甘肅 李云雷 車 琳

思維導(dǎo)圖[上世紀(jì)八十年代，由英國心理學(xué)家托尼·博贊(Tony buzan)提出]，在教育教學(xué)上，它是一種新的思維模式，即教師以“思維導(dǎo)圖”為基點，構(gòu)建以問題學(xué)習(xí)、討論活動為基礎(chǔ)的引導(dǎo)式、探究式學(xué)習(xí)，促使學(xué)生進行“知識建構(gòu)”“知識應(yīng)用”和“意義構(gòu)建”三個層級的研究學(xué)習(xí)，也是應(yīng)課程改革對化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)培育與提升的基本途徑，尤其有助于學(xué)生認(rèn)識事物的全貌和系統(tǒng)性的認(rèn)識事物，構(gòu)建結(jié)構(gòu)化知識體系，而且具有評價思維的維度、深度、批判性和創(chuàng)造性思維能力的重要功能，便于促進高階認(rèn)知，使知識有效內(nèi)化。

為了更好、更快、更高效地落實學(xué)科核心素養(yǎng)，在課堂教學(xué)中教師通過三個不同層級，層層深入，環(huán)環(huán)相扣，由淺及深地引導(dǎo)學(xué)生，通過“思維導(dǎo)圖”形成基本的“知識建構(gòu)”，將瑣碎且難以記憶的化學(xué)知識形成一個完整的體系；通過讓學(xué)生不斷練習(xí)對應(yīng)習(xí)題，提升學(xué)生“知識應(yīng)用”的能力，提高學(xué)生從多角度認(rèn)識外界事物的思維及能力，從而更好地在實踐應(yīng)用層面上對所學(xué)內(nèi)容做更深地理解，學(xué)生通過實踐—認(rèn)識—實踐，不斷質(zhì)疑、分析、討論再實踐的過程，自然形成了對所學(xué)知識體系的學(xué)科核心素養(yǎng)，最終使知識內(nèi)化，獲得內(nèi)核的“意義構(gòu)建”層。教師應(yīng)力求學(xué)生能從低層次思維的學(xué)習(xí)階段發(fā)展成長為高層次思維高效率且更加有意義的學(xué)習(xí)階段。

在一線的化學(xué)教學(xué)中，由于化學(xué)學(xué)科特有的屬性，即化學(xué)主要是以實驗為基礎(chǔ)的一門學(xué)科，“新課改”中更是強調(diào)了實驗的重要性，以及聯(lián)系化學(xué)反應(yīng)中學(xué)生對反應(yīng)條件的控制的認(rèn)知是孤立的，零散的，缺乏將其整合和系統(tǒng)化的過程，同時也基于基礎(chǔ)化學(xué)知識的繁雜性、瑣碎性、抽象性以及難于記憶等特點，學(xué)生整體缺乏對知識的深層加工和深層理解，因而沒能建立解決該類問題的思維模型。為此，筆者嘗試通過使用思維導(dǎo)圖，在乙酸的酯化反應(yīng)的教學(xué)中，優(yōu)化學(xué)生的“知識建構(gòu)”“知識應(yīng)用”“意義構(gòu)建”三個層級的建構(gòu)，促使學(xué)生進行高階思維的深度學(xué)習(xí)，進而提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，見圖1。

圖1 化學(xué)學(xué)習(xí)的三個層級

一、利用“思維導(dǎo)圖”落實“知識建構(gòu)”過程中宏觀辨識能力與模型認(rèn)知能力

“乙酸的酯化反應(yīng)”是以實驗為依托展開的，學(xué)生在課前通過預(yù)習(xí)教材內(nèi)容，課前繪制出圖2所示思維導(dǎo)圖的草圖，圖2中的內(nèi)容只是乙酸酯化反應(yīng)最基礎(chǔ)的現(xiàn)象表征，即宏觀現(xiàn)象，且有待完善。然后教師可以以典型的情景問題探究法投放“問題包”，不斷引導(dǎo)學(xué)生進行深入的討論，獲取解決問題的發(fā)散式思維，拓寬學(xué)生思維，修正思維導(dǎo)圖。

圖2 乙酸的酯化反應(yīng)的預(yù)習(xí)草圖

學(xué)生通過預(yù)習(xí)可知，乙酸與乙醇可發(fā)生酯化反應(yīng)，那教師應(yīng)如何科學(xué)高效的設(shè)計出相應(yīng)的實驗方案呢？仔細(xì)分析，教師可以從化學(xué)的實驗思維模式出發(fā)，具體分三步進行設(shè)計：(1)通過反應(yīng)原理設(shè)計可行的反應(yīng)裝置；(2)思考如何才能加快反應(yīng)的進行，如何控制反應(yīng)條件；(3)思考如何在獲得更多較純的產(chǎn)物的同時而不污染環(huán)境呢？

首先根據(jù)反應(yīng)原理，教師可設(shè)計出液液加熱制取乙酸乙酯的裝置，主要有圖2中的三種裝置，具體哪種裝置的實驗效果最好，還需繼續(xù)分析。其次，如何通過控制反應(yīng)條件提高酯化反應(yīng)的速率呢？教師可從影響化學(xué)反應(yīng)速率因素的角度作進一步的分析。通過分析乙酸與乙醇的分子結(jié)構(gòu)，可知乙酸與乙醇反應(yīng)生成的是乙酸乙酯中的酯基鍵，需乙酸與乙醇分子間脫去一分子水，因此，該反應(yīng)須在一定的催化劑的作用下方可進行，那么具體選什么催化劑合適呢？根據(jù)物質(zhì)的脫水性，選用濃硫酸作催化劑。教師可以試問學(xué)生稀硫酸可以么？稀鹽酸呢？如若可以，那么催化劑的本質(zhì)是什么呢？教師可引導(dǎo)學(xué)生分組做四組對比實驗進行驗證所提問題。第一組：加濃硫酸，獲得的產(chǎn)物中有較多的油狀液體且有香味，原反應(yīng)的混合液出現(xiàn)了溶液變?yōu)樽睾稚默F(xiàn)象(教師引導(dǎo)學(xué)生分析應(yīng)是濃硫酸的強氧化性導(dǎo)致的)；第二組：加稀硫酸，在其他實驗條件相同時，同樣也獲得了少量的油狀液體；第三組：加稀鹽酸，在其他實驗條件相同時，同樣也獲得了少量的油狀液體；第四組：未加任何催化劑，較長時間后試管中仍無任何的油狀液體產(chǎn)生。最終教師引導(dǎo)學(xué)生通過分析、討論，總結(jié)出催化劑的本質(zhì)為提供H+，那又為何采用濃硫酸，學(xué)生總結(jié)分析出是因為酯化反應(yīng)是可逆反應(yīng)。同時為了提高酯化反應(yīng)的反應(yīng)速率，還可適當(dāng)升高溫度。由于反應(yīng)需要加熱，而乙酸與乙醇的沸點都較低，反應(yīng)蒸發(fā)出的乙酸乙酯中混有乙酸與乙醇的雜質(zhì)，那如何獲得較純凈的乙酸乙酯呢？學(xué)生通過思考、交流、總結(jié)出可用H2O或者NaOH溶液來吸收乙酸和部分乙醇。假設(shè)(1)如果選用H2O，教師引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)分析后發(fā)現(xiàn)，乙酸和乙醇除了能溶于水之外，也溶于乙酸乙酯，因此不能選用水。假設(shè)(2)如果選用NaOH溶液，同樣引導(dǎo)學(xué)生分析后發(fā)現(xiàn)，乙醇可溶于NaOH溶液，乙酸可與NaOH溶液反應(yīng)，但乙酸乙酯也能與NaOH溶液反應(yīng)，因此不能選用。那教材中為什么選用的Na2CO3溶液呢？分析可知其有以下三點優(yōu)勢：(1)能溶解乙醇；(2)可與乙酸反應(yīng)除去乙酸；(3)可降低乙酸乙酯的溶解度。最后一問，如何才能最大程度的獲取更多的乙酸乙酯？教師可引導(dǎo)學(xué)生利用化學(xué)平衡移動的思維提出可行性方案。整個實驗過程需要學(xué)生將酯化反應(yīng)的知識進行有效地擴散，如同人的腦神經(jīng)一樣，從一個知識點遷移到另一個知識點，形成知識點之間地有效遷移。據(jù)此，教師引導(dǎo)學(xué)生進一步完善思維導(dǎo)圖(如圖3)，當(dāng)學(xué)生展示圖3時，教師可以看到學(xué)生在分析問題、探究問題以及解決問題等方面的能力得到了很好地提升。這種從宏觀分析實驗的模式，可以防止學(xué)生盲目地學(xué)習(xí)，同時實現(xiàn)了知識的主動建構(gòu)。

圖3 乙酸酯化反應(yīng)的知識建構(gòu)

二、利用“思維導(dǎo)圖”落實“知識應(yīng)用”過程中的微觀探析與模型認(rèn)知

2.1 探究酯化反應(yīng)的微觀斷鍵機理

為了使學(xué)生深入理解學(xué)習(xí)，即了解乙酸與乙醇是如何脫去水分子而形成酯基鍵的，教師可從理論上向?qū)W生分析“同位素示蹤法”，讓學(xué)生認(rèn)識到水分子是由乙酸脫去的羥基與乙醇脫去的氫原子結(jié)合生成的，即“酸脫羥基醇脫氫”。同時教師通過多媒體Flash動畫向?qū)W生展示乙酸與乙醇發(fā)生酯化反應(yīng)的斷鍵機理，將微觀世界的變化可視化，提高學(xué)生微觀探析的能力，同時進一步引導(dǎo)學(xué)生完善思維導(dǎo)圖(如圖4)。

圖4 乙酸酯化反應(yīng)的微觀探析

2.2 利用思維導(dǎo)圖提升學(xué)生的變化觀念核心素養(yǎng)、科學(xué)探究能力和模型認(rèn)知能力

教師通過對乙酸與乙醇酯化反應(yīng)的宏觀現(xiàn)象與微觀機理的綜合分析，使學(xué)生形成了對酯化反應(yīng)的基本認(rèn)知模型。既然如此，學(xué)生根據(jù)微觀機理“酸脫羥基醇脫氫”分析可知酸必須為含氧酸，醇可以為一元醇、二元醇或多元醇等，乙酸與乙醇發(fā)生酯化反應(yīng)脫去了一分子水形成一個酯基，說明一個羧基和一個羥基可脫去一分子水形成一個酯基，因此，學(xué)生可知二元醇與二元酸可脫去兩分子水形成兩個酯基。了解了比例關(guān)系，教師引導(dǎo)學(xué)生繼續(xù)通過微觀機理分析形成酯的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)除了可形成鏈狀結(jié)構(gòu)，還可形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)即環(huán)酯，在整個引導(dǎo)分析過程中，不斷提升學(xué)生的科學(xué)探究能力和變化觀念的學(xué)科核心素養(yǎng)，同時形成一定的認(rèn)知體系，繼續(xù)優(yōu)化思維導(dǎo)圖(如圖5)。

圖5 酯化反應(yīng)的思維模型建構(gòu)

三、將思維導(dǎo)圖升級到提升學(xué)生科學(xué)精神與社會責(zé)任意識中

乙酸與乙醇作為生活中常用的有機溶劑，對其在生活及生產(chǎn)中的應(yīng)用以及存放都需注意。乙醇作為一種易燃的有機溶劑在其應(yīng)用中需引起格外重視，尤其作為消毒試劑時要注意防止火災(zāi)的發(fā)生；其作為酒精的主要成分時，需明確乙醇與工業(yè)酒精的不同，以防造成個人生命危險。乙酸及乙酸乙酯在食品工業(yè)及香料工業(yè)方面的重要性，也在時刻強調(diào)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中應(yīng)承擔(dān)起相應(yīng)的社會責(zé)任與自我責(zé)任，在日后長久的生活與學(xué)習(xí)中不斷培養(yǎng)科學(xué)精神及社會責(zé)任意識。

因此，好的化學(xué)“核心課堂”，學(xué)生需在教師的引導(dǎo)下，在不斷思考核心主題的前提下，利用“思維導(dǎo)圖”，不斷深入學(xué)習(xí)，由低級的表征知識逐漸深入，有效遷移，形成知識的內(nèi)化，使瑣碎的化學(xué)知識做到形散而神不散的狀態(tài)。俗話說：補知識不如補思維，學(xué)知識不如學(xué)方法。學(xué)生與學(xué)生之間的差別，其實都是思維模式的差別。當(dāng)學(xué)生不斷提升思維模式時，也是在不斷提升其推理能力、探究能力、變化觀念等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，同時教師的專業(yè)水平也得到了很大程度地提升。