运用建模法、思维导图法提升高中化学核心素养的有效策略

张德林

摘要：高中化学的教学目标是培养学生的核心素养，化学核心素养一般认为包括宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知、实验探究与创新意识、科学精神与社会责任等。而思维导图教学和建模教学是一种有效的、能够促进知识练习、加强知识网络构建的可视化教学工具，能够很大程度上帮助学生发展一种清晰的整体性知识框架，还能帮助学生表征化学知识，增加大脑运作效率、提高思维能力，最终提升核心素养。因此，将思维导图和建模法运用到高中化学的教学中，能够有效提升学生的核心素养。

关键词：高中化学、建模法、思维导图、核心素养

新课标中明确指出：要培养学生的学科核心素养。高中化学学科核心素养是学生发展核心素养的重要组成部分，是高中生综合素质的具体体现，反映了社会主义核心价值观下化学学科育人的基本要求，全面展现了学生通过化学课程学习形成的关键能力。因此，促进学生化学学科核心素养的形成和发展对于科学文化的传承和高素质人才的培养具有不可替代的作用。下面笔者从运用建模法、思维导图法两个方面分析如何提升高中化学的核心素养。

一、运用建模法提升高中化学核心素养

化学是以原子、分子为基准研究物质的组成、结构、性质及其应用的一门基础自然科学。高中化学作为科学教育的重要组成部分，其最终目标是为了培养学生的科学素养，提高学生分析和解决问题的能力。建模法在科学研究中始终发挥着重要的作用，但是在高中化学教学中极少被应用，不仅造成学生缺乏建构模型的意识，也导致教师对模型的认识也只是停留在表面，没有认识到建模法教学对于培养学生核心素养的重要意义。下面笔者将从建模法的构建过程和建模法的教学实践两个方面向大家介绍在高中化学的教学中如何运用建模法提升学生的核心素养。

1、建模法的构建过程

建模法的构建分为：感受模型、领悟模型、应用模型、评价模型四个阶段。首先，感受模型，建模法构建过程第一步是感受模型，在化学教学中应注重发掘学生的模型思想。模型在解决问题中具有直观形象的特点，有助于学生更好地理解化学问题。例如在《化学反应原理》中的第二章关于水溶液的离子平衡内容，教师通过建构模型展示溶液PH值的变化规律，使抽象的问题具体化，能够加深学生的记忆，从而提高课堂的有效性。第二步，领悟模型。学生在培养起建模意识后，应学会理解和领悟模型。在领悟模型的过程中，教师更多的是充当一个引导者的角色，鼓励学生有创造性的想法。例如在原子结构的讲解中，教师可以采用类比的方法，通过数据反映的特征建立原子结构模型。学生可以发挥想象，在领悟中掌握原子的性质和活动规律。第三步，应用模型。教师在化学课堂教学中，可以引导学生设计和制作实物模型，在学习中尝试利用模型进行实践活动。应用模型阶段是学生把抽象化的理论知识转化为具体实物的阶段，学生在这一阶段可以体会到事物的本质规律。比如2017年全国卷1中有一道题目：将NaOH溶液滴加到己二酸（H2X）中，混合溶液的pH与离子浓度的关系（根据给出的曲线图）判断哪种说法是错误的。混合溶液的问题，在高中化学中是十分常见的一类问题，我们在解决这类问题时就可以建构等效化学式模型进行解题，即重点找到溶液中固定不变的元素含量，并且找到其他元素含量之间的系数关系，建模法是解决该类问题的有效方式之一，可以避免冗长的计算步骤。第四步，评价模型。建构模型的最后一个环节是进行评价和反思。在进行化学建模教学设计中，教师需要不断考量建模过程中的策略是否正确，已完成的建构模型是否科學合理。对模型进行评价能够使教师做到具体问题具体分析，根据学生的认知策略进行教学调整，从而提高学生的认知水平。例如化学元素周期表是学生学习化学的基础，教师可以要求学生自己动手制作并进行课堂展示。随后要求学生进行互评，在评价中加深对化学元素周期的掌握。

2、建模法教学实践

建模法教学实践有三种方法，概括归纳、联想迁移、接受模仿。其中概括归纳是人们在化学研究中广泛应用的思维方法，化学中的很多定律和公式都是通过概括归纳得出的。在高中化学教学中，利用概括归纳的方法可以让学生通过体验建模的全过程对模型的建构和运用有一个整体的认识，遇到类型化的问题快速作答。第二种方法，联想迁移，是学生在具有建模意识并掌握了一些思维模型后，通过联想大脑中已有的模型，运用分析、综合、比较、论证的方法进行迁移变换，最终创造掌握新的模型。运用联想迁移进行建模对学生的综合能力要求比较高，需要教师在日常教学中层层渗透，在新知识与原有知识之间建立起可迁移条件。最后一种方法，接受模仿，是化学中最普遍使用的一种方法，由教师给出特定的解题思维模型帮助学生解决较难的问题。

二、运用思维导图法提升高中化学核心素养

思维导图是基于放射思考，运用关键词、图像、线条等方式将知识和思维过程生动、形象地展现出来的一种笔记方法。高中化学存在知识点零散、分布广泛的特点，将思维导图运用于预习、课堂、复习三个阶段，有助于学生将相关知识点整合起来，加强内在联系，形成体系，从而融会贯通，提高学科核心素养。思维导图法在高中化学中的应用分为以下四个步骤。

1、构建思维导图，理清思路

高中化学中，知识点比较多，这就给学生的记忆和学习造成了一定的困难。虽然化学是一门实验科学，但是其内在的知识点却有很多需要理解记忆的地方。为了更好地理清思路，高中化学教师可以引导学生构建思维导图，用手或者电脑画出相关知识点之间转换的关系。思维导图是一种新颖的笔记方式，该方式是以学生思维“脑图”为基础，构图为载体的科学学习方法。比如，在讲授“化学物质及其变化”这一章节时，教学结束后，教师可以让学生准备好纸笔，引导学生思考：从组成的角度对物质进行分来，可以分为几类？学生通过回忆或者翻看课本，很容易在纸上写出来：纯净物、混合物。然后教师再引导：纯净物又分为哪些大类呢？学生也会很自然在纯净物的结构下写上：单质、化合物。按照这种树状结构导图的方式，学生会对学到的比较零散的知识点进行梳理、分类，同时在脑海中形成体系化、系统化的化学知识体系。

因此思维导图的构建应遵循以下几个步骤（我们以有机物一章小结为例）：其一，抓住构图的中心，有机物章节的中心点可以选择碳元素。其二，构建分支，思维导图构建的分支与中心点有着密切关联，有机物章节可以讲有机物分类作为分支结构，并将中心点与各个分支有机的链接起来。其三，发挥联想补充"枝叶"，在确立好主体及分支结构后，教师应该引导学生发挥思维活跃性，积极联想尽可能的完善思维导图的知识结构。其四，发挥想象改进思维导图，这个步骤从实质上讲属于"润色阶段"，学生可以发挥想象为导图上色、造型等以此增强导图的可视性。

2、分析思维导图，建立联系

思维导图有利于促进学生的思维发散和拓展，在学习高中化学的过程中，由于化学知识点繁多、既零碎又分散，同时各知识点之间又是纵横交错、相互联系的。基于此，高中化学思维导图就可以对高中化学知识以点带线、以线代面、以面带网形成立体的高中化学学科知识脉络体系，从而促进学生对学科知识的记忆，提高学习效率。在做思维导图的过程中，学生的思维处于有序发散状态，其思维核心集中于计算此知识点上，同时由于知识点犹如树枝般与核心相连接从而形成一个较为完善的知识网络。不难想见，通过相互联系的构图形式，学生能够有效矫正自身认知层面上的不足，将点滴的知识串联起来，建立知识之间的相互联系，完善知识架构，促进思维发散和拓展。

3、运用思维导图，细化脉络

在高中化学学习过程中，灵活运用思维导图，可以深化化学知识主题。在高中化学教学中，教师时常都会遇到这样的窘境，即尽管在课堂倾尽所有开展教学活动，但是到头来却换来学生对知识点悉数放入脑中，却是一片混沌不能灵活地运用到解题中。造成这种问题的根本原因在于，在教学结束时，学生没有构建好良好的知识系统，知识点在脑海中没有明确的框架，更不要说灵活运用了。教师在高中化学教学中可以引导学生绘制课堂小结思维导图，锻炼学生运用思维导图搭建知识脉络的能力，学生通过绘制课堂小结思维导图，能够细化脉络，以点代面，从而在明确主题的前提下构建科学完善的知识体系，提升学科核心素养。

比如，下面一个教师总结的氧化还原反应思维导图：

图中从氧化还原反应的概念到基本规律都概括的很全面，而且一目了然，学生根据这个思维导图就可以在脑中补全氧化还原反应的整个脉络，在做题的时候自然就能够信手拈来。2018年高考化学全国卷1中就有一道题目（节选）：Na2S2O5可用作食品的抗氧化剂，测定某葡萄酒中 Na2S2O5 的残留量时，取50ml葡萄酒样品，用0.01000mol?L-1的碘标准液滴定至终点，消耗10ml，滴定反应的离子方程式是什么？根据上面的思维导图学生可以很容易得出结论，碘滴定Na2S2O5发生氧化还原反应，进而得出公式：Na2S2O5+2I2+3H2O=2NaI+Na2SO4+2HI。

4、复习思维导图，延伸拓展

由观察和分析可以发现，思维导图具有动态性、可延伸性与系统性等特点，它由中心点出发，向四周发散，不断延伸。在前面的步骤中，我们引导学生构建了一个知识的大概轮廓，现在就需要在粗略的知识框架上不断地丰盈、完善，让学生通过复习思维导图能够在此基础上对相关或者类似知识点进行延伸拓展。例如，在“化学方程式”的复习中，之前学生已经运用思维导图构建出知识的大体框架，以“化学方程式”为中心，将知识划分为三大部分，分别是质量守恒定律、化学方程式的意义和书写、化学方程式的应用于计算，这三个部分就像是知识树的树干，学生通过“树干”对相关的知识进行延伸总结，将思维导图的各分支點扩散，建立各个分支之间的练习，并将分支延伸继续细化，对教师讲过的知识点进行回顾、分析，优化记忆，提升学生思维的灵活性、系统性。

总之，培养具有自主思考、分析问题、解决问题能力的人才，是提升学生核心素养的根本目的。任何一门学科知识都设计到很多方面，并应用广泛，高中化学学科也是如此，它具有复杂性、系统性与综合性的特点。在高中化学教学中利用建模法和思维导图法能够帮助学生理清知识脉络，从而构建完善的知识结构，提升学科核心素养。因此，在日常教学中，化学教师都应该积极地鼓励学生练习这两种方法，从而扫清知识盲点，最终加强知识内化效果，并且培养良好的知识总结归纳能力及发散思维，这对学生今后的学习生活都是大有裨益的。

参考文献：

[1]卢胜彬.高中化学建模教学的研究.《广西师范大学》，2015

[2]梁建伟.让“建模法”为高中化学教学增添动力.《考试周刊》，2013（70）：145-145

[3]刘静静.高中化学教学中思维导图及其应用.《理论考试研究-高中》，2015（10）

[4]缪俊明.利用思维导图提高高中化学课堂教学的有效性.《理科考试研究-高中》，2015（04）