基于思维可视化的化学用语教学策略

张美婷 刘秋芳

摘 要 化学用语是初中化学教学的难点、学生的分化点。思维可视化可将原本内隐的的思维方式有策略地外显，使其清晰可见，易于吸引学生注意力，激发学生主动思维，降低学习的难度。通过思维模型、联系微粒模型、图示类比等思维可视化策略的建构与应用，可提高化学用语的学习效率，提升学生的思维品质。

关键词 初中化学 化学用语 思维可视化 化学式 教学策略

一、问题的提出

思维是大脑对信息加工的过程。认知心理学中的“双重编码理论”认为：人拥有两个独立又相互联系的信息加工系统，即用于加工言语材料的语义系统和用于加工图示材料的视觉系统。研究表明，人在进行信息加工时具有图像优势效应，即与以文字呈现的信息相比，人更容易记住以图示呈现的信息[1]。视觉是高效的感觉通道，可见，知识内容的呈现方式直接影响学习的科学性和效率。在教学过程中，以图示或图示组合的方式把原本不可见的思维路径、结构、方法有策略地呈现出来，使其清晰可见，即思维可视化[2]，可以科学地提高学生的学习效率和思维品质。

初中化学是化学的启蒙阶段，学生会初步接触到多种化学符号，如元素符号、离子符号、化合价等，以及出现在原子结构示意图、离子结构示意图、化学式、化学方程式等当中的化学符号。这些化学符号是初中化学的基础知识，是学生学习化学的重要工具。但是，化学用语又是化学界“约定俗成”的专业用语，既抽象，又严密，在教材中的分布较为集中，因此，也是学生在初中学习的难点、分化点。化学用语掌握的熟练程度直接影响学生化学学科的学业水平。

究其原因，化学用语常被认为是一些符号、代号，是一个孤立的知识，更多通过“死记硬背”进行学习。事实上，化学用语既可以从宏观表征物质的组成、性质、变化与用途，又可以从微观解释各种纷繁复杂的物质及其反应的共性、特性和规律[3]。正确认识化学用语的重要意义并发挥其优势，在教学上就能取得较大突破，帮助学生攻克学习难点。实践表明，引导学生自主构建思维模型、将符号与微观结构图有机联系、运用图示类比等思维可视化策略的应用，有助于学生熟练掌握化学用语，提高学生化学学科的学业水平。

二、设计策略与流程

化学用语之间有着一定的联系，元素符号是基础符号，要通过化学式来巩固;化学方程式是化学用语的集中体现，要通过化学式来表示。可见，化学式是化学用语的关键符号。人教版九年级化学教材（2011年版）第四单元课题4“化学式与化合价”第一课时的学习目标是了解化学式及其意义，知道化学式的书写规则和读法。学生在第三单元已学习了分子、原子、离子、元素等概念和以元素符號为核心的化学用语，在第五单元即将学习“化学方程式”这一最重要的化学用语。因此，“化学式与化合价”这一课题的教与学起着承上启下的关键作用。这节课笔者在学生已有的知识经验基础上，以充分调动学生主动思维为主旨开展教学，设计的教学流程如图1所示：

三、教学过程与意图

（一）任务一：追溯化学史，了解化学式概念

[引入] 化学史：水的化学符号的“前世今生”，如图2所示：

设计意图：利用有关水的化学符号发展的科学史实，让学生感受研究的历程是从物质的宏观性质到微观构成不断深入，体会化学符号是一种简便的表示方法，是不断发展的、科学的符号，初步感悟化学符号（化学式）的重要意义。

[教师] 化学式是高度简约概括的符号，是国际通用的化学语言，在我们身边随处可见。

[投影] 包含化学式的药品、食品、化肥、手机的空气质量日报等图片。

[学生活动] 结合投影图片自主阅读课本第83页第一二段内容，归纳化学式的概念。

[教师] 引导学生分析化学式概念，如图3所示：

设计意图：在学生自主阅读、归纳的基础上，教师引导其分析概念要素，通过精心设计的板书，使知识可视化。经过这样的思维加工，可以增进学生对化学概念的理解，让学生初步明确化学式包含物质宏观与微观两方面的意义。

（二）任务二：构建思维模型，突破化学式意义

[讨论1] ①根据化学式的概念，以水的化学式“H2O”为例，说一说它的意义;②哪些是宏观意义，哪些是微观意义？

[讨论2] 模仿“H2O”的意义，说一说“CO2”的意义。

[讨论3] 根据“H2O”“CO2”的意义，试着归纳出化学式的意义。

[投影] 化学式的意义（见表1）。

[练习] 请你说一说“P2O5”的含义。

设计意图：化学学科核心素养“证据推理与模型认知”要求：知道通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系，建立认知模型，并能运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律[4]4。建构思维模型是对化学知识进行科学梳理、提炼概括，使之系统化，降低解决化学问题的难度。思维模型的建构不是一蹴而就的，需要在学生主动思维的基础上逐步建构。本教学环节思维模型建构流程如图4所示。

以H2O的含义为模型，模仿说出CO2含义，可使学生在探究中建立解决问题的思维，最终能够概括出化学式的意义，形成思维模型，而该思维模型又将成为学生迁移解决新问题的基础。通过探究活动建构思维模型可使内隐的思维过程外显，形成解决此类问题的程序性知识[5]。

（三）任务三：联系微粒模型，辨析化学符号

[讨论1] 符号H、2H、H2、2H2各具有何意义并完成表格。

[投影] 见表2。

[讨论2] 观察化学符号周边的数字，你有什么发现？请试着归纳出化学符号周边数字的含义。

[讨论3] 若用“?”表示氢原子，请你在方框中画出下列符号表示的微观粒子示意图（见图5）。

[讨论4] H2和H2O中均含有氢分子，这种说法对吗？为什么？

[教师] 引导学生应用微粒模型图进行辨析（见图6）。

设计意图：化学学科核心素养“宏观辨识与微观探析”强调能从宏观与微观相结合的视角分析与解决实际问题[4]3。化学用语是连接化学宏观现象与微观世界的桥梁，是物质组成的高度简约概括的符号系统，也是学习化学和进行化学思维的最基本的工具。化学符号有丰富的内涵，可用于描述化学宏观现象与微观世界。因此，在教学中强化“宏观—微观—符号”的结合，让学生作图，经历知识的形成。利用可视化的微粒模型图，增强学生的直观感受，使学生学会从微观水平分析、揭示物质及其变化的规律与本质，从而正确辨析化学符号，实现“宏观—微观—符号”认知水平的自由转换，形成化学学科特有的基本视角和思维方式。

（四）任务四：运用图示类比，归纳化学式的书写和读法

[展示] 黑板上无规则摆放包含如图7的化学式信息磁贴卡片。

[教师] 请根据物质的分类对卡片上常见的物质进行分组归类。

[学生] ①各小组合作完成，推选两位学生在黑板上进行分类;②研读课本第84页内容，结合卡片分类，找出“化学式的书写和读法”的一般规则。

[投影] 多媒体依次展示化学式的书写和读法，并引导学生总结规律，如图8所示：

设计意图：类比是思维之源。通过类比，可以自然而然地将学习者的原有经验和需要学习的新知识通过某种微妙的相似性建立起联接，从而有效地理解新知识。在前面的学习中，学生已学习过物质的分类，也接触到了一些常见物质的化学式，此时以可视化的磁吸卡片的形式罗列出物质名称和化学式，在分类的基础上对同类物质进行类比，学生很容易自己找到其中的规律，能深刻理解知识，提高学习效率。

（五）任务五：学以致用，形成科学认知

[练习与应用] ①读出以下化学式的名称：Mg、Cl2、MnO2、KI;②书写化学式：四氧化二氮、一氧化碳、氯化银、氧化镁。

[拓展迁移] 聚焦新闻：2012年伦敦奥运会，年仅15岁的叶诗文获得女子400米个人混合泳冠军（打破了世界记录）和女子200米个人混合泳冠军（打破奥运会记录），被称为1978年后国际泳坛最年轻的世界冠军。可是一些媒体却提出质疑，一则钓鱼微博称“教练承认让叶诗文服用一种名为一氧化二氢的液体物质，以提高体能”。众多不明真相的网友转发，甚至有网友还指责中国游泳队。那么，请同学们思考，一氧化二氢真是违禁药品吗？

[学生] 思考、回答。

[教师] 同学们，你们的年龄和当时的叶诗文相仿，虽然还不能像她那样为国争光，但是可以用知识武装自己，揭穿谣言的面纱，让谣言止步，为维护国家尊严做出应有的贡献。

[课后活动] 观察家里的一些常见物品（如调味剂、饮品、药品等）的标签说明，试着写一写所含物质的化学式或名称，并说一说物品的用途。

设计意图：通过练习，检测学生学习情况，使知识内化。在“聚焦新闻”中，让学生感受化学知识的应用价值，体会学习的意义，培养学生科学的认知，增强学生的社会责任感。

四、反思与感悟

（一）以“生活化”为情境，激发学生情感

无情感，不认知。情感是学习的动力。课例通过食品、医疗、环境、农业等图片中有关化学符号的学习让学生感受学习化学式的意义，感知化学用语的高度概括之美和实际应用价值，可激发学生学习的兴趣。以和学生年龄相仿的叶诗文的遭遇为例，更能激发学生的社会责任感和正义感。学生运用所学知识做出正确的价值判断，揭穿谣言的面纱，更有成就感。生活化情境的创设能让学生体会到化学知识的价值和社会意义，对培养学生“科学态度与社会责任”这一核心素养有很大益处。

（二）以“学生为中心”，引导学生积极主动建构知识

建构主义主张在学生已有知识经验的基础上让学生自己建构新知识，而不是被动地接收信息。新课程倡导“自主、合作、探究式学习”，让学生成为学习的主人。课堂教学设计结合知识特点，依据学生已有的知识经验，设计不同的可视化教学情境，可以使知识更加直观和生动，易于吸引学生注意力，有利于降低学习的难度。在可视化情境中，通過任务的驱动，激发学生主动思维，让学生积极主动地建构知识，从而使学生形成高层次的关键能力和必备品格，发展学生的核心素养。

[参 考 文 献]

[1]梅耶.应用学习科学：心理学大师给教师的建议[M].盛群力，丁旭，钟丽佳，译.北京：中国轻工业出版社，2016：31.

[2]刘濯源.思维可视化：减负增效的新支点[J].中小学管理，2014，283（6）：10.

[3]赵路.基于三重表征的化学复习课的研究：以“元素与物质组成的表示”的复习为例[J].化学教与学，2019，495（3）：55.

[4]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[5]刘洋，胡久华，于静.基于思维模型建构的“物质检验”初中复习教学研究[J].化学教育（中英文），2018，39（21）：35.

（责任编辑：赵晓梅）