基于思維導圖促進高中生“證據推理與模型認知”素養的研究

管臻英

摘 要：化學是高中階段的基礎課程之一，主要研究物質的組成、性質、結構以及變化規律。新課改將證據推理與模型認知素養列為化學核心素養之一，要求培養學生的縝密的邏輯推理能力和嚴謹的科學態度，幫助學生建立化學認知模型，這對高中化學教學提出了新的要求。本文首先闡述了思維導圖構成，證據推理與模型認知素養的內涵，并以實際教學案例進行分析。

關鍵詞：思維導圖;高中化學;證據推理與模型認知

引言：根據《普通高中化學課程標準（2017年版）》的要求，將證據推理與模型認知列為化學核心素養之一。化學是一門以實驗為基礎的學科，通過化學實驗展現物質發展規律，激發學生的好奇心和求知欲，通過實驗培養學生的科學思維，從而提高學生的化學核心素養，為學生的終身發展奠定基礎。由于高中化學知識點涉及內容比較廣，并與現代生活緊密聯系在一起，需要學生具備一定的邏輯推理能力。通過培養學生的證據推理與模型認知素養，有助于加強學生對化學知識的理解，提升學生的邏輯推理能力。將思維導圖應用在高中化學證據推理與模型認知素養的培養環節，可以充分利用思維導圖的直觀性、便捷性，加深學生對學習知識的認識和理解。

1.思維導圖與證據推理與模型認知素養概述

1.1思維導圖

思維導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，最開始應用在特殊教育領域。上個世紀八十年代傳入到我國，主要幫助學生克服學習障礙。它用一個中央關鍵詞或者想法，利用線條、顏色、圖形以及關鍵詞，將各個中心詞之間的關系表現出來，結合人類認知的特點和學習規律，模仿人腦學習方式，縮短文字數量，便于人的理解和記憶。思維導圖主要由中心主題、關鍵詞、線條、顏色、圖片五部分構成。中心主題屬于整個思維導圖的中心地位，并在中心主題基礎上延伸二級主題、三級主題等;關鍵詞主要用來表示中心主題的分支，突出思維導圖的層次性;線條是從思維導圖的中心主題向下一級關鍵詞的延伸，有助于各級關鍵詞的梳理，線條粗細根據思維導圖的內容進行選擇;色彩主要用來區分思維導圖不同分支，也可以吸引學生的注意力;圖片可以給學生直觀的認識，帶來感官上的刺激[1]。

1.2證據推理與模型認知

化學核心素養是學生在學習化學過程中逐漸發展并解決化學問題過程中表現出來的關鍵素養，一定程度上反映了學生從化學角度認識客觀事物的方法和水平。根據《普通高中化學課程標準（2017年版）》的要求，化學核心素養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五個方面。證據推理與模型認知是要求學生具備初步收集各種證據，對物質的性質與化學現象進行分析推理，并根據已有的證據和結論明確兩者之間的邏輯關系，能夠靈活運用各種模型描述化學現象，并預測物質與變化的結果，根據物質變化的信息建立模型。證據推理與模型認知化學素養是要求學生根據證據對問題進行假設、推理、驗證以及建立模型的過程。化學模型是根據化學知識構建，用來幫助學生理解化學抽象知識，揭示化學客觀科學規律。

2.基于思維導圖促進高中生“證據推理與模型認知”素養策略

2.1基于證據推理與模型認知素養教學思路

根據高中化學“證據推理與模型認知”素養的要求，利用思維導圖教學的時候，首先要培養學生的問題意識，根據所學知識提出疑問，然后帶著疑問去分析問題、收集相關證據，最后提出假設，最后進行推理論證。化學模型的建立需要學生根據所學的化學物質的性質和特點，構建化學模型，并用模型解決實際問題[2]。

2.2基于思維導圖培養學生“證據推理與模型認知”素養方案

本文以高中化學必修課程《物質的量在化學方程式計算中的應用》這一課時為例，將思維導圖應用在培養學生“證據推理與模型認知”素養的教學設計。這節課的重點是讓學生掌握物質的量在化學反應方程式計算中的變換與應用，數學化學計算的常用方法。物質的量化學計算是高中化學計算的核心內容，通過第一節課程學生已經學習了物質的量的含義，物質的量與摩爾質量的關系，氣體摩爾體積與物質的量濃度換算關系，并進行化學方程式的計算。但是學生在計算的時候，常用質量解答問題，化學計算題物質成分復雜，質量解題方式增加了學生的計算難度。

2.3教學過程設計

【課堂導入】通過前面章節的學習，我們已經知道構成物質的粒子數和物質質量之間的關系，那么這節課我們將學習如何將物質的量應用在化學方程式的計算。

上課前，教師將化學方程式2Na+2H2O=2NaOH+H2陳述在黑板，讓學生根據學過的知識，標出各個物質之間化學計量數、粒子數和物質的量之比。分析教師列出的化學方程式，根據相關的物理量找出這些物理量之間的關系。

2Na+2H2O=2NaOH+H2

化學計量數之比 2 2 2 1

粒子數之比 2 2 2 1

物質的量之比 2mol 2mol 2mol 1mol

根據上述內容，可以得出化學方程式中各物質的化學計量數之比等于各物質的物質的量之比。通過物質的量（n）、摩爾質量（M）、物質的量濃度（c）和氣體摩爾體積（Vm）幾個物質量之間的關系，并建立以下數學模型：

通過物質的量網絡模型，可以讓學生直觀了解到物質的量之間的聯系，并將其應用在具體的計算中，提高學生的化學綜合應用能力[3]。

【練習】將6.5g鋅放入到足量的鹽酸中，如果鋅與鹽酸發生完全反應，請計算出6.5g鋅的物質的量，參與反應的鹽酸的物質的量以及產生氫氣的體積（標準狀況下）

【解題提示】根據題目的內容，學生必須列出鋅與鹽酸的化學方程式，然后根據已知的物理量換算成物質的量。

鋅與鹽酸的反應：Zn+2HCl=ZnCl2+H2

化學計量數之比：1 2 1? ? 1

物質的量之比： 1mol 2mol 1mol 1mol

根據題目的要求，要計算6.5g鋅的物質的量，則n=m/M，將數據帶入公式得出：6.5g/65（g/mol）=0.1mol;鋅與鹽酸發生化學反應的物質的量不能按照上述公式進行計算，根據化學方程式，可以得出參與反應鹽酸的物質的量是鋅的物質的量的2倍，鋅的物質的量是0.1mol，那么參與反應鹽酸的物質的量就是0.2mol;氫氣的體積計算公式n=V/Vm，其中Vm=22.4L/mol，鋅的物質的量和氫氣的物質的量之比為1：1，可以得出氫氣的物質的量是0.1mol，那么可以得出氫氣的體積V=0.1mol×22.4L/mol=2.24L

【思考】根據上述題目，以物質的量為中心的化學計算題有什么規律？

【教師總結】根據化學方程式可以建立以下數學模型

結束語：綜上所述，將思維導圖應用在高中化學教學環節，可以充分利用思維導圖的直觀性，展現化學物質的特點與變化，讓學生收集相關證據，對物質的量以及變化提出假設，在假設基礎上進一步推理，建立知識模型解決化學難題。

參考文獻

[1]蔣偉玲.基于思維導圖促進高中生“證據推理與模型認知”素養的研究[D].湖南：湖南師范大學，2019.

[2]陳艷，李發順.”速率-平衡”圖像問題解決模型構建的教學思考[J].化學教與學，2019，（12）：11-15.

[3]成際寶，高翔.利用思維導圖提升學生化學核心素養的探索——以”金屬鈉的性質與應用”為例[J].化學教學，2017，（5）：41-45.