思維可視化在初中化學(xué)解題中的應(yīng)用分析

江小燕

(武夷山市第三中學(xué),福建 武夷山 354300)

1 思維可視化的概略

1.1 思維可視化的含義

思維可視化是一種將抽象思維具象化為形象思維的方法,具體操作是利用一系列圖示技術(shù)將腦海中不可視的思維如思考方法和思考步驟等呈現(xiàn)為清晰可見的形式[1].基于此,被可視化的思維將更有利于被學(xué)生理解與記憶,從而加深學(xué)生的知識(shí)印象,有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和解題效率.

1.2 思維可視化的分類

思維可視化應(yīng)用的技術(shù)大致分為兩種.其一是書面形式的圖示技術(shù)如思維導(dǎo)圖、流程圖、概念圖或模型圖等,這種圖示技術(shù)已廣泛應(yīng)用于教師解題或教學(xué)時(shí)的板書,有助于加深學(xué)生的課堂印象,從而提高課堂教學(xué)或解題教學(xué)的效率;其二是利用飛速發(fā)展的信息技術(shù)優(yōu)勢生成圖示的軟件技術(shù),常見的軟件有XMind和幕布等,這種生成圖示的軟件技術(shù)也多用于現(xiàn)代化教育的課堂上,幫助教師厘清教學(xué)思路,從而引導(dǎo)學(xué)生完成主動(dòng)學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí),提高學(xué)習(xí)效率.

1.3 思維可視化的應(yīng)用

1.3.1 思維導(dǎo)圖

以滬教版初三化學(xué)上冊(cè)第二章《整理與歸納》的習(xí)題訓(xùn)練其中一題為例.

例1現(xiàn)有A、B、C、D 4瓶無色無味的氣體,可能是氧氣、空氣、氮?dú)夂投趸?請(qǐng)問怎么用簡單的實(shí)驗(yàn)方法將四瓶氣體區(qū)分開來?

首先,在解題教學(xué)中,此題目的題意簡單以致學(xué)生都可以快速理解題目與大致的解題流程;其次,由于題目涉及4瓶無色無味的氣體,如果只是在腦海中思考整體方案未免顯得缺乏條理性.因此,教師在此時(shí)可以引導(dǎo)學(xué)生列思維導(dǎo)圖,將每一個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟分析而得的結(jié)論填入思維導(dǎo)圖中,從而幫助學(xué)生快速厘清解題思路,完成解題[2].

如圖1思維導(dǎo)圖所示,解題思維與解題步驟大致分為兩個(gè)節(jié)點(diǎn).

圖1 思維導(dǎo)圖

第一個(gè)節(jié)點(diǎn)是小木條的燃燒情況,根據(jù)此可以獲得三個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象.首先是小木條熄滅的情況,由此可以引導(dǎo)學(xué)生推理出該瓶子中裝有不可燃燒的氣體,可能是二氧化碳或是氮?dú)?由此可以引出第二個(gè)節(jié)點(diǎn).其次是小木條燃燒更旺的情況,由此可以引導(dǎo)學(xué)生推斷出該瓶子中裝有氧氣.最后是小木條沒有變化的情況,由此可以引導(dǎo)學(xué)生推理出該瓶子中裝的是空氣.

在判斷完三個(gè)情況后,教師將引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入第二個(gè)節(jié)點(diǎn),用澄清石灰水遇二氧化碳變渾濁的特性分辨二氧化碳和氮?dú)?

據(jù)此,教師便利用可視化的思維導(dǎo)圖,一步步引領(lǐng)學(xué)生解決實(shí)際問題,從而培養(yǎng)學(xué)生思維導(dǎo)圖的意識(shí),提高學(xué)生的思維可視化能力和解題能力,落實(shí)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng).

1.3.2 繪制表格

以滬教版初三化學(xué)上冊(cè)《化學(xué)變化中的定量計(jì)算》中的“觀察與思考”為例.

例2工業(yè)上電解氧化鋁制取金屬鋁的化學(xué)方程式是:

問電解10 t氧化鋁最多可以生產(chǎn)多少噸鋁?

首先,在解題教學(xué)中,此題目已經(jīng)給出了明確的化學(xué)方程式,根據(jù)化學(xué)方程式,教師可以引導(dǎo)學(xué)生繪制相關(guān)的表格(見表1),在表格中列明對(duì)應(yīng)的定量關(guān)系,從而將數(shù)據(jù)通過表格可視化呈現(xiàn).

表1

首先,學(xué)生在繪制表格后,需要根據(jù)相對(duì)原子質(zhì)量表查詢對(duì)應(yīng)物質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量,并聯(lián)系化學(xué)方程式的配比確定解題的定量關(guān)系,如“2Al2O3”的相對(duì)分子質(zhì)量是Al2O3的2倍即“2×102”,從而獲得204的相對(duì)分子質(zhì)量.此后,根據(jù)題目所問的“電解10t氧化鋁最多可以生產(chǎn)多少噸鋁”,學(xué)生可以有序地將已知條件和未知條件填入表格之中,而通過可視化的表格呈現(xiàn),學(xué)生可以以此獲得數(shù)量方程式,從而完成解題.

2 思維可視化的具體作用

2.1 促進(jìn)解題的具象化

首先,剛學(xué)習(xí)化學(xué)的初中生對(duì)化學(xué)知識(shí)的敏感度和關(guān)注度都不足夠,因此需要教師在教學(xué)中采取創(chuàng)新有效的教學(xué)如思維可視化等教學(xué)形式,才能有效培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)思維,提高學(xué)生的化學(xué)探究能力;其次,因?yàn)榛瘜W(xué)題型的靈活多變和綜合應(yīng)用性強(qiáng)且學(xué)生是剛剛接觸化學(xué)學(xué)科,所以此時(shí)的初中生并不完全具備相應(yīng)的抽象思維能力、邏輯推理能力和獨(dú)立思考的能力.因此,思維可視化的適時(shí)引入至解題模式之中,可以幫助學(xué)生完成具象化的解題過程,從而完成從形象思維到抽象思維的過渡,促進(jìn)學(xué)生對(duì)化學(xué)探究方法的掌握和提升,落實(shí)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng).

2.2 促進(jìn)解題的簡單化

因?yàn)榛瘜W(xué)學(xué)科具有極強(qiáng)的抽象性,所以變幻莫測的化學(xué)題對(duì)于初次接觸化學(xué)的學(xué)生來說是極其陌生的.而部分化學(xué)題由于糅雜了多方面的化學(xué)知識(shí),對(duì)初中生來說存在一定的難度.許多學(xué)生受限于這個(gè)高難度的門檻,在化學(xué)入門時(shí)就消磨掉了所有的化學(xué)自信,從而不利于學(xué)生后續(xù)的化學(xué)學(xué)習(xí).因此,基于初中生的化學(xué)認(rèn)知發(fā)展規(guī)律,教師應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持以學(xué)生為本,堅(jiān)持從學(xué)生的視角和心境出發(fā),完善相關(guān)的教學(xué)策略,通過引入思維可視化這一解題模式促進(jìn)題目的簡化和思維的有序發(fā)展,從而降低解題難度,幫助學(xué)生在一步步地分析中掌握所有的題目線索,提高解題效率.

2.3 提高解題的條理性

從初中生化學(xué)解題的現(xiàn)狀來看,大部分學(xué)生由于思維發(fā)展不完善導(dǎo)致解題思路混亂,從而不利于提高解題的效率,不能真正落實(shí)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng).因此,為了培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和抽象思維,教師應(yīng)當(dāng)注重提高學(xué)生解題的條理性,促進(jìn)學(xué)生解題走向有序化,可以通過思維可視化的解題模式以厘清學(xué)生解題思路,幫助學(xué)生借助思維可視化的條理性優(yōu)勢理解解題步驟與成因,從而發(fā)展學(xué)生的邏輯推理思維和化學(xué)素養(yǎng).

3 提出思維可視化在初中化學(xué)解題中的應(yīng)用策略

3.1 借助信息技術(shù)優(yōu)勢輔助思維可視化應(yīng)用

因?yàn)樗季S可視化應(yīng)用技術(shù)的其中一種就是生成圖示的軟件技術(shù),所以思維可視化在具體解題的實(shí)際應(yīng)用離不開信息技術(shù)的支持.因此,教師為促進(jìn)思維可視化在初中化學(xué)解題中的應(yīng)用可以充分借助信息技術(shù)優(yōu)勢優(yōu)化思維可視化解題模式的應(yīng)用,如利用教學(xué)動(dòng)畫、教學(xué)PPT、教學(xué)視頻等形式展示解題的直觀過程,可以有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性,從而提高學(xué)生對(duì)于思維可視化的掌握程度,提高學(xué)生的解題效率和解題能力.

以滬教版初三化學(xué)下冊(cè)《應(yīng)用廣泛的酸堿鹽》相關(guān)的練習(xí)題為例.

例3現(xiàn)有食鹽溶液、澄清石灰水、稀硫酸、稀鹽酸、氫氧化鈉溶液5種失去標(biāo)簽的無色溶液,應(yīng)該怎樣把它們區(qū)別開來?

首先,教師在解題教學(xué)中帶領(lǐng)學(xué)生分析題目的題意,引導(dǎo)學(xué)生針對(duì)食鹽溶液、澄清石灰水、稀硫酸、稀鹽酸、氫氧化鈉溶液這5種溶液展開獨(dú)立思考或者小組討論,思考內(nèi)容包括溶液自身的特質(zhì)或檢驗(yàn)溶液的唯一方法等,從而提高課堂的互動(dòng)效率和學(xué)生的積極性.繼而,等待學(xué)生完成討論及思考后,教師可以借助相應(yīng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)軟件在多媒體上為學(xué)生展現(xiàn)每一個(gè)檢驗(yàn)方法的優(yōu)劣與可行性.比如,有些學(xué)生建議首先用石蕊試液檢驗(yàn)5種溶液各自的酸堿性,那么教師就引導(dǎo)學(xué)生作出相應(yīng)假設(shè)并在思維導(dǎo)圖的軟件中設(shè)置框架,同時(shí)在化學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)軟件上操作,根據(jù)直觀的虛擬實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象證明將此分為酸、堿、鹽三大類,即酸類有稀硫酸和稀鹽酸、堿類有澄清石灰水和氫氧化鈉溶液、鹽類只剩下食鹽溶液;繼而學(xué)生提議用二氧化碳檢驗(yàn)澄清石灰水和氫氧化鈉溶液,同時(shí)教師也應(yīng)當(dāng)在相應(yīng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)虛擬軟件中完成相應(yīng)操作并將上述的實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄在思維導(dǎo)圖之中,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象顯示出現(xiàn)渾濁的為澄清石灰水,剩余的即為氫氧化鈉溶液;最后,教師引導(dǎo)學(xué)生采用氯化鋇溶液檢驗(yàn)剩下的2瓶酸性溶液,根據(jù)稀硫酸和稀鹽酸的特性,氯化鋇溶液與稀硫酸反應(yīng)將產(chǎn)生硫酸鋇的沉淀,而與稀鹽酸就沒有沉淀生成.

如此,在教師的化學(xué)實(shí)驗(yàn)虛擬軟件和思維導(dǎo)圖記錄軟件的同時(shí)操作之下,學(xué)生在解題結(jié)束的最后,將會(huì)看到一張可視化的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表或思維導(dǎo)圖,思維可視化的應(yīng)用將為學(xué)生積累思考過程與思維經(jīng)驗(yàn),幫助學(xué)生完成從形象思維到抽象思維的過渡,從而培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識(shí),發(fā)展學(xué)生的邏輯推理能力,落實(shí)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng).

3.2 強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)主體地位輔助思維可視化應(yīng)用

教師為促進(jìn)思維可視化在初中化學(xué)解題中的應(yīng)用可以強(qiáng)調(diào)學(xué)生學(xué)習(xí)主體的地位,以此輔助思維可視化在具體教學(xué)的實(shí)際應(yīng)用.例如,教師可以在解題教學(xué)中引入小組合作的形式,通過思維可視化應(yīng)用與小組合作討論的輔助以明確學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位,幫助學(xué)生促進(jìn)生生之間的知識(shí)交流與碰撞,幫助學(xué)生嘗試用不同的角度思考問題、培養(yǎng)發(fā)散思維以完善思維可視化的呈現(xiàn),還可以幫助學(xué)生提高相應(yīng)的合作意識(shí)和合作能力,從而落實(shí)學(xué)生的化學(xué)素養(yǎng).

3.3 開展思維專題教學(xué)輔助思維可視化應(yīng)用

教師為促進(jìn)思維可視化在初中化學(xué)解題中的應(yīng)用可以開展思維專題教學(xué),通過專題訓(xùn)練這一集中性的特訓(xùn)培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維、發(fā)展學(xué)生的推理能力,從而提高思維可視化的應(yīng)用效率,落實(shí)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng),提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率.例如,教師可以根據(jù)思維可視化應(yīng)用技術(shù)的分類將化學(xué)題型分為兩大類,引導(dǎo)學(xué)生完成相應(yīng)的題型訓(xùn)練,幫助學(xué)生加深對(duì)特定題型和特定思維可視化形式的理解,增強(qiáng)學(xué)生的思維可視化應(yīng)用意識(shí),從而有助于學(xué)生在遇到靈活多變的題型時(shí)可以冷靜下來完成思路分析和思維發(fā)展,最終找到題目的突破口完成答題.