基于思维导图促进高中生“证据推理与模型认知”素养的研究

管臻英

摘 要：化学是高中阶段的基础课程之一，主要研究物质的组成、性质、结构以及变化规律。新课改将证据推理与模型认知素养列为化学核心素养之一，要求培养学生的缜密的逻辑推理能力和严谨的科学态度，帮助学生建立化学认知模型，这对高中化学教学提出了新的要求。本文首先阐述了思维导图构成，证据推理与模型认知素养的内涵，并以实际教学案例进行分析。

关键词：思维导图;高中化学;证据推理与模型认知

引言：根据《普通高中化学课程标准（2017年版）》的要求，将证据推理与模型认知列为化学核心素养之一。化学是一门以实验为基础的学科，通过化学实验展现物质发展规律，激发学生的好奇心和求知欲，通过实验培养学生的科学思维，从而提高学生的化学核心素养，为学生的终身发展奠定基础。由于高中化学知识点涉及内容比较广，并与现代生活紧密联系在一起，需要学生具备一定的逻辑推理能力。通过培养学生的证据推理与模型认知素养，有助于加强学生对化学知识的理解，提升学生的逻辑推理能力。将思维导图应用在高中化学证据推理与模型认知素养的培养环节，可以充分利用思维导图的直观性、便捷性，加深学生对学习知识的认识和理解。

1.思维导图与证据推理与模型认知素养概述

1.1思维导图

思维导图是一种图像式思维工具以及一种利用图像式思考辅助工具，最开始应用在特殊教育领域。上个世纪八十年代传入到我国，主要帮助学生克服学习障碍。它用一个中央关键词或者想法，利用线条、颜色、图形以及关键词，将各个中心词之间的关系表现出来，结合人类认知的特点和学习规律，模仿人脑学习方式，缩短文字数量，便于人的理解和记忆。思维导图主要由中心主题、关键词、线条、颜色、图片五部分构成。中心主题属于整个思维导图的中心地位，并在中心主题基础上延伸二级主题、三级主题等;关键词主要用来表示中心主题的分支，突出思维导图的层次性;线条是从思维导图的中心主题向下一级关键词的延伸，有助于各级关键词的梳理，线条粗细根据思维导图的内容进行选择;色彩主要用来区分思维导图不同分支，也可以吸引学生的注意力;图片可以给学生直观的认识，带来感官上的刺激[1]。

1.2证据推理与模型认知

化学核心素养是学生在学习化学过程中逐渐发展并解决化学问题过程中表现出来的关键素养，一定程度上反映了学生从化学角度認识客观事物的方法和水平。根据《普通高中化学课程标准（2017年版）》的要求，化学核心素养包括宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知、实验探究与创新意识、科学精神与社会责任五个方面。证据推理与模型认知是要求学生具备初步收集各种证据，对物质的性质与化学现象进行分析推理，并根据已有的证据和结论明确两者之间的逻辑关系，能够灵活运用各种模型描述化学现象，并预测物质与变化的结果，根据物质变化的信息建立模型。证据推理与模型认知化学素养是要求学生根据证据对问题进行假设、推理、验证以及建立模型的过程。化学模型是根据化学知识构建，用来帮助学生理解化学抽象知识，揭示化学客观科学规律。

2.基于思维导图促进高中生“证据推理与模型认知”素养策略

2.1基于证据推理与模型认知素养教学思路

根据高中化学“证据推理与模型认知”素养的要求，利用思维导图教学的时候，首先要培养学生的问题意识，根据所学知识提出疑问，然后带着疑问去分析问题、收集相关证据，最后提出假设，最后进行推理论证。化学模型的建立需要学生根据所学的化学物质的性质和特点，构建化学模型，并用模型解决实际问题[2]。

2.2基于思维导图培养学生“证据推理与模型认知”素养方案

本文以高中化学必修课程《物质的量在化学方程式计算中的应用》这一课时为例，将思维导图应用在培养学生“证据推理与模型认知”素养的教学设计。这节课的重点是让学生掌握物质的量在化学反应方程式计算中的变换与应用，数学化学计算的常用方法。物质的量化学计算是高中化学计算的核心内容，通过第一节课程学生已经学习了物质的量的含义，物质的量与摩尔质量的关系，气体摩尔体积与物质的量浓度换算关系，并进行化学方程式的计算。但是学生在计算的时候，常用质量解答问题，化学计算题物质成分复杂，质量解题方式增加了学生的计算难度。

2.3教学过程设计

【课堂导入】通过前面章节的学习，我们已经知道构成物质的粒子数和物质质量之间的关系，那么这节课我们将学习如何将物质的量应用在化学方程式的计算。

上课前，教师将化学方程式2Na+2H2O=2NaOH+H2陈述在黑板，让学生根据学过的知识，标出各个物质之间化学计量数、粒子数和物质的量之比。分析教师列出的化学方程式，根据相关的物理量找出这些物理量之间的关系。

2Na+2H2O=2NaOH+H2

化学计量数之比 2 2 2 1

粒子数之比 2 2 2 1

物质的量之比 2mol 2mol 2mol 1mol

根据上述内容，可以得出化学方程式中各物质的化学计量数之比等于各物质的物质的量之比。通过物质的量（n）、摩尔质量（M）、物质的量浓度（c）和气体摩尔体积（Vm）几个物质量之间的关系，并建立以下数学模型：

通过物质的量网络模型，可以让学生直观了解到物质的量之间的联系，并将其应用在具体的计算中，提高学生的化学综合应用能力[3]。

【练习】将6.5g锌放入到足量的盐酸中，如果锌与盐酸发生完全反应，请计算出6.5g锌的物质的量，参与反应的盐酸的物质的量以及产生氢气的体积（标准状况下）

【解题提示】根据题目的内容，学生必须列出锌与盐酸的化学方程式，然后根据已知的物理量换算成物质的量。

锌与盐酸的反应：Zn+2HCl=ZnCl2+H2

化学计量数之比：1 2 1    1

物质的量之比： 1mol 2mol 1mol 1mol

根据题目的要求，要计算6.5g锌的物质的量，则n=m/M，将数据带入公式得出：6.5g/65（g/mol）=0.1mol;锌与盐酸发生化学反应的物质的量不能按照上述公式进行计算，根据化学方程式，可以得出参与反应盐酸的物质的量是锌的物质的量的2倍，锌的物质的量是0.1mol，那么参与反应盐酸的物质的量就是0.2mol;氢气的体积计算公式n=V/Vm，其中Vm=22.4L/mol，锌的物质的量和氢气的物质的量之比为1：1，可以得出氢气的物质的量是0.1mol，那么可以得出氢气的体积V=0.1mol×22.4L/mol=2.24L

【思考】根据上述题目，以物质的量为中心的化学计算题有什么规律？

【教师总结】根据化学方程式可以建立以下数学模型

结束语：综上所述，将思维导图应用在高中化学教学环节，可以充分利用思维导图的直观性，展现化学物质的特点与变化，让学生收集相关证据，对物质的量以及变化提出假设，在假设基础上进一步推理，建立知识模型解决化学难题。

参考文献

[1]蒋伟玲.基于思维导图促进高中生“证据推理与模型认知”素养的研究[D].湖南：湖南师范大学，2019.

[2]陈艳，李发顺.”速率-平衡”图像问题解决模型构建的教学思考[J].化学教与学，2019，（12）：11-15.

[3]成际宝，高翔.利用思维导图提升学生化学核心素养的探索——以”金属钠的性质与应用”为例[J].化学教学，2017，（5）：41-45.