“學悟思”建構初中化學可視化思維模型的教學

劉秋芳 張賢金 吳新建

摘要：為落實化學學科核心素養，提高學生的思維模型建構能力，闡述“學悟思”建構初中化學可視化思維模型的內涵、特點與教學策略。讓學生在化學史實、化學實驗、化學用語、復習課學習中自主建構初中化學可視化思維模型，感悟知識形成過程、學科思想方法、知識意義與結構，思考學科價值、模型建構、三重表征、結構邏輯。通過可視化教學外顯思路，提高學生學習興趣與課堂效率。

關鍵詞：思維模型;學悟思;思維可視化

文章編號：1008-0546（2021）04-0006-05 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.04.002

教育的本質，從某種意義上講，就是改變人的思維。《普通高中化學課程標準（2017年版）》提出的“模型認知”是重要的思維方式，化學學科中的模型分為物質模型和思維模型[1]，化學思維模型是指人們從化學視角認識事物或解決問題的過程中建構的思維模式;教學過程中有策略地將思維方法、思維路徑和思維規律以視覺形式呈現出來，形成可視化思維模型，可將抽象、內隱的思維直觀化、形象化，使學生的學習“有跡可循”，從而提高學習興趣和效率。但思維模型的建構不是教師教出來的，而是學生悟出來的，筆者多年踐行初中化學課堂“學悟思”教學，讓學生自主建構可視化思維模型，取得了一定成效。

一、“學悟思”建構初中化學可視化思維模型的內涵

“學悟思”的課堂教學就是教師引領學生學中悟，悟中思。“悟”是感悟、領悟;“思”是思考、思維。教師根據所學知識與學生的實際創設情境與活動讓學生去感覺、領悟。學生感受到多少，領悟到多少，那他們的思考就到哪一個程度，思維能力就到哪一個程度;在此基礎上教師適時地點撥與引導，促使學生的思維品質得以發展與提高。“學悟思”建構初中化學可視化思維模型的教學，體現學生學習的自主性，學生自主建構思維模型是學生輸人化學知識與方法的過程，利用可視化使思維外顯，有利于了解學生思維過程的深入程度，結構化程度。具體教學流程如圖1。

課堂教學中教師要關注學生的生活世界及學生已有的經驗系統，著重學生成長的內在動機的喚醒，使學習活動是自覺自愿的，自主學習是學生發展思維的根本。只有學生自主悟，自主思，建構的思維模型使用才能得心應手，教師只是教學中的引導者，設計者及輔助者。

二、“學悟思”建構初中化學可視化思維模型的特點

1.可視化思維模型的發展性

從原子結構模型的演變歷程來看，化學知識的發展經歷是一個不斷建立模型、應用模型、修正模型的過程[2]。學生自主建構的可視化思維模型也是如此，隨著學生化學知識的積累，能力逐步提高，建構的模型也會逐步修正并完善，才能滿足學生解決越來越復雜的問題需要。因此，可視化思維模型具有發展性，可循環遞進，按學生不同學習階段進行修正并完善如圖2。

2.可視化思維模型的可測量性

通過學生自主建構可視化思維模型，可測量學生思維發展的程度。一是關注學生的展示匯報，語言表達的準確性、邏輯性是學生思維的表現形式之一;二是觀察學生實驗探究能力，實驗探究是將理論知識轉化為實驗操作行為的思維過程;三是觀察學生自主構建的可視化思維模型的完整程度，如圖表、知識網絡圖等;四是設置典型試題進行測試，檢測學生建構的可視化思維模型解決實際問題的情況。評判原則：能解決簡單問題的思維模型為合格;能解決較為復雜問題的思維模型為良好;能解決復雜真實問題的思維模型為優秀。

3.可視化思維模型類型的多樣性

“學悟思”建構初中化學可視化思維模型的類型多樣化，如按題型分：實驗探究題解題思維模型、推斷題解題思維模型、除雜題解題思維模型、鑒別題解題思維模型等。按課的類型分：概念學習思維模型、一種物質學習思維模型、一類物質學習思維模型、化學計算學習思維模型等。通過多種多樣的可視化思維模型建構，提高學生的思維能力、學習能力。

三、“學悟思”建構初中化學可視化思維模型的策略

1.學化學史實，悟過程思價值

學科價值是在學科與人類的相互作用中實現，是追求真善美的統一體。化學學科價值包含科學理解、科學態度、社會責任等。化學史實是化學研究的歷程，蘊藏著豐富的學科核心素養內涵，如：不迷信權威，實驗推理與論證，創新理念，批判思維，研究方法等;包含了學科的求真價值、方法價值、精神價值、工具價值。

一個化學知識的科學史是其化學思維的發展史，化學的歷史發展印證了化學思維是化學學科活動的靈魂，是化學學科核心素養的核心[3]。課堂教學中學生自主學習，主動建構可視化思維模型，可顯著提升學生的化學學科思維能力。如在學習人教2011版九年級化學第二單元課題1空氣時，教師課前布置學生分組查找資料，了解空氣成分發現史，并畫出思維導圖，思考從中得到什么啟示。學生的作品五花八門，但都在學習空氣成分發現史中感受到科學工作者的艱苦與不易，科學成果的獲得要經過幾代人的付出與努力，科學家們鍥而不舍、大膽質疑、敢于挑戰的精神讓人感嘆。在教師的引導下，學生將整個過程通過可視化方式表現出來，其中一個小組作品如圖3。

在課堂上按“學生分享→同伴補充→小組討論→教師點撥”的流程學習后，學生把自己小組的作品進行優化并重組，得出學習化學史實的思維模型（如圖4）。這個模型的建構對后續化學史實的學習提供了思路與路徑。

2.學化學實驗，悟方法思模型

化學家傅鷹指出，實驗是最高法庭。教材中每一個實驗承載的功能不同，教師應充分挖掘教材中實驗的隱性思維，通過教師設置問題引導、圖表等形式讓思維顯性化，由學生自主探究，思考悟出思維方法或模式。如控制變量法的教學過程安排如圖5。

其中人教版第七單元課題1“燃燒與滅火”中探究燃燒的條件時，教材安排了兩個實驗：一是紅磷、白磷燃燒的演示實驗，二是探究燃燒條件的分組實驗，這兩個實驗的教學效果如何，直接影響學生對控制變量法的理解與應用。因此課堂上教師演示完實驗后，讓學生思考每一個步驟的目的，怎么對比，怎么控制變量，學生詳細列表如表1。

第二課時教師再安排第七單元實驗活動3，學生進行分組實驗，通過實驗操作，收集證據，推理結論，感悟實驗原理，操作注意事項;形成科學方法，逐步推出控制變量法的思維模型如圖6。

3.學化學用語，悟意義思表征

化學是一門從微觀層次認識物質，以符號形式描述物質，在不同層面創造物質的學科[4]。化學的“宏微”素養將引領學生化學學科思維的發展，化學用語又是“宏微”素養連接的紐帶。化學用語在初中化學教學階段是重點也是難點，是學生較為薄弱的環節。教師應設置活動分階段、分批次讓學生自主去“悟”，逐步建立“宏微符”三重表征的學科思維方式。如人教版第三單元課題1“分子原子”的課堂教學中，展示部分原子、分子模型，讓學生自制硬紙卡片，正面寫名稱、符號、模型，背面寫分子構成（如圖7）。每人自制這樣的卡片五張，四人一小組，要求組內不重復，同學間交流使用，逐步建立符號表征與微觀表征的關系。

啟蒙階段的化學課堂教學中，教師都安排了較多的趣味實驗、演示實驗、學生實驗;學生最感神秘的是化學實驗室中的化學藥品，當然最頭痛也是這么多物質怎么用化學符號表示？如人教版第四單元課題4“化學式與化合價”的課堂教學中，筆者將學生帶進實驗室觀察藥品標簽（其中有一部分是教師特意設置的，如蒸餾水（H2O）、氧氣（O2）、二氧化碳（CO2）等），同樣讓學生自制硬紙卡片，正面寫名稱和它的色態味，背面寫它的組成（如圖8）。每人自制這樣的卡片至少五張，四人一小組，要求組內不重復，同學間交流使用，逐步建立符號表征與宏觀表征的關系。并思考名稱與化學式之間有什么聯系？從這些化學式中你還可以知道哪些信息？課后讓學生思考這些化學式與課本化合價表有什么關聯？你能說說為什么？把兩次建立起來的卡片一起使用，學生會驚喜地發現化學符號的多重含義，化學物質的三重表征（如圖9），成就感明顯提升，學生通過“學悟思”，自主建立的知識更加深刻，對“宏微符”三重表征的理解更加透徹。學生在建構可視化思維模型時，應關注學生已有的知識經驗、思考方向與特點，鼓勵學生大膽嘗試，沖破思維禁錮，并教會學生如何查找資料，擴大自己的知識領域，才能在原生態思維的基礎上，建立新的知識結構，形成新的方法體系，轉變思維方法，形成“宏微符”化學學科思維方式。

學生在學習化學用語時，通過悟意義思表征，建構可視化思維模型后，對“宏微符”三重表征還會出現多種學習障礙，如：學習第六單元碳和碳的氧化物時，對三種物質碳、一氧化碳、二氧化碳的化學性質差異，沒有意識從微觀結構去分析;以及同一現象三種不同表征的相互聯系與轉換都會有不同程度的困難。教師應加強實驗教學，引導學生多視角、多方向地思考，增加宏觀表征的體驗，并用化學用語表示，同時培養學生多從微觀角度分析事物、現象產生的原因，強化在不同表征間進行轉化的意識和能力，這是一項需教師與學生共同堅持訓練的任務。

4.學知識復習，悟結構思邏輯

復習課教學應是把一切零碎的、分散的、相對獨立的知識、概念或觀點按一定邏輯關系有序結合成的整體，并推動學生建構起深度的結構化思維，從而提高學生解決新問題的能力。“結構化”是實現知識向素養轉化的有效途徑，“結構化”水平直接決定著素養發展水平[5]。關聯性、邏輯性、思維性是結構的本質屬性，其內隱著認知方式和思維方式，也就是在結構化知識的過程中建構結構化思維，促進學生深刻理解知識本質、結構關系與邏輯順序，推動思維深度發展。如：有關酸的知識復習，教師提出如下問題讓學生解答，畫出思維導圖，形成結構化知識，并說明知識之間的內在邏輯關系。

①寫出鹽酸、硫酸的離子方程式，說說共同點和不同點。

②寫出鹽酸、硫酸共同的化學性質和不同的化學性質，為什么？

③怎么應用這些化學性質？舉例說明。

④以上三點內容怎樣用圖示表示。

課堂上教師展示部分同學作品（如圖10），并說出自已的思路邏輯和結構。展示、交流過程精彩紛呈，學生的思維活躍，智慧之光時時閃現。教師一一點評，同時指出不足之處，師生再共同完善，這有助于單元內知識結構化的形成。不同單元間知識結構化，可以通過不同單元不同種類物質之間的反應或轉化關系來建構，加深理解多類物質的知識結構。例如中考總復習第六單元碳和碳的氧化物時，教師請學生思考：含碳元素物質與前面學習的氧氣和水有什么關聯？與后面學習的金屬、酸堿鹽又有什么關聯？如何用圖示表示？小組合作學習后，學生建構的知識網絡如圖11。學生通過“學悟思”建構初中化學可視化思維模型，以二氧化碳為核心，領悟初中化學的知識結構，思考它們之間的思維邏輯，建起初中物質的整片“森林”，勢必會對“每顆樹木”如二氧化碳、鐵等的學習給予深刻的影響，當然，學生建構的“森林”未必周全，也無法完善，但都會給學生打開視野、打開思維，給予學生學習更廣闊的空間。

我們的教育不是注滿一桶水，而是點燃一把火。“授人以魚不如授人以漁”，教學是傳授學生學習方法，通過“學悟思”建構可視化思維模型，培養學生的建“模”思維。教是為了不教，建“模”是為了化無形為有形，用“模”是化有形為無形，直至學生思維能力無形勝似有形。

參考文獻

[1]陳進前.“模型認知”是重要思維方式[J].北學教學，2020（5）：9-15

[2]楊玉琴，倪娟.證據推理與模型認知：內涵解析及實踐策略[J].北學教育（中英文），2019（23）：23-29

[3]吳俊明.關注化學思維研究化學思維[J].化學教學，2020（3）：3-10

[4]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出社， 2018

[5]熊光祥.構建知識“結構化”的中學化學思維課堂[J].中學化學教學參考，2019（5）：74-76

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*本文系2019年度福建省中青年教師教育科研項目（基礎教育研究專項）“基于自主建構初中化學可視化思維模型的教學策略研究”（課題編號：JZ190213，福建教育學院助資）階段性研究成果之一。