思维可视化在初中化学解题中的应用分析

江小燕

(武夷山市第三中学,福建 武夷山 354300)

1 思维可视化的概略

1.1 思维可视化的含义

思维可视化是一种将抽象思维具象化为形象思维的方法,具体操作是利用一系列图示技术将脑海中不可视的思维如思考方法和思考步骤等呈现为清晰可见的形式[1].基于此,被可视化的思维将更有利于被学生理解与记忆,从而加深学生的知识印象,有效提高学生的学习效率和解题效率.

1.2 思维可视化的分类

思维可视化应用的技术大致分为两种.其一是书面形式的图示技术如思维导图、流程图、概念图或模型图等,这种图示技术已广泛应用于教师解题或教学时的板书,有助于加深学生的课堂印象,从而提高课堂教学或解题教学的效率;其二是利用飞速发展的信息技术优势生成图示的软件技术,常见的软件有XMind和幕布等,这种生成图示的软件技术也多用于现代化教育的课堂上,帮助教师厘清教学思路,从而引导学生完成主动学习和深度学习,提高学习效率.

1.3 思维可视化的应用

1.3.1 思维导图

以沪教版初三化学上册第二章《整理与归纳》的习题训练其中一题为例.

例1现有A、B、C、D 4瓶无色无味的气体,可能是氧气、空气、氮气和二氧化碳,请问怎么用简单的实验方法将四瓶气体区分开来?

首先,在解题教学中,此题目的题意简单以致学生都可以快速理解题目与大致的解题流程;其次,由于题目涉及4瓶无色无味的气体,如果只是在脑海中思考整体方案未免显得缺乏条理性.因此,教师在此时可以引导学生列思维导图,将每一个实验步骤分析而得的结论填入思维导图中,从而帮助学生快速厘清解题思路,完成解题[2].

如图1思维导图所示,解题思维与解题步骤大致分为两个节点.

图1 思维导图

第一个节点是小木条的燃烧情况,根据此可以获得三个实验现象.首先是小木条熄灭的情况,由此可以引导学生推理出该瓶子中装有不可燃烧的气体,可能是二氧化碳或是氮气,由此可以引出第二个节点.其次是小木条燃烧更旺的情况,由此可以引导学生推断出该瓶子中装有氧气.最后是小木条没有变化的情况,由此可以引导学生推理出该瓶子中装的是空气.

在判断完三个情况后,教师将引导学生进入第二个节点,用澄清石灰水遇二氧化碳变浑浊的特性分辨二氧化碳和氮气.

据此,教师便利用可视化的思维导图,一步步引领学生解决实际问题,从而培养学生思维导图的意识,提高学生的思维可视化能力和解题能力,落实化学学科核心素养.

1.3.2 绘制表格

以沪教版初三化学上册《化学变化中的定量计算》中的“观察与思考”为例.

例2工业上电解氧化铝制取金属铝的化学方程式是:

问电解10 t氧化铝最多可以生产多少吨铝?

首先,在解题教学中,此题目已经给出了明确的化学方程式,根据化学方程式,教师可以引导学生绘制相关的表格(见表1),在表格中列明对应的定量关系,从而将数据通过表格可视化呈现.

表1

首先,学生在绘制表格后,需要根据相对原子质量表查询对应物质的相对分子质量,并联系化学方程式的配比确定解题的定量关系,如“2Al2O3”的相对分子质量是Al2O3的2倍即“2×102”,从而获得204的相对分子质量.此后,根据题目所问的“电解10t氧化铝最多可以生产多少吨铝”,学生可以有序地将已知条件和未知条件填入表格之中,而通过可视化的表格呈现,学生可以以此获得数量方程式,从而完成解题.

2 思维可视化的具体作用

2.1 促进解题的具象化

首先,刚学习化学的初中生对化学知识的敏感度和关注度都不足够,因此需要教师在教学中采取创新有效的教学如思维可视化等教学形式,才能有效培养学生的化学思维,提高学生的化学探究能力;其次,因为化学题型的灵活多变和综合应用性强且学生是刚刚接触化学学科,所以此时的初中生并不完全具备相应的抽象思维能力、逻辑推理能力和独立思考的能力.因此,思维可视化的适时引入至解题模式之中,可以帮助学生完成具象化的解题过程,从而完成从形象思维到抽象思维的过渡,促进学生对化学探究方法的掌握和提升,落实化学学科核心素养.

2.2 促进解题的简单化

因为化学学科具有极强的抽象性,所以变幻莫测的化学题对于初次接触化学的学生来说是极其陌生的.而部分化学题由于糅杂了多方面的化学知识,对初中生来说存在一定的难度.许多学生受限于这个高难度的门槛,在化学入门时就消磨掉了所有的化学自信,从而不利于学生后续的化学学习.因此,基于初中生的化学认知发展规律,教师应当坚持以学生为本,坚持从学生的视角和心境出发,完善相关的教学策略,通过引入思维可视化这一解题模式促进题目的简化和思维的有序发展,从而降低解题难度,帮助学生在一步步地分析中掌握所有的题目线索,提高解题效率.

2.3 提高解题的条理性

从初中生化学解题的现状来看,大部分学生由于思维发展不完善导致解题思路混乱,从而不利于提高解题的效率,不能真正落实化学学科核心素养.因此,为了培养学生的逻辑思维和抽象思维,教师应当注重提高学生解题的条理性,促进学生解题走向有序化,可以通过思维可视化的解题模式以厘清学生解题思路,帮助学生借助思维可视化的条理性优势理解解题步骤与成因,从而发展学生的逻辑推理思维和化学素养.

3 提出思维可视化在初中化学解题中的应用策略

3.1 借助信息技术优势辅助思维可视化应用

因为思维可视化应用技术的其中一种就是生成图示的软件技术,所以思维可视化在具体解题的实际应用离不开信息技术的支持.因此,教师为促进思维可视化在初中化学解题中的应用可以充分借助信息技术优势优化思维可视化解题模式的应用,如利用教学动画、教学PPT、教学视频等形式展示解题的直观过程,可以有效激发学生的学习兴趣和积极性,从而提高学生对于思维可视化的掌握程度,提高学生的解题效率和解题能力.

以沪教版初三化学下册《应用广泛的酸碱盐》相关的练习题为例.

例3现有食盐溶液、澄清石灰水、稀硫酸、稀盐酸、氢氧化钠溶液5种失去标签的无色溶液,应该怎样把它们区别开来?

首先,教师在解题教学中带领学生分析题目的题意,引导学生针对食盐溶液、澄清石灰水、稀硫酸、稀盐酸、氢氧化钠溶液这5种溶液展开独立思考或者小组讨论,思考内容包括溶液自身的特质或检验溶液的唯一方法等,从而提高课堂的互动效率和学生的积极性.继而,等待学生完成讨论及思考后,教师可以借助相应的化学实验软件在多媒体上为学生展现每一个检验方法的优劣与可行性.比如,有些学生建议首先用石蕊试液检验5种溶液各自的酸碱性,那么教师就引导学生作出相应假设并在思维导图的软件中设置框架,同时在化学虚拟实验软件上操作,根据直观的虚拟实验现象证明将此分为酸、碱、盐三大类,即酸类有稀硫酸和稀盐酸、碱类有澄清石灰水和氢氧化钠溶液、盐类只剩下食盐溶液;继而学生提议用二氧化碳检验澄清石灰水和氢氧化钠溶液,同时教师也应当在相应的化学实验虚拟软件中完成相应操作并将上述的实验结果记录在思维导图之中,实验现象显示出现浑浊的为澄清石灰水,剩余的即为氢氧化钠溶液;最后,教师引导学生采用氯化钡溶液检验剩下的2瓶酸性溶液,根据稀硫酸和稀盐酸的特性,氯化钡溶液与稀硫酸反应将产生硫酸钡的沉淀,而与稀盐酸就没有沉淀生成.

如此,在教师的化学实验虚拟软件和思维导图记录软件的同时操作之下,学生在解题结束的最后,将会看到一张可视化的实验现象表或思维导图,思维可视化的应用将为学生积累思考过程与思维经验,帮助学生完成从形象思维到抽象思维的过渡,从而培养学生的证据意识,发展学生的逻辑推理能力,落实化学学科核心素养.

3.2 强调学习主体地位辅助思维可视化应用

教师为促进思维可视化在初中化学解题中的应用可以强调学生学习主体的地位,以此辅助思维可视化在具体教学的实际应用.例如,教师可以在解题教学中引入小组合作的形式,通过思维可视化应用与小组合作讨论的辅助以明确学生的学习主体地位,帮助学生促进生生之间的知识交流与碰撞,帮助学生尝试用不同的角度思考问题、培养发散思维以完善思维可视化的呈现,还可以帮助学生提高相应的合作意识和合作能力,从而落实学生的化学素养.

3.3 开展思维专题教学辅助思维可视化应用

教师为促进思维可视化在初中化学解题中的应用可以开展思维专题教学,通过专题训练这一集中性的特训培养学生的逻辑思维、发展学生的推理能力,从而提高思维可视化的应用效率,落实化学学科核心素养,提高学生的学习效率.例如,教师可以根据思维可视化应用技术的分类将化学题型分为两大类,引导学生完成相应的题型训练,帮助学生加深对特定题型和特定思维可视化形式的理解,增强学生的思维可视化应用意识,从而有助于学生在遇到灵活多变的题型时可以冷静下来完成思路分析和思维发展,最终找到题目的突破口完成答题.