思維可視化在初中化學教學中的應用

李克鐸

【摘? 要】新課程改革視域下，我國教育對初中化學教學的要求不斷提高，如何充分發(fā)揮學生的主體性，引領(lǐng)學生化學思維能力形成與發(fā)展是教師應當重點思考的問題。思維可視化教學是初中化學教師提出的有效教學方法，主要是引導學生深入思考，以可視化的方式構(gòu)建化學知識模型、顯化思維路徑，進一步梳理學生化學學習的思維過程，支持學生思維能力的提高。本文根據(jù)人教版初中化學教材內(nèi)容，分別從應用設(shè)計方法、應用實踐路徑兩個維度入手，對思維可視化在教學中的應用進行深入探究。

【關(guān)鍵詞】初中化學;思維可視化;方法

根據(jù)初中化學新課程標準要求，“認知模型”是一種重要的思維方式，可以細分為物質(zhì)模型與思維模型?；瘜W思維模型，就是指學生從化學角度認識事物、探索現(xiàn)象、解決問題的過程的思維模式。在課堂教學中，教師采用合適的方法將思維方法、思維路徑以視覺形式呈現(xiàn)出來，形成可視化的思維模型，能夠進一步提升思維的直觀化水平，進一步激發(fā)學生的學習興趣，提高學生的化學學習效率。在實際過程中，教師要想有效運用思維可視化教學方法，既要根據(jù)課程內(nèi)容優(yōu)化設(shè)計可視化教學活動，搭建可視化支架;也要借助實驗構(gòu)建可視化模型，利用三重表征凸顯化學思維發(fā)展，支持學生思維可視化。

一、初中化學中思維可視化的應用設(shè)計方法

（一）明確化學課堂教學主題

在初中化學課堂教學中應用思維可視化，最首要的是明確課堂教學主題，這樣才能更有效地落實學習目標，確保思維可視化教學的高效性。教師可以根據(jù)教材內(nèi)容，在明確教材內(nèi)容的基礎(chǔ)上，根據(jù)學習目標、教學板塊，提取本節(jié)課的教學主題，以主題為線索貫穿課堂教學始終。在主題串聯(lián)的教學活動中，學生能夠遵循學習目標導向，通過完成各項活動逐步推進學習深度，落實學習目標。以人教版九年級上冊第三單元的“課題1 分子和原子”為例，本節(jié)課主要內(nèi)容是分子、原子的概念與性質(zhì)。本節(jié)課教學目標為：學生知道分子是保持物質(zhì)化學性質(zhì)的最小粒子、原子是化學變化中的最小粒子;學生通過學習掌握類比、模型等科學方法，形成抽象思維能力、想象思維能力、分析思維能力與邏輯思維能力。按照教學內(nèi)容與學習目標，結(jié)合教材內(nèi)的基礎(chǔ)知識板塊與實驗板塊，本節(jié)課應用思維可視化開展課堂教學，主題可提煉為“最小粒子”。精準鮮明的主題，是進一步構(gòu)建思維可視化學習支架，構(gòu)建可視化模型的基礎(chǔ)。

（二）根據(jù)課標確定最高要求

初中利用思維可視化方法開展課堂教學，教師提取主題之后，應當進一步明確課標要求，分析教材內(nèi)容，深入發(fā)掘本節(jié)課學科素養(yǎng)內(nèi)涵，為思維可視化教學提供導向依據(jù)。教師可以根據(jù)學生現(xiàn)有認知水平，結(jié)合本節(jié)課教學內(nèi)容，進一步明確本節(jié)課學生最近發(fā)展區(qū)范圍，確定學生思維所能夠達到的水平高度。比如：“課題1 分子和原子”這節(jié)課中，學生剛接觸化學，本身不具備微觀思維與粒子概念，此時教師可以根據(jù)課標要求，明確提出對學生的要求為：“認識微觀世界”“能夠從微觀角度出發(fā)看待事物”，并且明確學生當前能夠達到的最高水平為“理解原子與分子之間的關(guān)系，通過原子與分子模型初步認識微觀世界”。

（三）搭建可視化支架

有效的初中化學課堂教學是由多個教學環(huán)節(jié)共同構(gòu)成的。教師應以發(fā)揮學生學習主體性為方向，創(chuàng)設(shè)豐富、直觀的學習環(huán)節(jié)，設(shè)計相應活動。教師考慮學生需要，以引領(lǐng)學生理解化學知識、引導學生思維發(fā)展為方向，搭建可視化學習支架。在學習支架的支持下，學生能夠直觀理解知識，也能夠形成更清晰的學習思路，有助于學生學科思維的發(fā)展。以人教版九年級下冊第十一單元的“課題1 生活中常見的鹽”教學為例，為了讓學生深度理解“復分解反應”，教師可以利用電子信息軟件，給學生展示氯化鈉晶體、氯化鈉溶液、純凈水、鹽酸溶液等不同物質(zhì)的導電情況，并且以折線圖、模擬粒子結(jié)構(gòu)圖直觀展示導電過程，啟發(fā)學生的粒子觀念。之后，教師可以組織學生進行“少量碳酸鈉溶液試管中滴入澄清石灰水”的實驗，讓學生觀察實驗過程與現(xiàn)象，以圖示法呈現(xiàn)溶液中兩種化合物的交換過程，讓學生感受這一過程中化合物的反應及物質(zhì)變化。之后，借助動畫演示的方法，展示溶液中化合物交換粒子的移動過程。粒子交換的直觀展示給學生造成了嚴重的認知沖擊，促使學生產(chǎn)生強烈探究欲望，也支持學生微觀探究的可視化，進一步促進學生思維發(fā)展。

（四）評析可視化行為

初中化學課堂教學中，教師利用思維可視化開展課堂教學，可以根據(jù)學習目標，對課堂教學中學生的學習過程、學習結(jié)果進行價值判斷，并為教學決策提供服務。初中化學思維可視化課堂教學中，教師利用評價的目的檢驗學習目標的達成情況，反饋學生的學習表現(xiàn)，從而起到激勵、強化的作用。在課堂教學中，教師可以采用思維可視化的方法診斷學生的學習效果，比如，建立圖示、文字描述、符號表征等。在上述的“課題1 生活中常見的鹽”課堂教學中，教師可以利用大屏幕展示溶液內(nèi)兩種化合物交換的過程微粒形式示意圖，讓學生以小組為單位觀察、分析，表達自己的觀點，從而判斷學生是否具備微粒觀、是否理解復分解反應的本質(zhì)。教師也可以根據(jù)本節(jié)課內(nèi)容，設(shè)計復分解反應操作步驟流程圖，讓學生根據(jù)框架自己填充圖示、標記步驟解釋，從而驗證學生思維能力的發(fā)展情況，進一步強化思維可視化教學成效。

二、初中化學中思維可視化的應用踐路徑

初中化學課堂教學中應用思維可視化方法，教師不僅要按照上述方法進行課堂教學設(shè)計，形成主題明確、思路清晰的思維可視化學習支架，更要著重開展課堂教學實踐活動，靈活利用化學知識與化學實驗，構(gòu)建可視化模型，布置相應學習任務，引領(lǐng)、支持學生思維的顯化與發(fā)展。

（一）依托實驗構(gòu)建可視化模型

思維可視化的課堂教學中，教師應緊緊把握“可視化”這一關(guān)鍵，盡可能為學生呈現(xiàn)直觀、具體、生動、形象的化學過程，給學生留下深刻的印象，加強學生對微觀世界的認知、對化學概念的學習。仍以“課題1 生活中常見的鹽”課堂教學為例，教師可以利用可視化的方式，將教材內(nèi)的“實驗11-2”以圖示、動態(tài)畫面的方式呈現(xiàn)出來，構(gòu)建可視化的化學反應模型。在動態(tài)圖示中，展示了碳酸鈉與澄清石灰水兩種物質(zhì)化合物微粒的交換過程，這樣直觀生動的畫面給學生造成直接視覺沖擊，而其中的微粒交換也會給學生留下深刻印象，促使學生深刻理解復分解反應的實質(zhì)，能夠?qū)W會從微觀角度分析化學變化的過程。

（二）利用三重表征凸顯化學思維發(fā)展

三重表征，就是指宏觀表征、微觀表征、符號表征。這三重表征分別指化學學科視域下物質(zhì)的不同維度表現(xiàn)，比如，宏觀表征包含物質(zhì)的整體性質(zhì)變化、物質(zhì)用途變化。再如，微觀表征包含物質(zhì)的微粒及其結(jié)構(gòu)，可以反映物質(zhì)微粒的運動狀態(tài)。符號表征，則是以化學方程式的形式反映物質(zhì)情況。宏觀、微觀與符號共同構(gòu)成三重表征框架，契合學生的化學思維發(fā)展規(guī)律，也可以引導學生化學認知遷移與深化。在初中化學課堂教學中，教師采用思維可視化方法開展課堂教學，可以借助宏觀現(xiàn)象說明物質(zhì)變化，之后利用原子與分子的揭示微觀本質(zhì)，并且利用符號表征聯(lián)系微觀與宏觀，進一步促進學生宏觀思維、微觀思維的發(fā)展。以初中化學的“離子反應”為例，教師利用大屏幕播放“電解質(zhì)溶液的導電性”的視頻，呈現(xiàn)宏觀現(xiàn)象;之后引出電離理論、電離方程式，實現(xiàn)宏觀、微觀與符號三重表征的結(jié)合，教師引導學生構(gòu)建“離子反應的三重表征模型”，讓學生的思維實現(xiàn)從宏觀、微觀到整體的遷移。

（三）以認知模型實現(xiàn)思維可視化

思維是一種較為抽象的概念，具有隱性特征。在初中化學學習中，思維方式與思維結(jié)果均可以直接表現(xiàn)出來，唯有思維過程很難捕捉。當學生遇到某個問題時，大腦中會在已有認知的基礎(chǔ)上結(jié)合當前情境與問題進行分析與總結(jié)，最終形成自己的看法與觀點。但是這些觀點的生成過程是存于腦海的。為了讓學生更系統(tǒng)、有效地開展分析活動，形成清晰的認知思路，教師采用思維可視化的方法進行課堂教學，引導學生結(jié)合已有認知構(gòu)建認知模型，實現(xiàn)思維可視化，從而提高學生思維的有序性。以“實驗活動8 粗鹽中難溶性雜質(zhì)的去除”為例，教師可以采用圖示法直接呈現(xiàn)粗鹽精加工的工業(yè)流程圖，設(shè)定情境：“為了讓村民們都吃上精鹽，你應當如何處理粗鹽呢？”引導學生思考，并以思維導圖的方式繪制出完整清晰的思維圖示。學生以小組為單位，自主設(shè)計實驗方案，制作實驗流程圖，這一過程中形成清晰的認知流程圖，形成可視化認知模型，進一步促進學生思維發(fā)展。

（四）利用學習任務支持學生思維顯化

初中化學課堂教學中，教師要想進一步強化思維的可視化過程，外顯出學生的問題分析與解答過程，就可以采用任務驅(qū)動法，引導學生對客觀事物進行分析，促使學生的認識思路外顯化。教師可以根據(jù)課程內(nèi)容先引入不同的化學現(xiàn)象，之后根據(jù)學生水平與能力設(shè)置學習任務，支持學生思考，并且要求學生以語言表達自己的想法、以文字與符號繪制自己的思考過程，實現(xiàn)內(nèi)隱思維的外顯化。仍舊以“實驗活動8 粗鹽中難溶性雜質(zhì)的去除”為例，本節(jié)課主要內(nèi)容是組織學生參與粗鹽提純的實驗活動，讓學生通過自主設(shè)計與操作實驗，踐行氧化還原反應、復分解反應，形成對有關(guān)現(xiàn)象的分析與解釋思維。教師提出“我們印象中海水的味道”“粗鹽與精鹽的不同”等基本背景，創(chuàng)設(shè)任務情境，聯(lián)動學生已有經(jīng)驗、之后，教師設(shè)置任務為：（1）請同學們分享自己印象中海水的味道，講一講自己經(jīng)歷的相關(guān)事情。（2）嘗試預測海水的成分，將成分寫到導學案中連接形成圖示結(jié)構(gòu)。（3）請大家嘗試用電離方程式表示海水中氯化鈉、氯化鎂、氯化鈣、硫酸鎂等物質(zhì)的存在形式，并且完成表格。

三、結(jié)束語

綜上所述，思維可視化是一種較為直觀的教學方式，既可以讓學生在學習活動中的思維過程顯現(xiàn)出來，也可以以直觀模型引領(lǐng)學生思維發(fā)展。根據(jù)本次研究分析，可以發(fā)現(xiàn)，思維可視化在教學中應用，是以學科知識為載體、以思維外顯形式為手段，系統(tǒng)培養(yǎng)學生的學科思維，促使學生逐漸形成思考、歸納、推理、分析的能力，具備高效學習能力。在今后的初中化學課堂教學中，教師要想充分發(fā)揮思維可視化應用效用，就應當先確定化學教學主題與教學內(nèi)容，根據(jù)課程知識搭建可視化支架;在課堂教學活動中，可以利用化學實驗輔助構(gòu)建可視化模型，也可以利用認知模型實現(xiàn)學生思維的可視化，多角度引導學生深入探索與學習，踧踖學生思維發(fā)展。

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（課題項目：本文為甘肅省教育科學“十四五”規(guī)劃2022年度一般課題“思維可視化在初中物理教學中的應用研究”的階段性成果，課題立項號GS[2022]GHB0674）