利用思維導(dǎo)圖提升學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的探索

成際寶+高翔

摘要：以“金屬鈉的性質(zhì)及應(yīng)用”為例，闡述了用思維導(dǎo)圖提升學(xué)生的宏觀辨識能力、證據(jù)推理與變化觀念、模型認(rèn)知與實(shí)驗(yàn)探究、創(chuàng)新意識、科學(xué)精神與社會責(zé)任等核心素養(yǎng)的過程；通過思維導(dǎo)圖建構(gòu)多種模型，使學(xué)生學(xué)會從知識學(xué)習(xí)層面上升到方法學(xué)習(xí)與理論學(xué)習(xí)層面，從而能夠?qū)崿F(xiàn)終身自主學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：思維導(dǎo)圖；化學(xué)核心素養(yǎng)；案例解析；模型構(gòu)建

文章編號：1005–6629（2017）5–0041–05 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

化學(xué)核心素養(yǎng)一般認(rèn)為包括宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知、實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識、科學(xué)精神與社會責(zé)任[1]等。

思維導(dǎo)圖由英國的托尼·博贊（Tony Buzan）于20世紀(jì)70年代初提出的，作為一種有效的、能夠促進(jìn)知識聯(lián)系、加強(qiáng)知識網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的可視化教學(xué)工具，能夠在很大程度上幫助學(xué)生發(fā)展一種清晰的整體性知識框架，還能幫助學(xué)生表征化學(xué)知識，增加大腦運(yùn)作效率、提高思維能力[2]，最終提升核心素養(yǎng)。下面以蘇教版化學(xué)1專題2第2單元第一課時(shí)“金屬鈉的性質(zhì)與應(yīng)用”[3]為例，具體闡述用思維導(dǎo)圖來提升學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的做法。

1 利用思維導(dǎo)圖提升推理與宏觀辨識能力

“金屬鈉的性質(zhì)與應(yīng)用”中實(shí)驗(yàn)雖多，但多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，如平鋪直敘，難以大幅度激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的熱情。如將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)開發(fā)并轉(zhuǎn)換成探究性實(shí)驗(yàn)，就能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望與熱情。

根據(jù)金屬活動(dòng)性順序表，鐵和鈉屬于活潑金屬。教者不妨提問：初中學(xué)過鐵的化學(xué)性質(zhì)有哪些？學(xué)生列舉后，教師介紹一種新的建構(gòu)知識體系的方法——思維導(dǎo)圖（又稱達(dá)芬奇筆記，學(xué)生對思維導(dǎo)圖不感興趣，但對達(dá)芬奇的筆記感興趣，可能是由于渴望成功的原因）。其核心特征：（1）在一張白紙的中間用最大號的字寫上中心主題——鐵的化學(xué)性質(zhì)，然后畫上一個(gè)圓圈；（2）在圓圈的周圍衍生出多個(gè)帶箭頭的分支，線條由粗到細(xì)，每個(gè)分支就是一個(gè)次中心或知識點(diǎn)；每個(gè)分支用不同顏色的水彩筆、次一號的字表示。要求學(xué)生根據(jù)核心特征（1）（2）嘗試建構(gòu)鐵的化學(xué)性質(zhì)初級思維導(dǎo)圖，學(xué)生建構(gòu)的思維導(dǎo)圖如圖1所示。

展示思維導(dǎo)圖1時(shí)，學(xué)生的眼睛一亮，有點(diǎn)動(dòng)心了，可見多維色彩比黑白兩色更使人的視覺神經(jīng)興奮，大小號字體的差異使人特別能明確主次。趁勢引導(dǎo)學(xué)生，我們就按照思維導(dǎo)圖的順序來探究鈉的化學(xué)性質(zhì)。如生鐵表面是黑色的，為什么？追問：比鐵活潑得多的鈉，能保存在空氣中嗎？能否保存在水中？如果用煤油保存鈉，應(yīng)該具備什么條件？教師展示煤油中的鈉時(shí)，學(xué)生就有點(diǎn)成就感了。教師再追問：鈉的真面目是表面的黃色嗎？如何觀看呢？此時(shí)教師再讓學(xué)生用鑷子從煤油中取出大塊鈉，并要求夾一夾，感覺一下硬度。提問：能用砂紙打磨鈉皮嗎？當(dāng)學(xué)生用小刀切去表皮看到銀白色時(shí)，就有點(diǎn)小激動(dòng)了。通過鐵與鈉的保存與觀看顏色對比，就能培養(yǎng)學(xué)生的推理能力，并且不斷用實(shí)驗(yàn)證實(shí)，讓學(xué)生不斷獲取成就感。

打磨過的鐵片投入到硫酸銅溶液中會有紅色的銅析出，那么將一小塊鈉（吸干了煤油、切去表皮）投入到稀的硫酸銅溶液中，你認(rèn)為會有什么現(xiàn)象呢？吊足學(xué)生的胃口后，再演示該實(shí)驗(yàn)。當(dāng)學(xué)生看到若干實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象超出其心理預(yù)期時(shí)，一下子就沸騰了。

學(xué)生通過觀察得出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有：藍(lán)色沉淀、銀白色小球、小球向各個(gè)方向游動(dòng)、發(fā)出嘶嘶聲、浮在液面上、銀白色小球燃燒并發(fā)出黃光等。

教師引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)上述現(xiàn)象雜亂無章，用思維導(dǎo)圖1的方式難以建構(gòu)有效認(rèn)知體系。及時(shí)引出思維導(dǎo)圖的核心特征（3），將零碎知識或現(xiàn)象整合成邏輯核心關(guān)鍵詞（上下層級之間）和并列核心關(guān)鍵詞（同一層級之間），即思維導(dǎo)圖是由一層層核心關(guān)鍵詞向外發(fā)散，就像大腦神經(jīng)元不斷向外發(fā)散一樣，最外層才是知識。必須對上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象整合成關(guān)鍵詞，才能構(gòu)建出高一層次思維導(dǎo)圖。此時(shí)再引導(dǎo)學(xué)生得出：任何化學(xué)反應(yīng)所引起的現(xiàn)象分為物質(zhì)變化所帶來的現(xiàn)象和能量變化所帶來的現(xiàn)象，以及引起其他化學(xué)反應(yīng)所帶來的現(xiàn)象，而物質(zhì)變化所帶來的現(xiàn)象又分成固體、液體、氣體變化所帶來的現(xiàn)象。即金屬鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)現(xiàn)象的一級關(guān)鍵詞為物質(zhì)變化、能量變化、其他反應(yīng)，物質(zhì)變化的二級關(guān)鍵詞為固體變化、液體變化、氣體變化。學(xué)生將上述現(xiàn)象自我分析、小組討論后填入到核心關(guān)鍵詞后面，嘗試構(gòu)建新的思維導(dǎo)圖。學(xué)生思維導(dǎo)圖如圖2所示。

當(dāng)展示圖2時(shí)，學(xué)生就驚嘆于高一層次導(dǎo)圖強(qiáng)大的歸納能力，也能為分析問題、探究問題、解決問題提供有益的幫助。通過思維導(dǎo)圖升級之后，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象就有了高層次理論（物質(zhì)變化與能量變化、觀察物質(zhì)變化的角度）與低層次現(xiàn)象之分，且這種宏觀辨識模式適用于所有實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察，學(xué)生以后就不會盲目去觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

2 利用思維導(dǎo)圖提升學(xué)生證據(jù)推理、變化觀念、探究能力

思維導(dǎo)圖2的歸納究竟是否正確，還要通過數(shù)據(jù)查找、理論探究、實(shí)驗(yàn)探究等來實(shí)施驗(yàn)證。根據(jù)思維導(dǎo)圖2的引導(dǎo)，我們依次進(jìn)行探究。

2.1 探究固態(tài)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因——提升學(xué)生的變化觀念與證據(jù)推理能力

鈉浮在液面上，推出鈉的密度小于硫酸銅溶液的密度，也小于水的密度?；仡欌c的保存，推出鈉的密度大于煤油的密度。通過查閱四者密度數(shù)據(jù)，證明推測正確。

鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)的下方出現(xiàn)Cu（OH）2，Cu2+來自于硫酸銅溶液，那OH-來自于什么地方？根據(jù)對硫酸銅溶液成分（硫酸銅、水）分析，是鈉與水反應(yīng)生成的還是鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)特有的？此時(shí)實(shí)施對比實(shí)驗(yàn)鈉與水反應(yīng)。先讓學(xué)生預(yù)測實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，然后再實(shí)施實(shí)驗(yàn)。當(dāng)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后，再要求學(xué)生用思維導(dǎo)圖構(gòu)建鈉與水反應(yīng)的現(xiàn)象與分析，學(xué)生思維導(dǎo)圖如圖3所示。

當(dāng)展示導(dǎo)圖3時(shí)，學(xué)生就會驚訝于這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有太多相似地方，這樣就培養(yǎng)了建構(gòu)和應(yīng)用觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象模型的分析問題能力。為了證明確實(shí)生成了OH-，在鈉與水反應(yīng)后的溶液中滴加酚酞，溶液呈紅色，說明有氫氧根離子生成。

經(jīng)過上述推理并證實(shí)鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)本質(zhì)為：鈉與水反應(yīng)生成的堿，再與硫酸銅反應(yīng)，生成了藍(lán)色氫氧化銅沉淀。

上述推理也證實(shí)：鈉要置換出硫酸銅中的銅，不能在水溶液中，那怎么辦呢？此時(shí)實(shí)施對比實(shí)驗(yàn)鈉與無水硫酸銅接觸，當(dāng)沒有發(fā)現(xiàn)任何現(xiàn)象時(shí)，學(xué)生就失望了。追問：鐵與硫酸銅固體接觸有銅析出嗎？學(xué)生隱約感覺到問題出在什么地方，但學(xué)生的水平達(dá)不到那個(gè)層次。此時(shí)教師再演示實(shí)驗(yàn)：金屬鈉投入到硫酸銅的丙酮溶液中，當(dāng)紅色的銅出現(xiàn)時(shí)，學(xué)生驚叫起來，徹底明白了自己的問題出在什么地方。

只有當(dāng)推理出現(xiàn)意料之外、情理之中的現(xiàn)象時(shí)，學(xué)生才會全身心融入其中進(jìn)行探究，才會真正享受到推理到探究成功后的幸福感。

2.2 探究銀白色小球——提升學(xué)生變化觀念與證據(jù)推理能力

銀白色小球肯定不是氣態(tài)，究竟是液態(tài)還是固態(tài)？實(shí)施對比實(shí)驗(yàn)：取一片固體鈉加熱，熔化成了銀白色小球。推理出銀白色小球?yàn)橐簯B(tài)，同時(shí)產(chǎn)生疑問：吸收的熱量來自于何方？

回顧對比實(shí)驗(yàn)：鈉與水反應(yīng)時(shí)也有銀白色小球出現(xiàn)，小球只出現(xiàn)在反應(yīng)的界面處，而鈉與硫酸銅固體混合時(shí)沒有小球出現(xiàn)。硫酸銅溶液與氫氧化鈉溶液混合時(shí)，溶液溫度也沒有明顯變化。推理可得：鈉與水反應(yīng)是放熱反應(yīng)的認(rèn)識。同時(shí)說明上述思維導(dǎo)圖有錯(cuò)誤，浮在液面上為液體層面現(xiàn)象而不是固體層面現(xiàn)象。

2.3 探究氣體成分——提升學(xué)生的探究能力

小球發(fā)出嘶嘶聲、向各個(gè)方向游動(dòng)說明該反應(yīng)生成了氣體，氣體成分究竟是什么？回顧對比實(shí)驗(yàn)鈉與水反應(yīng)時(shí)有氫氧化鈉生成，即Na+H2O→NaOH+？，探究如下：

2.3.1 理論探究

氧化還原觀點(diǎn)：由于鈉的化合價(jià)升高，只有氫元素化合價(jià)可以降低，因此只能是氫原子得到電子，生成氫氣。原子個(gè)數(shù)比觀點(diǎn)：水中氫氧原子比為2：1，而氫氧化鈉中氫氧原子個(gè)數(shù)比1：1，也只能為氫氣（這是一種方法，不一定適用于所有情形）。原子種類觀點(diǎn)：由于生成了氣體，而氣體中不可能含有鈉原子，則只能是氫氣或氧氣。

2.3.2 實(shí)驗(yàn)探究

分別假設(shè)為氫氣或氧氣，然后設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、相互討論實(shí)驗(yàn)方案的可行性，再實(shí)施實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)或現(xiàn)象的采集、分析與總結(jié)、評價(jià)與反思，目的讓學(xué)生學(xué)會科學(xué)探究的一般方法。

探究結(jié)束后對圖2進(jìn)行更正，同時(shí)要求學(xué)生用自己的方式構(gòu)建鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)的思維導(dǎo)圖，最好能用圖形表示某些現(xiàn)象或關(guān)鍵詞，學(xué)生的思維導(dǎo)圖如圖4所示。

展示圖4時(shí)，學(xué)生不只驚訝于知識重構(gòu)后的框架結(jié)構(gòu)，而更驚訝于唯美的圖形、對化學(xué)美好的想象及其所代表的含義。只有思維導(dǎo)圖中融入學(xué)生的智慧時(shí)，思維導(dǎo)圖才具有靈感，才具有較高的使用價(jià)值。用學(xué)生的話來說，當(dāng)彩筆與A4紙碰撞的瞬間，不僅僅是在畫，而是知識重新建構(gòu)整合，以圖形的形式再生，知識才會真正融入到自己身體中，自己才會真正成為知識的主人。

3 通過思維導(dǎo)圖不同版本升級提升學(xué)生構(gòu)建與認(rèn)知模型等能力

3.1 將個(gè)性思維導(dǎo)圖升級到共性思維導(dǎo)圖

在金屬鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)探究完后，要求學(xué)生用思維導(dǎo)圖對鈉的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行總結(jié)。某學(xué)生的思維導(dǎo)圖如圖5所示。

由思維導(dǎo)圖5可見，金屬鈉的化學(xué)性質(zhì)層次結(jié)構(gòu)非常清楚，各種分支顏色不同，不會混淆，多種色彩刺激，不僅使神經(jīng)興奮也會緩解視覺疲勞。

鐵、鈉學(xué)習(xí)后，將鐵、鈉化學(xué)性質(zhì)的個(gè)性思維導(dǎo)圖升級到金屬化學(xué)性質(zhì)的共性思維導(dǎo)圖。將導(dǎo)圖中金屬與氯氣、氧氣等個(gè)性反應(yīng)上升到與非金屬反應(yīng)共性等。要求學(xué)生對鐵、鈉的化學(xué)性質(zhì)個(gè)性部分逐一升級，學(xué)生在教師指導(dǎo)下構(gòu)建思維導(dǎo)圖，如圖6所示。

當(dāng)展示圖6之后，學(xué)生就會驚嘆導(dǎo)圖的強(qiáng)大功能（歸納與概括能力），一類知識用一個(gè)小小的思維導(dǎo)圖囊括其中，也驚嘆于自己的學(xué)習(xí)能力是變得多么強(qiáng)大。用學(xué)生的話來說，思維導(dǎo)圖真是學(xué)習(xí)的好幫手。

金屬性質(zhì)為何有差異，歸根到底是由其結(jié)構(gòu)決定，主要是由最外層電子決定。如鐵與鈉化學(xué)性質(zhì)的差異，歸根到底在于結(jié)構(gòu)上的差異，即結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)反映結(jié)構(gòu)。

3.2 將知識導(dǎo)圖升級到學(xué)習(xí)方法導(dǎo)圖

知識導(dǎo)圖升級完之后，筆者還要求學(xué)生將本節(jié)課用到的學(xué)習(xí)方法建構(gòu)思維導(dǎo)圖，在教師指導(dǎo)下完成，如圖7所示。

3.3 將知識導(dǎo)圖升級到提升學(xué)生創(chuàng)新意識與社會責(zé)任導(dǎo)圖

金屬鈉與水、硫酸銅溶液等反應(yīng)時(shí)，因?yàn)殁c與水反應(yīng)放熱，而金屬鈉的熔點(diǎn)低、又很活潑，鈉稍微大一點(diǎn)就容易發(fā)生爆炸，因此新聞中時(shí)有金屬鈉爆炸的報(bào)道；反應(yīng)過程震動(dòng)大一點(diǎn)時(shí)鈉容易從燒杯中蹦出來，造成危險(xiǎn)。如何保護(hù)學(xué)生與教師的人身安全，需要教師、學(xué)生擔(dān)當(dāng)起相應(yīng)的自我責(zé)任與社會責(zé)任，在責(zé)任擔(dān)當(dāng)中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。而實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新無非通過外部措施與內(nèi)部措施，外部措施為預(yù)防危險(xiǎn)與保護(hù)學(xué)生，內(nèi)部措施是改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，從源頭上杜絕事故的發(fā)生。當(dāng)然也有很多實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新是以增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為目的。

如收集氫氣時(shí)，排盡裝置中的空氣是關(guān)鍵。以U型管或注射器為基礎(chǔ)，易于排盡系統(tǒng)中的空氣，降低爆炸的可能性，使實(shí)驗(yàn)安全可靠且燃燒現(xiàn)象更加明顯。把金屬鈉放在易拉罐、鋁片上等燃燒，明顯看見淡黃色的過氧化鈉；將金屬鈉投入到硫酸銅或溴化銅的丙酮溶液中，立即可見紅色的銅析出。在教師指導(dǎo)下，學(xué)生構(gòu)建思維導(dǎo)圖，如圖8所示。

從思維導(dǎo)圖1不斷升級到思維導(dǎo)圖8，學(xué)生構(gòu)建了學(xué)會觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的方法，鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)、鈉的化學(xué)性質(zhì)、金屬的化學(xué)性質(zhì)，學(xué)習(xí)方法、創(chuàng)新意識與社會責(zé)任等導(dǎo)圖。學(xué)生從純知識學(xué)習(xí)上升到理論學(xué)習(xí)，并且不斷用這些理論模型指導(dǎo)以后的學(xué)習(xí)或解決學(xué)習(xí)中的問題，即從而能夠?qū)崿F(xiàn)終身自主學(xué)習(xí)。

思維導(dǎo)圖的教學(xué)過程就是思維導(dǎo)圖的升級過程，從初級導(dǎo)圖（諸多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和散亂知識），升級到中級導(dǎo)圖（歸類統(tǒng)攝），再升級到高級導(dǎo)圖（核心素養(yǎng)）。起點(diǎn)、過程、終點(diǎn)，都在一張導(dǎo)圖中完整呈現(xiàn)，條理清晰（每個(gè)支鏈顏色不同），邏輯性強(qiáng)（每個(gè)支鏈線條由粗到細(xì)）；各個(gè)支鏈顏色不同，不會相互干擾；每個(gè)支鏈呈現(xiàn)思維發(fā)展過程，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，都是學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)，有助于知識的深度理解、學(xué)生學(xué)習(xí)的頓悟、學(xué)習(xí)方法的獲取、核心素養(yǎng)的形成；多種顏色、線條、圖形等刺激，能愉悅和興奮人的大腦神經(jīng)，使左右腦協(xié)同作用，能使學(xué)習(xí)效率成倍提高；思維導(dǎo)圖是學(xué)生學(xué)習(xí)過程的彩色可視化菜單，是知識、方法、核心素養(yǎng)的立體網(wǎng)絡(luò)，也是學(xué)生可視化、圖形化、彩色化、簡潔化的課堂筆記。

高一、高二的化學(xué)教學(xué)，對學(xué)生來說是新授課，對教師來說是復(fù)習(xí)課。即要求教師從教學(xué)方法、教學(xué)理論、教書育人等高度對教材中、教學(xué)過程中的碎片化知識等整合關(guān)鍵詞。關(guān)鍵詞的理論化水平越高，概括得越全面，導(dǎo)圖的層級就越高、對學(xué)生的指導(dǎo)作用就越大。一節(jié)課的總思維導(dǎo)圖中還可以由若干分支的思維導(dǎo)圖來支撐。因此思維導(dǎo)圖就是教師培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的路線圖、方法圖、理論圖。教師將思維導(dǎo)圖了然于胸，在課堂上就能將貌似凌亂的知識，一步一步歸納、整合、提升成學(xué)習(xí)方法，進(jìn)而用高層次的理論來統(tǒng)攝知識與方法，構(gòu)建成各種模型進(jìn)而指導(dǎo)學(xué)生以后的學(xué)習(xí)，使學(xué)生形成終身學(xué)習(xí)的能力；在形散而神不散的教學(xué)過程中，培養(yǎng)了學(xué)生的證據(jù)推理能力、探究能力、模型認(rèn)知、宏觀辨識與變化觀念等化學(xué)核心素養(yǎng)，同時(shí)也大大提升了教師的專業(yè)化素養(yǎng)。

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