思維可視化在初中化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

【摘

要】新課程改革視域下，我國(guó)教育對(duì)初中化學(xué)教學(xué)的要求不斷提高，如何充分發(fā)揮學(xué)生的主體性，引領(lǐng)學(xué)生化學(xué)思維能力形成與發(fā)展是教師應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)思考的問(wèn)題。思維可視化教學(xué)是初中化學(xué)教師提出的有效教學(xué)方法，主要是引導(dǎo)學(xué)生深入思考，以可視化的方式構(gòu)建化學(xué)知識(shí)模型、顯化思維路徑，進(jìn)一步梳理學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)的思維過(guò)程，支持學(xué)生思維能力的提高。本文根據(jù)人教版初中化學(xué)教材內(nèi)容，分別從應(yīng)用設(shè)計(jì)方法、應(yīng)用實(shí)踐路徑兩個(gè)維度入手，對(duì)思維可視化在教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行深入探究?！娟P(guān)鍵詞】初中化學(xué);思維可視化;方法根據(jù)初中化學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)要求，“認(rèn)知模型”是一種重要的思維方式，可以細(xì)分為物質(zhì)模型與思維模型?；瘜W(xué)思維模型，就是指學(xué)生從化學(xué)角度認(rèn)識(shí)事物、探索現(xiàn)象、解決問(wèn)題的過(guò)程的思維模式。在課堂教學(xué)中，教師采用合適的方法將思維方法、思維路徑以視覺(jué)形式呈現(xiàn)出來(lái)，形成可視化的思維模型，能夠進(jìn)一步提升思維的直觀化水平，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)效率。在實(shí)際過(guò)程中，教師要想有效運(yùn)用思維可視化教學(xué)方法，既要根據(jù)課程內(nèi)容優(yōu)化設(shè)計(jì)可視化教學(xué)活動(dòng)，搭建可視化支架;也要借助實(shí)驗(yàn)構(gòu)建可視化模型，利用三重表征凸顯化學(xué)思維發(fā)展，支持學(xué)生思維可視化。一、初中化學(xué)中思維可視化的應(yīng)用設(shè)計(jì)方法（一）明確化學(xué)課堂教學(xué)主題在初中化學(xué)課堂教學(xué)中應(yīng)用思維可視化，最首要的是明確課堂教學(xué)主題，這樣才能更有效地落實(shí)學(xué)習(xí)目標(biāo)，確保思維可視化教學(xué)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(xué)習(xí)目標(biāo)、教學(xué)板塊，提取本節(jié)課的教學(xué)主題，以主題為線(xiàn)索貫穿課堂教學(xué)始終。在主題串聯(lián)的教學(xué)活動(dòng)中，學(xué)生能夠遵循學(xué)習(xí)目標(biāo)導(dǎo)向，通過(guò)完成各項(xiàng)活動(dòng)逐步推進(jìn)學(xué)習(xí)深度，落實(shí)學(xué)習(xí)目標(biāo)。以人教版九年級(jí)上冊(cè)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(xué)目標(biāo)為：學(xué)生知道分子是保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小粒子、原子是化學(xué)變化中的最小粒子;學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)掌握類(lèi)比、模型等科學(xué)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(xué)內(nèi)容與學(xué)習(xí)目標(biāo)，結(jié)合教材內(nèi)的基礎(chǔ)知識(shí)板塊與實(shí)驗(yàn)板塊，本節(jié)課應(yīng)用思維可視化開(kāi)展課堂教學(xué)，主題可提煉為“最小粒子”。精準(zhǔn)鮮明的主題，是進(jìn)一步構(gòu)建思維可視化學(xué)習(xí)支架，構(gòu)建可視化模型的基礎(chǔ)。（二）根據(jù)課標(biāo)確定最高要求初中利用思維可視化方法開(kāi)展課堂教學(xué)，教師提取主題之后，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步明確課標(biāo)要求，分析教材內(nèi)容，深入發(fā)掘本節(jié)課學(xué)科素養(yǎng)內(nèi)涵，為思維可視化教學(xué)提供導(dǎo)向依據(jù)。教師可以根據(jù)學(xué)生現(xiàn)有認(rèn)知水平，結(jié)合本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)一步明確本節(jié)課學(xué)生最近發(fā)展區(qū)范圍，確定學(xué)生思維所能夠達(dá)到的水平高度。比如：“課題1分子和原子”這節(jié)課中，學(xué)生剛接觸化學(xué)，本身不具備微觀思維與粒子概念，此時(shí)教師可以根據(jù)課標(biāo)要求，明確提出對(duì)學(xué)生的要求為：“認(rèn)識(shí)微觀世界”“能夠從微觀角度出發(fā)看待事物”，并且明確學(xué)生當(dāng)前能夠達(dá)到的最高水平為“理解原子與分子之間的關(guān)系，通過(guò)原子與分子模型初步認(rèn)識(shí)微觀世界”。（三）搭建可視化支架有效的初中化學(xué)課堂教學(xué)是由多個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)共同構(gòu)成的。教師應(yīng)以發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)主體性為方向，創(chuàng)設(shè)豐富、直觀的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)相應(yīng)活動(dòng)。教師考慮學(xué)生需要，以引領(lǐng)學(xué)生理解化學(xué)知識(shí)、引導(dǎo)學(xué)生思維發(fā)展為方向，搭建可視化學(xué)習(xí)支架。在學(xué)習(xí)支架的支持下，學(xué)生能夠直觀理解知識(shí)，也能夠形成更清晰的學(xué)習(xí)思路，有助于學(xué)生學(xué)科思維的發(fā)展。以人教版九年級(jí)下冊(cè)第十一單元的“課題1生活中常見(jiàn)的鹽”教學(xué)為例，為了讓學(xué)生深度理解“復(fù)分解反應(yīng)”，教師可以利用電子信息軟件，給學(xué)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(dǎo)電情況，并且以折線(xiàn)圖、模擬粒子結(jié)構(gòu)圖直觀展示導(dǎo)電過(guò)程，啟發(fā)學(xué)生的粒子觀念。之后，教師可以組織學(xué)生進(jìn)行“少量碳酸鈉溶液試管中滴入澄清石灰水”的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)過(guò)程與現(xiàn)象，以圖示法呈現(xiàn)溶液中兩種化合物的交換過(guò)程，讓學(xué)生感受這一過(guò)程中化合物的反應(yīng)及物質(zhì)變化。之后，借助動(dòng)畫(huà)演示的方法，展示溶液中化合物交換粒子的移動(dòng)過(guò)程。粒子交換的直觀展示給學(xué)生造成了嚴(yán)重的認(rèn)知沖擊，促使學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈探究欲望，也支持學(xué)生微觀探究的可視化，進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展。（四）評(píng)析可視化行為初中化學(xué)課堂教學(xué)中，教師利用思維可視化開(kāi)展課堂教學(xué)，可以根據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)，對(duì)課堂教學(xué)中學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程、學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行價(jià)值判斷，并為教學(xué)決策提供服務(wù)。初中化學(xué)思維可視化課堂教學(xué)中，教師利用評(píng)價(jià)的目的檢驗(yàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成情況，反饋學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)，從而起到激勵(lì)、強(qiáng)化的作用。在課堂教學(xué)中，教師可以采用思維可視化的方法診斷學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，比如，建立圖示、文字描述、符號(hào)表征等。在上述的“課題1生活中常見(jiàn)的鹽”課堂教學(xué)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(guò)程微粒形式示意圖，讓學(xué)生以小組為單位觀察、分析，表達(dá)自己的觀點(diǎn)，從而判斷學(xué)生是否具備微粒觀、是否理解復(fù)分解反應(yīng)的本質(zhì)。教師也可以根據(jù)本節(jié)課內(nèi)容，設(shè)計(jì)復(fù)分解反應(yīng)操作步驟流程圖，讓學(xué)生根據(jù)框架自己填充圖示、標(biāo)記步驟解釋?zhuān)瑥亩?yàn)證學(xué)生思維能力的發(fā)展情況，進(jìn)一步強(qiáng)化思維可視化教學(xué)成效。二、初中化學(xué)中思維可視化的應(yīng)用踐路徑初中化學(xué)課堂教學(xué)中應(yīng)用思維可視化方法，教師不僅要按照上述方法進(jìn)行課堂教學(xué)設(shè)計(jì)，形成主題明確、思路清晰的思維可視化學(xué)習(xí)支架，更要著重開(kāi)展課堂教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，靈活利用化學(xué)知識(shí)與化學(xué)實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建可視化模型，布置相應(yīng)學(xué)習(xí)任務(wù)，引領(lǐng)、支持學(xué)生思維的顯化與發(fā)展。（一）依托實(shí)驗(yàn)構(gòu)建可視化模型思維可視化的課堂教學(xué)中，教師應(yīng)緊緊把握“可視化”這一關(guān)鍵，盡可能為學(xué)生呈現(xiàn)直觀、具體、生動(dòng)、形象的化學(xué)過(guò)程，給學(xué)生留下深刻的印象，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)微觀世界的認(rèn)知、對(duì)化學(xué)概念的學(xué)習(xí)。仍以“課題1生活中常見(jiàn)的鹽”課堂教學(xué)為例，教師可以利用可視化的方式，將教材內(nèi)的“實(shí)驗(yàn)11-2”以圖示、動(dòng)態(tài)畫(huà)面的方式呈現(xiàn)出來(lái)，構(gòu)建可視化的化學(xué)反應(yīng)模型。在動(dòng)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(guò)程，這樣直觀生動(dòng)的畫(huà)面給學(xué)生造成直接視覺(jué)沖擊，而其中的微粒交換也會(huì)給學(xué)生留下深刻印象，促使學(xué)生深刻理解復(fù)分解反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，能夠?qū)W會(huì)從微觀角度分析化學(xué)變化的過(guò)程。（二）利用三重表征凸顯化學(xué)思維發(fā)展三重表征，就是指宏觀表征、微觀表征、符號(hào)表征。這三重表征分別指化學(xué)學(xué)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)。符號(hào)表征，則是以化學(xué)方程式的形式反映物質(zhì)情況。宏觀、微觀與符號(hào)共同構(gòu)成三重表征框架，契合學(xué)生的化學(xué)思維發(fā)展規(guī)律，也可以引導(dǎo)學(xué)生化學(xué)認(rèn)知遷移與深化。在初中化學(xué)課堂教學(xué)中，教師采用思維可視化方法開(kāi)展課堂教學(xué)，可以借助宏觀現(xiàn)象說(shuō)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(hào)表征聯(lián)系微觀與宏觀，進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生宏觀思維、微觀思維的發(fā)展。以初中化學(xué)的“離子反應(yīng)”為例，教師利用大屏幕播放“電解質(zhì)溶液的導(dǎo)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(shí)現(xiàn)宏觀、微觀與符號(hào)三重表征的結(jié)合，教師引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建“離子反應(yīng)的三重表征模型”，讓學(xué)生的思維實(shí)現(xiàn)從宏觀、微觀到整體的遷移。（三）以認(rèn)知模型實(shí)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(xué)學(xué)習(xí)中，思維方式與思維結(jié)果均可以直接表現(xiàn)出來(lái)，唯有思維過(guò)程很難捕捉。當(dāng)學(xué)生遇到某個(gè)問(wèn)題時(shí)，大腦中會(huì)在已有認(rèn)知的基礎(chǔ)上結(jié)合當(dāng)前情境與問(wèn)題進(jìn)行分析與總結(jié)，最終形成自己的看法與觀點(diǎn)。但是這些觀點(diǎn)的生成過(guò)程是存于腦海的。為了讓學(xué)生更系統(tǒng)、有效地開(kāi)展分析活動(dòng)，形成清晰的認(rèn)知思路，教師采用思維可視化的方法進(jìn)行課堂教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合已有認(rèn)知構(gòu)建認(rèn)知模型，實(shí)現(xiàn)思維可視化，從而提高學(xué)生思維的有序性。以“實(shí)驗(yàn)活動(dòng)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(yīng)當(dāng)如何處理粗鹽呢？”引導(dǎo)學(xué)生思考，并以思維導(dǎo)圖的方式繪制出完整清晰的思維圖示。學(xué)生以小組為單位，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，制作實(shí)驗(yàn)流程圖，這一過(guò)程中形成清晰的認(rèn)知流程圖，形成可視化認(rèn)知模型，進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展。（四）利用學(xué)習(xí)任務(wù)支持學(xué)生思維顯化初中化學(xué)課堂教學(xué)中，教師要想進(jìn)一步強(qiáng)化思維的可視化過(guò)程，外顯出學(xué)生的問(wèn)題分析與解答過(guò)程，就可以采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)客觀事物進(jìn)行分析，促使學(xué)生的認(rèn)識(shí)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(xué)現(xiàn)象，之后根據(jù)學(xué)生水平與能力設(shè)置學(xué)習(xí)任務(wù)，支持學(xué)生思考，并且要求學(xué)生以語(yǔ)言表達(dá)自己的想法、以文字與符號(hào)繪制自己的思考過(guò)程，實(shí)現(xiàn)內(nèi)隱思維的外顯化。仍舊以“實(shí)驗(yàn)活動(dòng)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(xué)生參與粗鹽提純的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，讓學(xué)生通過(guò)自主設(shè)計(jì)與操作實(shí)驗(yàn)，踐行氧化還原反應(yīng)、復(fù)分解反應(yīng)，形成對(duì)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(wù)情境，聯(lián)動(dòng)學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)、之后，教師設(shè)置任務(wù)為：（1）請(qǐng)同學(xué)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(yù)測(cè)海水的成分，將成分寫(xiě)到導(dǎo)學(xué)案中連接形成圖示結(jié)構(gòu)。（3）請(qǐng)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(yǔ)綜上所述，思維可視化是一種較為直觀的教學(xué)方式，既可以讓學(xué)生在學(xué)習(xí)活動(dòng)中的思維過(guò)程顯現(xiàn)出來(lái)，也可以以直觀模型引領(lǐng)學(xué)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(xué)