運用建模法、思維導圖法提升高中化學核心素養的有效策略

張德林

摘要：高中化學的教學目標是培養學生的核心素養，化學核心素養一般認為包括宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據推理與模型認知、實驗探究與創新意識、科學精神與社會責任等。而思維導圖教學和建模教學是一種有效的、能夠促進知識練習、加強知識網絡構建的可視化教學工具，能夠很大程度上幫助學生發展一種清晰的整體性知識框架，還能幫助學生表征化學知識，增加大腦運作效率、提高思維能力，最終提升核心素養。因此，將思維導圖和建模法運用到高中化學的教學中，能夠有效提升學生的核心素養。

關鍵詞：高中化學、建模法、思維導圖、核心素養

新課標中明確指出：要培養學生的學科核心素養。高中化學學科核心素養是學生發展核心素養的重要組成部分，是高中生綜合素質的具體體現，反映了社會主義核心價值觀下化學學科育人的基本要求，全面展現了學生通過化學課程學習形成的關鍵能力。因此，促進學生化學學科核心素養的形成和發展對于科學文化的傳承和高素質人才的培養具有不可替代的作用。下面筆者從運用建模法、思維導圖法兩個方面分析如何提升高中化學的核心素養。

一、運用建模法提升高中化學核心素養

化學是以原子、分子為基準研究物質的組成、結構、性質及其應用的一門基礎自然科學。高中化學作為科學教育的重要組成部分，其最終目標是為了培養學生的科學素養，提高學生分析和解決問題的能力。建模法在科學研究中始終發揮著重要的作用，但是在高中化學教學中極少被應用，不僅造成學生缺乏建構模型的意識，也導致教師對模型的認識也只是停留在表面，沒有認識到建模法教學對于培養學生核心素養的重要意義。下面筆者將從建模法的構建過程和建模法的教學實踐兩個方面向大家介紹在高中化學的教學中如何運用建模法提升學生的核心素養。

1、建模法的構建過程

建模法的構建分為：感受模型、領悟模型、應用模型、評價模型四個階段。首先，感受模型，建模法構建過程第一步是感受模型，在化學教學中應注重發掘學生的模型思想。模型在解決問題中具有直觀形象的特點，有助于學生更好地理解化學問題。例如在《化學反應原理》中的第二章關于水溶液的離子平衡內容，教師通過建構模型展示溶液PH值的變化規律，使抽象的問題具體化，能夠加深學生的記憶，從而提高課堂的有效性。第二步，領悟模型。學生在培養起建模意識后，應學會理解和領悟模型。在領悟模型的過程中，教師更多的是充當一個引導者的角色，鼓勵學生有創造性的想法。例如在原子結構的講解中，教師可以采用類比的方法，通過數據反映的特征建立原子結構模型。學生可以發揮想象，在領悟中掌握原子的性質和活動規律。第三步，應用模型。教師在化學課堂教學中，可以引導學生設計和制作實物模型，在學習中嘗試利用模型進行實踐活動。應用模型階段是學生把抽象化的理論知識轉化為具體實物的階段，學生在這一階段可以體會到事物的本質規律。比如2017年全國卷1中有一道題目：將NaOH溶液滴加到己二酸（H2X）中，混合溶液的pH與離子濃度的關系（根據給出的曲線圖）判斷哪種說法是錯誤的。混合溶液的問題，在高中化學中是十分常見的一類問題，我們在解決這類問題時就可以建構等效化學式模型進行解題，即重點找到溶液中固定不變的元素含量，并且找到其他元素含量之間的系數關系，建模法是解決該類問題的有效方式之一，可以避免冗長的計算步驟。第四步，評價模型。建構模型的最后一個環節是進行評價和反思。在進行化學建模教學設計中，教師需要不斷考量建模過程中的策略是否正確，已完成的建構模型是否科學合理。對模型進行評價能夠使教師做到具體問題具體分析，根據學生的認知策略進行教學調整，從而提高學生的認知水平。例如化學元素周期表是學生學習化學的基礎，教師可以要求學生自己動手制作并進行課堂展示。隨后要求學生進行互評，在評價中加深對化學元素周期的掌握。

2、建模法教學實踐

建模法教學實踐有三種方法，概括歸納、聯想遷移、接受模仿。其中概括歸納是人們在化學研究中廣泛應用的思維方法，化學中的很多定律和公式都是通過概括歸納得出的。在高中化學教學中，利用概括歸納的方法可以讓學生通過體驗建模的全過程對模型的建構和運用有一個整體的認識，遇到類型化的問題快速作答。第二種方法，聯想遷移，是學生在具有建模意識并掌握了一些思維模型后，通過聯想大腦中已有的模型，運用分析、綜合、比較、論證的方法進行遷移變換，最終創造掌握新的模型。運用聯想遷移進行建模對學生的綜合能力要求比較高，需要教師在日常教學中層層滲透，在新知識與原有知識之間建立起可遷移條件。最后一種方法，接受模仿，是化學中最普遍使用的一種方法，由教師給出特定的解題思維模型幫助學生解決較難的問題。

二、運用思維導圖法提升高中化學核心素養

思維導圖是基于放射思考，運用關鍵詞、圖像、線條等方式將知識和思維過程生動、形象地展現出來的一種筆記方法。高中化學存在知識點零散、分布廣泛的特點，將思維導圖運用于預習、課堂、復習三個階段，有助于學生將相關知識點整合起來，加強內在聯系，形成體系，從而融會貫通，提高學科核心素養。思維導圖法在高中化學中的應用分為以下四個步驟。

1、構建思維導圖，理清思路

高中化學中，知識點比較多，這就給學生的記憶和學習造成了一定的困難。雖然化學是一門實驗科學，但是其內在的知識點卻有很多需要理解記憶的地方。為了更好地理清思路，高中化學教師可以引導學生構建思維導圖，用手或者電腦畫出相關知識點之間轉換的關系。思維導圖是一種新穎的筆記方式，該方式是以學生思維“腦圖”為基礎，構圖為載體的科學學習方法。比如，在講授“化學物質及其變化”這一章節時，教學結束后，教師可以讓學生準備好紙筆，引導學生思考：從組成的角度對物質進行分來，可以分為幾類？學生通過回憶或者翻看課本，很容易在紙上寫出來：純凈物、混合物。然后教師再引導：純凈物又分為哪些大類呢？學生也會很自然在純凈物的結構下寫上：單質、化合物。按照這種樹狀結構導圖的方式，學生會對學到的比較零散的知識點進行梳理、分類，同時在腦海中形成體系化、系統化的化學知識體系。

因此思維導圖的構建應遵循以下幾個步驟（我們以有機物一章小結為例）：其一，抓住構圖的中心，有機物章節的中心點可以選擇碳元素。其二，構建分支，思維導圖構建的分支與中心點有著密切關聯，有機物章節可以講有機物分類作為分支結構，并將中心點與各個分支有機的鏈接起來。其三，發揮聯想補充"枝葉"，在確立好主體及分支結構后，教師應該引導學生發揮思維活躍性，積極聯想盡可能的完善思維導圖的知識結構。其四，發揮想象改進思維導圖，這個步驟從實質上講屬于"潤色階段"，學生可以發揮想象為導圖上色、造型等以此增強導圖的可視性。

2、分析思維導圖，建立聯系

思維導圖有利于促進學生的思維發散和拓展，在學習高中化學的過程中，由于化學知識點繁多、既零碎又分散，同時各知識點之間又是縱橫交錯、相互聯系的。基于此，高中化學思維導圖就可以對高中化學知識以點帶線、以線代面、以面帶網形成立體的高中化學學科知識脈絡體系，從而促進學生對學科知識的記憶，提高學習效率。在做思維導圖的過程中，學生的思維處于有序發散狀態，其思維核心集中于計算此知識點上，同時由于知識點猶如樹枝般與核心相連接從而形成一個較為完善的知識網絡。不難想見，通過相互聯系的構圖形式，學生能夠有效矯正自身認知層面上的不足，將點滴的知識串聯起來，建立知識之間的相互聯系，完善知識架構，促進思維發散和拓展。

3、運用思維導圖，細化脈絡

在高中化學學習過程中，靈活運用思維導圖，可以深化化學知識主題。在高中化學教學中，教師時常都會遇到這樣的窘境，即盡管在課堂傾盡所有開展教學活動，但是到頭來卻換來學生對知識點悉數放入腦中，卻是一片混沌不能靈活地運用到解題中。造成這種問題的根本原因在于，在教學結束時，學生沒有構建好良好的知識系統，知識點在腦海中沒有明確的框架，更不要說靈活運用了。教師在高中化學教學中可以引導學生繪制課堂小結思維導圖，鍛煉學生運用思維導圖搭建知識脈絡的能力，學生通過繪制課堂小結思維導圖，能夠細化脈絡，以點代面，從而在明確主題的前提下構建科學完善的知識體系，提升學科核心素養。

比如，下面一個教師總結的氧化還原反應思維導圖：

圖中從氧化還原反應的概念到基本規律都概括的很全面，而且一目了然，學生根據這個思維導圖就可以在腦中補全氧化還原反應的整個脈絡，在做題的時候自然就能夠信手拈來。2018年高考化學全國卷1中就有一道題目（節選）：Na2S2O5可用作食品的抗氧化劑，測定某葡萄酒中 Na2S2O5 的殘留量時，取50ml葡萄酒樣品，用0.01000mol?L-1的碘標準液滴定至終點，消耗10ml，滴定反應的離子方程式是什么？根據上面的思維導圖學生可以很容易得出結論，碘滴定Na2S2O5發生氧化還原反應，進而得出公式：Na2S2O5+2I2+3H2O=2NaI+Na2SO4+2HI。

4、復習思維導圖，延伸拓展

由觀察和分析可以發現，思維導圖具有動態性、可延伸性與系統性等特點，它由中心點出發，向四周發散，不斷延伸。在前面的步驟中，我們引導學生構建了一個知識的大概輪廓，現在就需要在粗略的知識框架上不斷地豐盈、完善，讓學生通過復習思維導圖能夠在此基礎上對相關或者類似知識點進行延伸拓展。例如，在“化學方程式”的復習中，之前學生已經運用思維導圖構建出知識的大體框架，以“化學方程式”為中心，將知識劃分為三大部分，分別是質量守恒定律、化學方程式的意義和書寫、化學方程式的應用于計算，這三個部分就像是知識樹的樹干，學生通過“樹干”對相關的知識進行延伸總結，將思維導圖的各分支點擴散，建立各個分支之間的練習，并將分支延伸繼續細化，對教師講過的知識點進行回顧、分析，優化記憶，提升學生思維的靈活性、系統性。

總之，培養具有自主思考、分析問題、解決問題能力的人才，是提升學生核心素養的根本目的。任何一門學科知識都設計到很多方面，并應用廣泛，高中化學學科也是如此，它具有復雜性、系統性與綜合性的特點。在高中化學教學中利用建模法和思維導圖法能夠幫助學生理清知識脈絡，從而構建完善的知識結構，提升學科核心素養。因此，在日常教學中，化學教師都應該積極地鼓勵學生練習這兩種方法，從而掃清知識盲點，最終加強知識內化效果，并且培養良好的知識總結歸納能力及發散思維，這對學生今后的學習生活都是大有裨益的。

參考文獻：

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