思维可视化在初中化学教学中的应用

【摘

要】新课程改革视域下，我国教育对初中化学教学的要求不断提高，如何充分发挥学生的主体性，引领学生化学思维能力形成与发展是教师应当重点思考的问题。思维可视化教学是初中化学教师提出的有效教学方法，主要是引导学生深入思考，以可视化的方式构建化学知识模型、显化思维路径，进一步梳理学生化学学习的思维过程，支持学生思维能力的提高。本文根据人教版初中化学教材内容，分别从应用设计方法、应用实践路径两个维度入手，对思维可视化在教学中的应用进行深入探究。【关键词】初中化学;思维可视化;方法根据初中化学新课程标准要求，“认知模型”是一种重要的思维方式，可以细分为物质模型与思维模型。化学思维模型，就是指学生从化学角度认识事物、探索现象、解决问题的过程的思维模式。在课堂教学中，教师采用合适的方法将思维方法、思维路径以视觉形式呈现出来，形成可视化的思维模型，能够进一步提升思维的直观化水平，进一步激发学生的学习兴趣，提高学生的化学学习效率。在实际过程中，教师要想有效运用思维可视化教学方法，既要根据课程内容优化设计可视化教学活动，搭建可视化支架;也要借助实验构建可视化模型，利用三重表征凸显化学思维发展，支持学生思维可视化。一、初中化学中思维可视化的应用设计方法（一）明确化学课堂教学主题在初中化学课堂教学中应用思维可视化，最首要的是明确课堂教学主题，这样才能更有效地落实学习目标，确保思维可视化教学的高效性。教师可以根据教材内容，在明确教材内容的基础上，根据学习目标、教学板块，提取本节课的教学主题，以主题为线索贯穿课堂教学始终。在主题串联的教学活动中，学生能够遵循学习目标导向，通过完成各项活动逐步推进学习深度，落实学习目标。以人教版九年级上册第三单元的“课题1分子和原子”为例，本节课主要内容是分子、原子的概念与性质。本节课教学目标为：学生知道分子是保持物质化学性质的最小粒子、原子是化学变化中的最小粒子;学生通过学习掌握类比、模型等科学方法，形成抽象思维能力、想象思维能力、分析思维能力与逻辑思维能力。按照教学内容与学习目标，结合教材内的基础知识板块与实验板块，本节课应用思维可视化开展课堂教学，主题可提炼为“最小粒子”。精准鲜明的主题，是进一步构建思维可视化学习支架，构建可视化模型的基础。（二）根据课标确定最高要求初中利用思维可视化方法开展课堂教学，教师提取主题之后，应当进一步明确课标要求，分析教材内容，深入发掘本节课学科素养内涵，为思维可视化教学提供导向依据。教师可以根据学生现有认知水平，结合本节课教学内容，进一步明确本节课学生最近发展区范围，确定学生思维所能够达到的水平高度。比如：“课题1分子和原子”这节课中，学生刚接触化学，本身不具备微观思维与粒子概念，此时教师可以根据课标要求，明确提出对学生的要求为：“认识微观世界”“能够从微观角度出发看待事物”，并且明确学生当前能够达到的最高水平为“理解原子与分子之间的关系，通过原子与分子模型初步认识微观世界”。（三）搭建可视化支架有效的初中化学课堂教学是由多个教学环节共同构成的。教师应以发挥学生学习主体性为方向，创设丰富、直观的学习环节，设计相应活动。教师考虑学生需要，以引领学生理解化学知识、引导学生思维发展为方向，搭建可视化学习支架。在学习支架的支持下，学生能够直观理解知识，也能够形成更清晰的学习思路，有助于学生学科思维的发展。以人教版九年级下册第十一单元的“课题1生活中常见的盐”教学为例，为了让学生深度理解“复分解反应”，教师可以利用电子信息软件，给学生展示氯化钠晶体、氯化钠溶液、纯净水、盐酸溶液等不同物质的导电情况，并且以折线图、模拟粒子结构图直观展示导电过程，启发学生的粒子观念。之后，教师可以组织学生进行“少量碳酸钠溶液试管中滴入澄清石灰水”的实验，让学生观察实验过程与现象，以图示法呈现溶液中两种化合物的交换过程，让学生感受这一过程中化合物的反应及物质变化。之后，借助动画演示的方法，展示溶液中化合物交换粒子的移动过程。粒子交换的直观展示给学生造成了严重的认知冲击，促使学生产生强烈探究欲望，也支持学生微观探究的可视化，进一步促进学生思维发展。（四）评析可视化行为初中化学课堂教学中，教师利用思维可视化开展课堂教学，可以根据学习目标，对课堂教学中学生的学习过程、学习结果进行价值判断，并为教学决策提供服务。初中化学思维可视化课堂教学中，教师利用评价的目的检验学习目标的达成情况，反馈学生的学习表现，从而起到激励、强化的作用。在课堂教学中，教师可以采用思维可视化的方法诊断学生的学习效果，比如，建立图示、文字描述、符号表征等。在上述的“课题1生活中常见的盐”课堂教学中，教师可以利用大屏幕展示溶液内两种化合物交换的过程微粒形式示意图，让学生以小组为单位观察、分析，表达自己的观点，从而判断学生是否具备微粒观、是否理解复分解反应的本质。教师也可以根据本节课内容，设计复分解反应操作步骤流程图，让学生根据框架自己填充图示、标记步骤解释，从而验证学生思维能力的发展情况，进一步强化思维可视化教学成效。二、初中化学中思维可视化的应用践路径初中化学课堂教学中应用思维可视化方法，教师不仅要按照上述方法进行课堂教学设计，形成主题明确、思路清晰的思维可视化学习支架，更要着重开展课堂教学实践活动，灵活利用化学知识与化学实验，构建可视化模型，布置相应学习任务，引领、支持学生思维的显化与发展。（一）依托实验构建可视化模型思维可视化的课堂教学中，教师应紧紧把握“可视化”这一关键，尽可能为学生呈现直观、具体、生动、形象的化学过程，给学生留下深刻的印象，加強学生对微观世界的认知、对化学概念的学习。仍以“课题1生活中常见的盐”课堂教学为例，教师可以利用可视化的方式，将教材内的“实验11-2”以图示、动态画面的方式呈现出来，构建可视化的化学反应模型。在动态图示中，展示了碳酸钠与澄清石灰水两种物质化合物微粒的交换过程，这样直观生动的画面给学生造成直接视觉冲击，而其中的微粒交换也会给学生留下深刻印象，促使学生深刻理解复分解反应的实质，能够学会从微观角度分析化学变化的过程。（二）利用三重表征凸显化学思维发展三重表征，就是指宏观表征、微观表征、符号表征。这三重表征分别指化学学科视域下物质的不同维度表现，比如，宏观表征包含物质的整体性质变化、物质用途变化。再如，微观表征包含物质的微粒及其结构，可以反映物质微粒的运动状态。符号表征，则是以化学方程式的形式反映物质情况。宏观、微观与符号共同构成三重表征框架，契合学生的化学思维发展规律，也可以引导学生化学认知迁移与深化。在初中化学课堂教学中，教师采用思维可视化方法开展课堂教学，可以借助宏观现象说明物质变化，之后利用原子与分子的揭示微观本质，并且利用符号表征联系微观与宏观，进一步促进学生宏观思维、微观思维的发展。以初中化学的“离子反应”为例，教师利用大屏幕播放“电解质溶液的导电性”的视频，呈现宏观现象;之后引出电离理论、电离方程式，实现宏观、微观与符号三重表征的结合，教师引导学生构建“离子反应的三重表征模型”，让学生的思维实现从宏观、微观到整体的迁移。（三）以认知模型实现思维可视化思维是一种较为抽象的概念，具有隐性特征。在初中化学学习中，思维方式与思维结果均可以直接表现出来，唯有思维过程很难捕捉。当学生遇到某个问题时，大脑中会在已有认知的基础上结合当前情境与问题进行分析与总结，最终形成自己的看法与观点。但是这些观点的生成过程是存于脑海的。为了让学生更系统、有效地开展分析活动，形成清晰的认知思路，教师采用思维可视化的方法进行课堂教学，引导学生结合已有认知构建认知模型，实现思维可视化，从而提高学生思维的有序性。以“实验活动8粗盐中难溶性杂质的去除”为例，教师可以采用图示法直接呈现粗盐精加工的工业流程图，设定情境：“为了让村民们都吃上精盐，你应当如何处理粗盐呢？”引导学生思考，并以思维导图的方式绘制出完整清晰的思维图示。学生以小组为单位，自主设计实验方案，制作实验流程图，这一过程中形成清晰的认知流程图，形成可视化认知模型，进一步促进学生思维发展。（四）利用学习任务支持学生思维显化初中化学课堂教学中，教师要想进一步强化思维的可视化过程，外显出学生的问题分析与解答过程，就可以采用任务驱动法，引导学生对客观事物进行分析，促使学生的认识思路外显化。教师可以根据课程内容先引入不同的化学现象，之后根据学生水平与能力设置学习任务，支持学生思考，并且要求学生以語言表达自己的想法、以文字与符号绘制自己的思考过程，实现内隐思维的外显化。仍旧以“实验活动8粗盐中难溶性杂质的去除”为例，本节课主要内容是组织学生参与粗盐提纯的实验活动，让学生通过自主设计与操作实验，践行氧化还原反应、复分解反应，形成对有关现象的分析与解释思维。教师提出“我们印象中海水的味道”“粗盐与精盐的不同”等基本背景，创设任务情境，联动学生已有经验、之后，教师设置任务为：（1）请同学们分享自己印象中海水的味道，讲一讲自己经历的相关事情。（2）尝试预测海水的成分，将成分写到导学案中连接形成图示结构。（3）请大家尝试用电离方程式表示海水中氯化钠、氯化镁、氯化钙、硫酸镁等物质的存在形式，并且完成表格。三、结束语综上所述，思维可视化是一种较为直观的教学方式，既可以让学生在学习活动中的思维过程显现出来，也可以以直观模型引领学生思维发展。根据本次研究分析，可以发现，思维可视化在教学