(jìn)行選擇;色彩主要用來(lái)區(qū)分思維導(dǎo)圖不同分支，也可以吸引學(xué)生的注意力;圖片可以給學(xué)生直觀的認(rèn)識(shí)，帶來(lái)感官上的刺激[1]。

1.2證據(jù)推理與模型認(rèn)知

化學(xué)核心素養(yǎng)是學(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)過(guò)程中逐漸發(fā)展并解決化學(xué)問(wèn)題過(guò)程中表現(xiàn)出來(lái)的關(guān)鍵素養(yǎng)，一定程度上反映了學(xué)生從化學(xué)角度認(rèn)識(shí)客觀事物的方法和水平。根據(jù)《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》的要求，化學(xué)核心素養(yǎng)包括宏觀辨識(shí)與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知、實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識(shí)、科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任五個(gè)方面。證據(jù)推理與模型認(rèn)知是要求學(xué)生具備初步收集各種證據(jù)，對(duì)物質(zhì)的性質(zhì)與化學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行分析推理，并根據(jù)已有的證據(jù)和結(jié)論明確兩者之間的邏輯關(guān)系，能夠靈活運(yùn)用各種模型描述化學(xué)現(xiàn)象，并預(yù)測(cè)物質(zhì)與變化的結(jié)果，根據(jù)物質(zhì)變化的信息建立模型。證據(jù)推理與模型認(rèn)知化學(xué)素養(yǎng)是要求學(xué)生根據(jù)證據(jù)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行假設(shè)、推理、驗(yàn)證以及建立模型的過(guò)程。化學(xué)模型是根據(jù)化學(xué)知識(shí)構(gòu)建，用來(lái)幫助學(xué)生理解化學(xué)抽象知識(shí)，揭示化學(xué)客觀科學(xué)規(guī)律。

2.基于思維導(dǎo)圖促進(jìn)高中生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)策略

2.1基于證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)教學(xué)思路

根據(jù)高中化學(xué)“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)的要求，利用思維導(dǎo)圖教學(xué)的時(shí)候，首先要培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)，根據(jù)所學(xué)知識(shí)提出疑問(wèn)，然后帶著疑問(wèn)去分析問(wèn)題、收集相關(guān)證據(jù)，最后提出假設(shè)，最后進(jìn)行推理論證。化學(xué)模型的建立需要學(xué)生根據(jù)所學(xué)的化學(xué)物質(zhì)的性質(zhì)和特點(diǎn)，構(gòu)建化學(xué)模型，并用模型解決實(shí)際問(wèn)題[2]。

2.2基于思維導(dǎo)圖培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)方案

本文以高中化學(xué)必修課程《物質(zhì)的量在化學(xué)方程式計(jì)算中的應(yīng)用》這一課時(shí)為例，將思維導(dǎo)圖應(yīng)用在培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)。這節(jié)課的重點(diǎn)是讓學(xué)生掌握物質(zhì)的量在化學(xué)反應(yīng)方程式計(jì)算中的變換與應(yīng)用，數(shù)學(xué)化學(xué)計(jì)算的常用方法。物質(zhì)的量化學(xué)計(jì)算是高中化學(xué)計(jì)算的核心內(nèi)容，通過(guò)第一節(jié)課程學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了物質(zhì)的量的含義，物質(zhì)的量與摩爾質(zhì)量的關(guān)系，氣體摩爾體積與物質(zhì)的量濃度換算關(guān)系，并進(jìn)行化學(xué)方程式的計(jì)算。但是學(xué)生在計(jì)算的時(shí)候，常用質(zhì)量解答問(wèn)題，化學(xué)計(jì)算題物質(zhì)成分復(fù)雜，質(zhì)量解題方式增加了學(xué)生的計(jì)算難度。

2.3教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

【課堂導(dǎo)入】通過(guò)前面章節(jié)的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)知道構(gòu)成物質(zhì)的粒子數(shù)和物質(zhì)質(zhì)量之間的關(guān)系，那么這節(jié)課我們將學(xué)習(xí)如何將物質(zhì)的量應(yīng)用在化學(xué)方程式的計(jì)算。

上課前，教師將化學(xué)方程式2Na+2H2O=2NaOH+H2陳述在黑板，讓學(xué)生根據(jù)學(xué)過(guò)的知識(shí)，標(biāo)出各個(gè)物質(zhì)之間化學(xué)計(jì)量數(shù)、粒子數(shù)和物質(zhì)的量之比。分析教師列出的化學(xué)方程式，根據(jù)相關(guān)的物理量找出這些物理量之間的關(guān)系。

2Na+2H2O=2NaOH+H2

化學(xué)計(jì)量數(shù)之比 2 2 2 1

粒子數(shù)之比 2 2 2 1

物質(zhì)的量之比 2mol 2mol 2mol 1mol

根據(jù)上述內(nèi)容，可以得出化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比等于各物質(zhì)的物質(zhì)的量之比。通過(guò)物質(zhì)的量（n）、摩爾質(zhì)量（M）、物質(zhì)的量濃度（c）和氣體摩爾體積（Vm）幾個(gè)物質(zhì)量之間的關(guān)系，并建立以下數(shù)學(xué)模型：

通過(guò)物質(zhì)的量網(wǎng)絡(luò)模型，可以讓學(xué)生直觀了解到物質(zhì)的量之間的聯(lián)系，并將其應(yīng)用在具體的計(jì)算中，提高學(xué)生的化學(xué)綜合應(yīng)用能力[3]。

【練習(xí)】將6.5g鋅放入到足量的鹽酸中，如果鋅與鹽酸發(fā)生完全反應(yīng)，請(qǐng)計(jì)算出6.5g鋅的物質(zhì)的量，參與反應(yīng)的鹽酸的物質(zhì)的量以及產(chǎn)生氫氣的體積（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）

【解題提示】根據(jù)題目的內(nèi)容，學(xué)生必須列出鋅與鹽酸的化學(xué)方程式，然后根據(jù)已知的物理量換算成物質(zhì)的量。

鋅與鹽酸的反應(yīng)：Zn+2HCl=ZnCl2+H2

化學(xué)計(jì)量數(shù)之比：1 2 1? ? 1

物質(zhì)的量之比： 1mol 2mol 1mol 1mol

根據(jù)題目的要求，要計(jì)算6.5g鋅的物質(zhì)的量，則n=m/M，將數(shù)據(jù)帶入公式得出：6.5g/65（g/mol）=0.1mol;鋅與鹽酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)的量不能按照上述公式進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)化學(xué)方程式，可以得出參與反應(yīng)鹽酸的物質(zhì)的量是鋅的物質(zhì)的量的2倍，鋅的物質(zhì)的量是0.1mol，那么參與反應(yīng)鹽酸的物質(zhì)的量就是0.2mol;氫氣的體積計(jì)算公式n=V/Vm，其中Vm=22.4L/mol，鋅的物質(zhì)的量和氫氣的物質(zhì)的量之比為1：1，可以得出氫氣的物質(zhì)的量是0.1mol，那么可以得出氫氣的體積V=0.1mol×22.4L/mol=2.24L

【思考】根據(jù)上述題目，以物質(zhì)的量為中心的化學(xué)計(jì)算題有什么規(guī)律？

【教師總結(jié)】根據(jù)化學(xué)方程式可以建立以下數(shù)學(xué)模型

結(jié)束語(yǔ)：綜上所述，將思維導(dǎo)圖應(yīng)用在高中化學(xué)教學(xué)環(huán)節(jié)，可以充分利用思維導(dǎo)圖的直觀性，展現(xiàn)化學(xué)物質(zhì)的特點(diǎn)與變化，讓學(xué)生收集相關(guān)證據(jù)，對(duì)物質(zhì)的量以及變化提出假設(shè)，在假設(shè)基礎(chǔ)上進(jìn)一步推理，建立知識(shí)模型解決化學(xué)難題。

參考文獻(xiàn)

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[3]成際寶，高翔.利用思維導(dǎo)圖提升學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的探索——以”金屬鈉的性質(zhì)與應(yīng)用”為例[J].化學(xué)教學(xué)，2017，（5）：41-45.