思維模型建構(gòu)在高三化學(xué)復(fù)習(xí)中的應(yīng)用

毛小英

【基金項目】福建教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2023年度立項課題“核心素養(yǎng)視域下的高中化學(xué)思維建模教學(xué)研究”（立項批準(zhǔn)號：FJJKZX23-359）。

［摘 要］文章以元素推斷復(fù)習(xí)教學(xué)為例，分析高三學(xué)生對于元素推斷知識的復(fù)習(xí)情況及思維模型建構(gòu)的應(yīng)用優(yōu)勢和切入點，建議學(xué)生在高三化學(xué)復(fù)習(xí)中建構(gòu)思維模型，并通過知識的輸入與輸出相統(tǒng)一、基礎(chǔ)認(rèn)知與拓展認(rèn)知相結(jié)合、思維深度與結(jié)構(gòu)廣度相協(xié)同等策略，進一步幫助學(xué)生在解決具體問題的過程中完善思維模型，優(yōu)化化學(xué)學(xué)習(xí)方式。

［關(guān)鍵詞］思維模型；高三化學(xué)；復(fù)習(xí)；元素推斷

［中圖分類號］G633.8［文獻標(biāo)識碼］?A［文章編號］ 1674-6058（2023）32-0069-03

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》提出了五個方面的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，其中“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)要求學(xué)生能認(rèn)識化學(xué)現(xiàn)象與模型之間的聯(lián)系，能運用多種認(rèn)知模型來描述和解釋物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化，預(yù)測物質(zhì)及其變化的可能結(jié)果，能依據(jù)物質(zhì)及其變化的信息建構(gòu)模型，建立解決復(fù)雜化學(xué)問題的思維框架［1］。課程標(biāo)準(zhǔn)中提及的“模型認(rèn)知”是一種需要學(xué)生掌握的重要思維方式。在化學(xué)學(xué)科中，模型可分成物質(zhì)模型與思維模型兩個類別，其中思維模型是從化學(xué)視角出發(fā)，在認(rèn)識事物、解決問題的過程中建構(gòu)起來的思維模式。很多思維模式在習(xí)題解決過程中得到體現(xiàn)，并最終保證學(xué)生的學(xué)習(xí)能夠做到有章可循，進而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)效率。下面以“元素推斷”為例，談?wù)勊季S模型建構(gòu)在高三化學(xué)復(fù)習(xí)中的具體應(yīng)用。

一、復(fù)習(xí)情況分析

高三學(xué)生對于元素推斷知識有了初步的了解和掌握，復(fù)習(xí)的主要作用在于幫助學(xué)生對已有知識進行重新梳理和鞏固，特別是促進學(xué)生在既有學(xué)習(xí)成果的基礎(chǔ)上深入領(lǐng)會相關(guān)化學(xué)概念，對各種問題能夠運用所學(xué)知識加以分析解決。在教學(xué)中可以看到，高三學(xué)生的抽象思維與邏輯思維雖然有了一定的進步，但是對于宏觀現(xiàn)象背后的微觀原因在理解上還存在一定的困難，對于與元素推斷相關(guān)聯(lián)的元素周期律等知識的理解不夠透徹。此外，高三學(xué)生往往習(xí)慣于通過大量的練習(xí)去掌握一些新問題的解決方法，這些方法若用于固定思維類問題尚可以應(yīng)對，但是一旦遇到新物質(zhì)、新裝置或者陌生情境類問題時，學(xué)生便會頻頻出錯。之所以會出現(xiàn)這樣的問題，主要原因在于學(xué)生雖然對元素推斷知識有了初步的了解與掌握，但是僅僅停留于表層，與知識的本質(zhì)是疏離的［2］。針對這些問題，教師在指導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)元素推斷知識時，要為學(xué)生創(chuàng)造更利于深度思維的條件，提供有效解題的方法，而思維模型建構(gòu)在高三化學(xué)復(fù)習(xí)中的應(yīng)用效果是顯著的，值得推廣應(yīng)用。

二、思維模型建構(gòu)在高三化學(xué)復(fù)習(xí)中的應(yīng)用優(yōu)勢

思維模型建構(gòu)在高三化學(xué)復(fù)習(xí)中的應(yīng)用優(yōu)勢體現(xiàn)在學(xué)科理解與學(xué)科體驗兩個方面，這兩個方面也是教師思維模型建構(gòu)指導(dǎo)工作的要點。

（一）側(cè)重于化學(xué)學(xué)科理解

記憶知識不如理解知識，這是大多數(shù)教育者與學(xué)習(xí)者的共識，而增強學(xué)科理解效果是一個逐步深化的過程，它需要知識的積累和思維的提煉，并且在實踐應(yīng)用中加以驗證。為此，教師應(yīng)本著促進學(xué)科理解的目標(biāo)，提供機會讓學(xué)生順利融入模型建構(gòu)的場景中，注重輸入和輸出相統(tǒng)一、聚焦與發(fā)散相結(jié)合，讓學(xué)生在面對元素推斷問題時能夠充分做到元素認(rèn)知的多元化，由此實現(xiàn)對于元素與物質(zhì)、平面與立體、靜態(tài)感知與動態(tài)應(yīng)用的整合。在模型建構(gòu)思想的指導(dǎo)下，學(xué)生將逐漸克服學(xué)科知識積累不足的問題，形成學(xué)科理解力，并建立起學(xué)科認(rèn)識的新視角和新思路，在反復(fù)實踐中優(yōu)化化學(xué)核心觀念。

（二）側(cè)重于化學(xué)學(xué)科體驗

實現(xiàn)學(xué)科體驗的增長，是思維模型建構(gòu)在高三化學(xué)復(fù)習(xí)中的又一應(yīng)用優(yōu)勢。具體言之，增加學(xué)生的學(xué)科體驗機會，可讓學(xué)生主動參與、反思總結(jié)，并進行知識的抽象概括及實踐應(yīng)用。教師如果能夠在知識教學(xué)與習(xí)題指導(dǎo)時，于常規(guī)復(fù)習(xí)方案中添加有利于學(xué)科體驗的游戲化教學(xué)元素，讓學(xué)科知識、學(xué)科思維、學(xué)科觀念等融為一體，則可進一步突出模型建構(gòu)的優(yōu)勢，幫助學(xué)生一面完成知識積累和思維發(fā)展，一面實現(xiàn)深層次參與與積極情感體驗，接近學(xué)科理解的理想目標(biāo)［3］。

三、元素推斷思維模型建構(gòu)的切入點

元素推斷屬于高考必考內(nèi)容，歷覽近些年的高考試題，不難發(fā)現(xiàn)其通常會以元素、元素化合物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)等作為突破口，同時需要綜合運用元素周期律、常用物質(zhì)性質(zhì)和化學(xué)鍵等知識。有關(guān)元素推斷的高考題型一般以選擇題為主，通常包括宏觀辨識類內(nèi)容、微觀探究類內(nèi)容，主要考點涉及氣態(tài)氫化物穩(wěn)定性比較；原子或者離子半徑大小比較；物質(zhì)熔、沸點高低比較等方面［4］。除此以外，諸如元素金屬性或非金屬性的強弱、物質(zhì)氧化性或還原性的強弱、最高價氧化物對應(yīng)水化物酸性或者堿性強弱的比較也在考查之列；物質(zhì)所含化學(xué)鍵或者化合物類型的確認(rèn)，元素所組成物質(zhì)的物理及化學(xué)性質(zhì)的判斷等問題，近年也屢屢出現(xiàn)。為了順利解決這些問題，教師應(yīng)從思維模型建構(gòu)的角度著手，幫助學(xué)生找準(zhǔn)切入點。

（一）從結(jié)構(gòu)性質(zhì)切入

部分元素推斷題要求學(xué)生從元素化合物的特殊性質(zhì)或者結(jié)構(gòu)等角度切入，再結(jié)合元素周期表、元素周期律、元素化合物等方面的知識進行物質(zhì)性質(zhì)的分析與研判，這類題型側(cè)重于考查學(xué)生分析知識和應(yīng)用知識的能力。為此，學(xué)生應(yīng)形成從結(jié)構(gòu)或性質(zhì)切入的意識，從而建立起相應(yīng)的結(jié)構(gòu)模型，為順利解決元素推斷問題尋找有效突破口。例如，短周期主族元素Z，其最高價氧化物所對應(yīng)的水化物為三元酸，那么Z為P；短周期主族元素X最外層電子數(shù)和次外層電子數(shù)一致，那么X是Be；X是地殼之中含量最多的元素，那么X是O；等等。掌握特定的結(jié)構(gòu)或性質(zhì)知識，學(xué)生便可解決相應(yīng)的元素推斷問題。例題：有Q、X、Y、Z四種元素，它們分別是原子序數(shù)依次增大的短周期主族元素，其最外層電子數(shù)的總和為19，Q與X、Y、Z位于不同周期，X和Y相鄰，Y原子最外層電子數(shù)是Q原子內(nèi)層電子數(shù)的２倍。下列說法正確的是（）。A.非金屬性：X>Q；B.單質(zhì)的熔點：X>Y；C.簡單氫化物的沸點：Z>Q；D.最高價含氧酸的酸性：Z>Y。學(xué)生若從結(jié)構(gòu)或性質(zhì)切入，便可順利解決此問題（正確答案是D）。在面對其他類似問題時，學(xué)生利用以此為切入點形成的思維模型同樣可順利解決問題。

（二）從片段信息切入

在做元素推斷題時，學(xué)生還可從片段信息的角度切入，先由此確定元素在周期表中的大致位置，再參考元素的其他性質(zhì)做出推斷。如第一到第四周期主族元素中族序數(shù)和周期數(shù)相同的元素是H、Be、Al、Ge；周期數(shù)等于族序數(shù)2倍的元素是Li、Ca；等等。如此先做大致的判斷，再利用給出的片段信息，便可順利解答相應(yīng)的問題。

（三）從框圖信息切入

從框圖信息切入來解決元素推斷問題具有較明顯的優(yōu)勢。框圖式的元素推斷題通常會以方框的形式將物質(zhì)之間的關(guān)系標(biāo)記出來，框圖信息具有結(jié)構(gòu)緊湊、信息量大、綜合性強等特點，對于思維能力有較高要求。此類題型具有較強的區(qū)分和選拔功能，既可以考查學(xué)生基礎(chǔ)知識的掌握情況，又可以考查學(xué)生靈活運用知識的能力，同時還可以考查學(xué)生在邏輯推理等方面的表現(xiàn)?？梢哉f，框圖信息和思維模型之間具有一定的相通性，引導(dǎo)學(xué)生從框圖信息的角度切入來完成思維模型建構(gòu)是一種比較直接的嘗試。例題：短周期元素W、X、Y、Z的原子序數(shù)依次增加。m、p、r是由這幾種元素組成的二元化合物。n是元素Z的單質(zhì)，通常為黃綠色氣體，q的水溶液有漂白性，0.01 mol·L-1 r溶液的pH值為２，s通常是難溶于水的混合物。這些物質(zhì)的轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖1所示。則下列說法正確的是（）。A. 原子半徑的大?。篧X>Y；C. Y的氫化物在常溫常壓下為液態(tài)；D. X的最高價氧化物的水化物屬于強酸。通過對框圖信息的分析，可得到最終答案為C。

有關(guān)元素推斷模型建構(gòu)的切入角度是多樣的，除以上切入點外，圖表信息、反應(yīng)特征等也可作為切入點，而從哪個角度切入應(yīng)視具體情況而定。

四、思維模型的建構(gòu)與完善策略

（一）知識輸入與輸出相統(tǒng)一

高中化學(xué)復(fù)習(xí)教學(xué)有知識講授和問題導(dǎo)向兩種方式，這兩種方式皆可起到促進學(xué)生完成思維模型建構(gòu)的作用，其中前者以輸入引導(dǎo)為主，后者以輸出引導(dǎo)為主，前者有益于學(xué)生知識的積累與容量擴充，后者有益于學(xué)生知識的吸收與體系內(nèi)化。事實證明，二者有機結(jié)合，才可以較好地促進學(xué)生思維模型的建構(gòu)。為此，高中化學(xué)教師在做復(fù)習(xí)指導(dǎo)時，可本著知識輸入和輸出相結(jié)合的原則，促進學(xué)生形成元素推斷類問題模型建構(gòu)與轉(zhuǎn)換的模型意識。高三階段的復(fù)習(xí)教學(xué)時間緊和任務(wù)重，一些教師即使有指導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)思維模型的意識，也常會以講、練、評相結(jié)合的形式來完成，師生之間更多的是單向的信息傳遞。在這種做法的支配下，知識與能力的傳遞方式是單一的，且學(xué)生輸入過多、輸出過少，對學(xué)生的學(xué)科學(xué)習(xí)體驗極不友好［5］。為此，教師應(yīng)改變教學(xué)組織形式，利用學(xué)生更易于接受的游戲化教學(xué)以及小組合作方式，加強師生或者生生間的聯(lián)動。例如，教師可創(chuàng)設(shè)有利于學(xué)生建構(gòu)思維模型的元素競猜活動，讓學(xué)生得以更快速地進入到學(xué)習(xí)體驗狀態(tài)。其中搶答競猜是讓學(xué)生在教師做出問題描述后，從中發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵信息，并快速推測元素，完成元素特征認(rèn)識的積累；而描述競猜有利于學(xué)生彼此互動，增加信息輸出的機會，這時知識識記將向知識應(yīng)用轉(zhuǎn)化，使學(xué)生思維模型的建構(gòu)得到完善。

（二）基礎(chǔ)認(rèn)知與拓展認(rèn)知相結(jié)合

為了保證學(xué)生在進行元素推斷時能形成良好的思維模型，教師還需要引導(dǎo)學(xué)生同時運用積聚思維與發(fā)散思維，即同時重視基礎(chǔ)認(rèn)知與拓展認(rèn)知，最終做到用模型帶動知識關(guān)聯(lián)與融合，建構(gòu)對元素推斷類知識和問題的整體認(rèn)知。例如，教師可借助元素幾何卡片，達到學(xué)科基礎(chǔ)知識的結(jié)構(gòu)化關(guān)聯(lián)效果；在此之后，則以拓展發(fā)散為主，讓學(xué)生對同一元素進行不同認(rèn)知角度的審視思考。這種做法既可以讓原本零散的知識以整合的形式重現(xiàn)，又能夠讓學(xué)生的平面認(rèn)知上升至立體認(rèn)知，以豐富的認(rèn)知視角看待與基礎(chǔ)知識相關(guān)的內(nèi)容，促進元素推斷類問題的迅速解決。如Al屬于元素周期表第三周期的第ⅢA族，其電子層和最外層電子數(shù)均為3。Al在元素周期表中所處的位置反映了它的結(jié)構(gòu)，即最外層的電子數(shù)量較少，更容易失去電子；當(dāng)進行鋁熱反應(yīng)時，鋁可置換出不活潑金屬，在此過程中放出大量的熱量，可將其用到鋼軌焊接作業(yè)等實際應(yīng)用中。教師指導(dǎo)學(xué)生從基礎(chǔ)認(rèn)知與拓展認(rèn)知相結(jié)合的角度完成思維模型的建構(gòu)與運用，進而形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)、性質(zhì)決定用途”的化學(xué)觀念。

（三）思維深度與結(jié)構(gòu)廣度相協(xié)同

在高三化學(xué)復(fù)習(xí)教學(xué)中，教師還應(yīng)從思維深度與結(jié)構(gòu)廣度相協(xié)同的角度為學(xué)生的思維模型建構(gòu)提供支持，以此幫助學(xué)生更加有效地應(yīng)對元素推斷的創(chuàng)新型問題。例如，近年來高考試題在不斷地靈活調(diào)整，教師可從中借鑒有利于模型建構(gòu)的內(nèi)容，在元素推斷專項復(fù)習(xí)教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生以這些內(nèi)容為契機，總結(jié)試題基本模型和設(shè)問角度，并突破其原有深度與廣度，讓學(xué)生在實際運用中增強學(xué)科理解和學(xué)科體驗。

在教育改革不斷深化的時代，高中化學(xué)教學(xué)工作要與國家課程標(biāo)準(zhǔn)的要求相符，并兼顧高考評價方式不斷變化的實際情況，重視對學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。在高三復(fù)習(xí)階段，若學(xué)生只注重解題，必然無法獲得系統(tǒng)的知識，最終造成解題思維單一與僵化，復(fù)習(xí)效率無法得到提升。因此，增加專題復(fù)習(xí)模塊、促進學(xué)生思維模型建構(gòu)是很有必要的。在高三復(fù)習(xí)階段，教師應(yīng)重視對學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，將傳統(tǒng)的教學(xué)模式與素養(yǎng)提升策略結(jié)合起來，通過教學(xué)方式的不斷調(diào)整，最終使學(xué)生完成思維模型的建構(gòu)，真正做到內(nèi)化并靈活應(yīng)用化學(xué)知識。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?］

［1］? 中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)：2017年版2020年修訂［M］.北京：人民教育出版社，2020.

［2］? 喬國才.增進化學(xué)學(xué)科理解 準(zhǔn)確把握教材內(nèi)容：以人教版《化學(xué)反應(yīng)原理》為例［J］.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2020（21）：1-4.

［3］? 陳進前，楊念鋒.關(guān)于化學(xué)學(xué)科理解及其對象的認(rèn)識［J］.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2021（17）：1-4．

［4］? 鄭文昌.基于建構(gòu)思維模型的高三專題復(fù)習(xí)：以“電化學(xué)兩個?？碱}型”為例［J］.化學(xué)教與學(xué)，2021（23）：59-64.

（責(zé)任編輯 羅 艷）