“学悟思”建构初中化学可视化思维模型的教学

刘秋芳 张贤金 吴新建

摘要：为落实化学学科核心素养，提高学生的思维模型建构能力，阐述“学悟思”建构初中化学可视化思维模型的内涵、特点与教学策略。让学生在化学史实、化学实验、化学用语、复习课学习中自主建构初中化学可视化思维模型，感悟知识形成过程、学科思想方法、知识意义与结构，思考学科价值、模型建构、三重表征、结构逻辑。通过可视化教学外显思路，提高学生学习兴趣与课堂效率。

关键词：思维模型;学悟思;思维可视化

文章编号：1008-0546（2021）04-0006-05 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.04.002

教育的本质，从某种意义上讲，就是改变人的思维。《普通高中化学课程标准（2017年版）》提出的“模型认知”是重要的思维方式，化学学科中的模型分为物质模型和思维模型[1]，化学思维模型是指人们从化学视角认识事物或解决问题的过程中建构的思维模式;教学过程中有策略地将思维方法、思维路径和思维规律以视觉形式呈现出来，形成可视化思维模型，可将抽象、内隐的思维直观化、形象化，使学生的学习“有迹可循”，从而提高学习兴趣和效率。但思维模型的建构不是教师教出来的，而是学生悟出来的，笔者多年践行初中化学课堂“学悟思”教学，让学生自主建构可视化思维模型，取得了一定成效。

一、“学悟思”建构初中化学可视化思维模型的内涵

“学悟思”的课堂教学就是教师引领学生学中悟，悟中思。“悟”是感悟、领悟;“思”是思考、思维。教师根据所学知识与学生的实际创设情境与活动让学生去感觉、领悟。学生感受到多少，领悟到多少，那他们的思考就到哪一个程度，思维能力就到哪一个程度;在此基础上教师适时地点拨与引导，促使学生的思维品质得以发展与提高。“学悟思”建构初中化学可视化思维模型的教学，体现学生学习的自主性，学生自主建构思维模型是学生输人化学知识与方法的过程，利用可视化使思维外显，有利于了解学生思维过程的深入程度，结构化程度。具体教学流程如图1。

课堂教学中教师要关注学生的生活世界及学生已有的经验系统，着重学生成长的内在动机的唤醒，使学习活动是自觉自愿的，自主学习是学生发展思维的根本。只有学生自主悟，自主思，建构的思维模型使用才能得心应手，教师只是教学中的引导者，设计者及辅助者。

二、“学悟思”建构初中化学可视化思维模型的特点

1.可视化思维模型的发展性

从原子结构模型的演变历程来看，化学知识的发展经历是一个不断建立模型、应用模型、修正模型的过程[2]。学生自主建构的可视化思维模型也是如此，随着学生化学知识的积累，能力逐步提高，建构的模型也会逐步修正并完善，才能满足学生解决越来越复杂的问题需要。因此，可视化思维模型具有发展性，可循环递进，按学生不同学习阶段进行修正并完善如图2。

2.可视化思维模型的可测量性

通过学生自主建构可视化思维模型，可测量学生思维发展的程度。一是关注学生的展示汇报，语言表达的准确性、逻辑性是学生思维的表现形式之一;二是观察学生实验探究能力，实验探究是将理论知识转化为实验操作行为的思维过程;三是观察学生自主构建的可视化思维模型的完整程度，如图表、知识网络图等;四是设置典型试题进行测试，检测学生建构的可视化思维模型解决实际问题的情况。评判原则：能解决简单问题的思维模型为合格;能解决较为复杂问题的思维模型为良好;能解决复杂真实问题的思维模型为优秀。

3.可视化思维模型类型的多样性

“学悟思”建构初中化学可视化思维模型的类型多样化，如按题型分：实验探究题解题思维模型、推断题解题思维模型、除杂题解题思维模型、鉴别题解题思维模型等。按课的类型分：概念学习思维模型、一种物质学习思维模型、一类物质学习思维模型、化学计算学习思维模型等。通过多种多样的可视化思维模型建构，提高学生的思维能力、学习能力。

三、“学悟思”建构初中化学可视化思维模型的策略

1.学化学史实，悟过程思价值

学科价值是在学科与人类的相互作用中实现，是追求真善美的统一体。化学学科价值包含科学理解、科学态度、社会责任等。化学史实是化学研究的历程，蕴藏着丰富的学科核心素养內涵，如：不迷信权威，实验推理与论证，创新理念，批判思维，研究方法等;包含了学科的求真价值、方法价值、精神价值、工具价值。

一个化学知识的科学史是其化学思维的发展史，化学的历史发展印证了化学思维是化学学科活动的灵魂，是化学学科核心素养的核心[3]。课堂教学中学生自主学习，主动建构可视化思维模型，可显著提升学生的化学学科思维能力。如在学习人教2011版九年级化学第二单元课题1空气时，教师课前布置学生分组查找资料，了解空气成分发现史，并画出思维导图，思考从中得到什么启示。学生的作品五花八门，但都在学习空气成分发现史中感受到科学工作者的艰苦与不易，科学成果的获得要经过几代人的付出与努力，科学家们锲而不舍、大胆质疑、敢于挑战的精神让人感叹。在教师的引导下，学生将整个过程通过可视化方式表现出来，其中一个小组作品如图3。

在课堂上按“学生分享→同伴补充→小组讨论→教师点拨”的流程学习后，学生把自己小组的作品进行优化并重组，得出学习化学史实的思维模型（如图4）。这个模型的建构对后续化学史实的学习提供了思路与路径。

2.学化学实验，悟方法思模型

化学家傅鹰指出，实验是最高法庭。教材中每一个实验承载的功能不同，教师应充分挖掘教材中实验的隐性思维，通过教师设置问题引导、图表等形式让思维显性化，由学生自主探究，思考悟出思维方法或模式。如控制变量法的教学过程安排如图5。

其中人教版第七单元课题1“燃烧与灭火”中探究燃烧的条件时，教材安排了两个实验：一是红磷、白磷燃烧的演示实验，二是探究燃烧条件的分组实验，这两个实验的教学效果如何，直接影响学生对控制变量法的理解与应用。因此课堂上教师演示完实验后，让学生思考每一个步骤的目的，怎么对比，怎么控制变量，学生详细列表如表1。

第二课时教师再安排第七单元实验活动3，学生进行分组实验，通过实验操作，收集证据，推理结论，感悟实验原理，操作注意事项;形成科学方法，逐步推出控制变量法的思维模型如图6。

3.学化学用语，悟意义思表征

化学是一门从微观层次认识物质，以符号形式描述物质，在不同层面创造物质的学科[4]。化学的“宏微”素养将引领学生化学学科思维的发展，化学用语又是“宏微”素养连接的纽带。化学用语在初中化学教学阶段是重点也是难点，是学生较为薄弱的环节。教师应设置活动分阶段、分批次让学生自主去“悟”，逐步建立“宏微符”三重表征的学科思维方式。如人教版第三单元课题1“分子原子”的课堂教学中，展示部分原子、分子模型，让学生自制硬纸卡片，正面写名称、符号、模型，背面写分子构成（如图7）。每人自制这样的卡片五张，四人一小组，要求组内不重复，同学间交流使用，逐步建立符号表征与微观表征的关系。

启蒙阶段的化学课堂教学中，教师都安排了较多的趣味实验、演示实验、学生实验;学生最感神秘的是化学实验室中的化学药品，当然最头痛也是这么多物质怎么用化学符号表示？如人教版第四单元课题4“化学式与化合价”的课堂教学中，笔者将学生带进实验室观察药品标签（其中有一部分是教师特意设置的，如蒸馏水（H2O）、氧气（O2）、二氧化碳（CO2）等），同样让学生自制硬纸卡片，正面写名称和它的色态味，背面写它的组成（如图8）。每人自制这样的卡片至少五张，四人一小组，要求组内不重复，同学间交流使用，逐步建立符号表征与宏观表征的关系。并思考名称与化学式之间有什么联系？从这些化学式中你还可以知道哪些信息？课后让学生思考这些化学式与课本化合价表有什么关联？你能说说为什么？把两次建立起来的卡片一起使用，学生会惊喜地发现化学符号的多重含义，化学物质的三重表征（如图9），成就感明显提升，学生通过“学悟思”，自主建立的知识更加深刻，对“宏微符”三重表征的理解更加透彻。学生在建构可视化思维模型时，应关注学生已有的知识经验、思考方向与特点，鼓励学生大胆尝试，冲破思维禁锢，并教会学生如何查找资料，扩大自己的知识领域，才能在原生态思维的基础上，建立新的知识结构，形成新的方法体系，转变思维方法，形成“宏微符”化学学科思维方式。

学生在学习化学用语时，通过悟意义思表征，建构可视化思维模型后，对“宏微符”三重表征还会出现多种学习障碍，如：学习第六单元碳和碳的氧化物时，对三种物质碳、一氧化碳、二氧化碳的化学性质差异，没有意识从微观结构去分析;以及同一现象三种不同表征的相互联系与转换都会有不同程度的困难。教师应加强实验教学，引导学生多视角、多方向地思考，增加宏观表征的体验，并用化学用语表示，同时培养学生多从微观角度分析事物、现象产生的原因，强化在不同表征间进行转化的意识和能力，这是一项需教师与学生共同坚持训练的任务。

4.学知识复习，悟结构思逻辑

复习课教学应是把一切零碎的、分散的、相对独立的知识、概念或观点按一定逻辑关系有序结合成的整体，并推动学生建构起深度的结构化思维，从而提高学生解决新问题的能力。“结构化”是实现知识向素养转化的有效途径，“结构化”水平直接决定着素养发展水平[5]。关联性、逻辑性、思维性是结构的本质属性，其内隐着认知方式和思维方式，也就是在结构化知识的过程中建构结构化思维，促进学生深刻理解知识本质、结构关系与逻辑顺序，推动思维深度发展。如：有关酸的知识复习，教师提出如下问题让学生解答，画出思维导图，形成结构化知识，并说明知识之间的内在逻辑关系。

①写出盐酸、硫酸的离子方程式，说说共同點和不同点。

②写出盐酸、硫酸共同的化学性质和不同的化学性质，为什么？

③怎么应用这些化学性质？举例说明。

④以上三点内容怎样用图示表示。

课堂上教师展示部分同学作品（如图10），并说出自已的思路逻辑和结构。展示、交流过程精彩纷呈，学生的思维活跃，智慧之光时时闪现。教师一一点评，同时指出不足之处，师生再共同完善，这有助于单元内知识结构化的形成。不同单元间知识结构化，可以通过不同单元不同种类物质之间的反应或转化关系来建构，加深理解多类物质的知识结构。例如中考总复习第六单元碳和碳的氧化物时，教师请学生思考：含碳元素物质与前面学习的氧气和水有什么关联？与后面学习的金属、酸碱盐又有什么关联？如何用图示表示？小组合作学习后，学生建构的知识网络如图11。学生通过“学悟思”建构初中化学可视化思维模型，以二氧化碳为核心，领悟初中化学的知识结构，思考它们之间的思维逻辑，建起初中物质的整片“森林”，势必会对“每颗树木”如二氧化碳、铁等的学习给予深刻的影响，当然，学生建构的“森林”未必周全，也无法完善，但都会给学生打开视野、打开思维，给予学生学习更广阔的空间。

我们的教育不是注满一桶水，而是点燃一把火。“授人以鱼不如授人以渔”，教学是传授学生学习方法，通过“学悟思”建构可视化思维模型，培养学生的建“模”思维。教是为了不教，建“模”是为了化无形为有形，用“模”是化有形为无形，直至学生思维能力无形胜似有形。

参考文献

[1]陈进前.“模型认知”是重要思维方式[J].北学教学，2020（5）：9-15

[2]杨玉琴，倪娟.证据推理与模型认知：内涵解析及实践策略[J].北学教育（中英文），2019（23）：23-29

[3]吴俊明.关注化学思维研究化学思维[J].化学教学，2020（3）：3-10

[4]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出社， 2018

[5]熊光祥.构建知识“结构化”的中学化学思维课堂[J].中学化学教学参考，2019（5）：74-76

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*本文系2019年度福建省中青年教师教育科研项目（基础教育研究专项）“基于自主建构初中化学可视化思维模型的教学策略研究”（课题编号：JZ190213，福建教育学院助资）阶段性研究成果之一。