毛小英

【基金項目】福建教育科學“十四五”規(guī)劃2023年度立項課題“核心素養(yǎng)視域下的高中化學思維建模教學研究”（立項批準號：FJJKZX23-359）。

［摘 要］文章以元素推斷復習教學為例，分析高三學生對于元素推斷知識的復習情況及思維模型建構的應用優(yōu)勢和切入點，建議學生在高三化學復習中建構思維模型，并通過知識的輸入與輸出相統(tǒng)一、基礎認知與拓展認知相結合、思維深度與結構廣度相協(xié)同等策略，進一步幫助學生在解決具體問題的過程中完善思維模型，優(yōu)化化學學習方式。

［關鍵詞］思維模型；高三化學；復習；元素推斷

［中圖分類號］G633.8［文獻標識碼］?A［文章編號］ 1674-6058（2023）32-0069-03

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》提出了五個方面的化學學科核心素養(yǎng)，其中“證據(jù)推理與模型認知”核心素養(yǎng)要求學生能認識化學現(xiàn)象與模型之間的聯(lián)系，能運用多種認知模型來描述和解釋物質(zhì)的結構、性質(zhì)和變化，預測物質(zhì)及其變化的可能結果，能依據(jù)物質(zhì)及其變化的信息建構模型，建立解決復雜化學問題的思維框架［1］。課程標準中提及的“模型認知”是一種需要學生掌握的重要思維方式。在化學學科中，模型可分成物質(zhì)模型與思維模型兩個類別，其中思維模型是從化學視角出發(fā)，在認識事物、解決問題的過程中建構起來的思維模式。很多思維模式在習題解決過程中得到體現(xiàn)，并最終保證學生的學習能夠做到有章可循，進而提高學生的學習興趣與學習效率。下面以“元素推斷”為例，談談思維模型建構在高三化學復習中的具體應用。

一、復習情況分析

高三學生對于元素推斷知識有了初步的了解和掌握，復習的主要作用在于幫助學生對已有知識進行重新梳理和鞏固，特別是促進學生在既有學習成果的基礎上深入領會相關化學概念，對各種問題能夠運用所學知識加以分析解決。在教學中可以看到，高三學生的抽象思維與邏輯思維雖然有了一定的進步，但是對于宏觀現(xiàn)象背后的微觀原因在理解上還存在一定的困難，對于與元素推斷相關聯(lián)的元素周期律等知識的理解不夠透徹。此外，高三學生往往習慣于通過大量的練習去掌握一些新問題的解決方法，這些方法若用于固定思維類問題尚可以應對，但是一旦遇到新物質(zhì)、新裝置或者陌生情境類問題時，學生便會頻頻出錯。之所以會出現(xiàn)這樣的問題，主要原因在于學生雖然對元素推斷知識有了初步的了解與掌握，但是僅僅停留于表層，與知識的本質(zhì)是疏離的［2］。針對這些問題，教師在指導學生復習元素推斷知識時，要為學生創(chuàng)造更利于深度思維的條件，提供有效解題的方法，而思維模型建構在高三化學復習中的應用效果是顯著的，值得推廣應用。

二、思維模型建構在高三化學復習中的應用優(yōu)勢

思維模型建構在高三化學復習中的應用優(yōu)勢體現(xiàn)在學科理解與學科體驗兩個方面，這兩個方面也是教師思維模型建構指導工作的要點。

（一）側重于化學學科理解

記憶知識不如理解知識，這是大多數(shù)教育者與學習者的共識，而增強學科理解效果是一個逐步深化的過程，它需要知識的積累和思維的提煉，并且在實踐應用中加以驗證。為此，教師應本著促進學科理解的目標，提供機會讓學生順利融入模型建構的場景中，注重輸入和輸出相統(tǒng)一、聚焦與發(fā)散相結合，讓學生在面對元素推斷問題時能夠充分做到元素認知的多元化，由此實現(xiàn)對于元素與物質(zhì)、平面與立體、靜態(tài)感知與動態(tài)應用的整合。在模型建構思想的指導下，學生將逐漸克服學科知識積累不足的問題，形成學科理解力，并建立起學科認識的新視角和新思路，在反復實踐中優(yōu)化化學核心觀念。

（二）側重于化學學科體驗

實現(xiàn)學科體驗的增長，是思維模型建構在高三化學復習中的又一應用優(yōu)勢。具體言之，增加學生的學科體驗機會，可讓學生主動參與、反思總結，并進行知識的抽象概括及實踐應用。教師如果能夠在知識教學與習題指導時，于常規(guī)復習方案中添加有利于學科體驗的游戲化教學元素，讓學科知識、學科思維、學科觀念等融為一體，則可進一步突出模型建構的優(yōu)勢，幫助學生一面完成知識積累和思維發(fā)展，一面實現(xiàn)深層次參與與積極情感體驗，接近學科理解的理想目標［3］。

三、元素推斷思維模型建構的切入點

元素推斷屬于高考必考內(nèi)容，歷覽近些年的高考試題，不難發(fā)現(xiàn)其通常會以元素、元素化合物的結構和性質(zhì)等作為突破口，同時需要綜合運用元素周期律、常用物質(zhì)性質(zhì)和化學鍵等知識。有關元素推斷的高考題型一般以選擇題為主，通常包括宏觀辨識類內(nèi)容、微觀探究類內(nèi)容，主要考點涉及氣態(tài)氫化物穩(wěn)定性比較；原子或者離子半徑大小比較；物質(zhì)熔、沸點高低比較等方面［4］。除此以外，諸如元素金屬性或非金屬性的強弱、物質(zhì)氧化性或還原性的強弱、最高價氧化物對應水化物酸性或者堿性強弱的比較也在考查之列；物質(zhì)所含化學鍵或者化合物類型的確認，元素所組成物質(zhì)的物理及化學性質(zhì)的判斷等問題，近年也屢屢出現(xiàn)。為了順利解決這些問題，教師應從思維模型建構的角度著手，幫助學生找準切入點。

（一）從結構性質(zhì)切入

部分元素推斷題要求學生從元素化合物的特殊性質(zhì)或者結構等角度切入，再結合元素周期表、元素周期律、元素化合物等方面的知識進行物質(zhì)性質(zhì)的分析與研判，這類題型側重于考查學生分析知識和應用知識的能力。為此，學生應形成從結構或性質(zhì)切入的意識，從而建立起相應的結構模型，為順利解決元素推斷問題尋找有效突破口。例如，短周期主族元素Z，其最高價氧化物所對應的水化物為三元酸，那么Z為P；短周期主族元素X最外層電子數(shù)和次外層電子數(shù)一致，那么X是Be；X是地殼之中含量最多的元素，那么X是O；等等。掌握特定的結構或性質(zhì)知識，學生便可解決相應的元素推斷問題。例題：有Q、X、Y、Z四種元素，它們分別是原子序數(shù)依次增大的短周期主族元素，其最外層電子數(shù)的總和為19，Q與X、Y、Z位于不同周期，X和Y相鄰，Y原子最外層電子數(shù)是Q原子內(nèi)層電子數(shù)的２倍。下列說法正確的是（）。A.非金屬性：X>Q；B.單質(zhì)的熔點：X>Y；C.簡單氫化物的沸點：Z>Q；D.最高價含氧酸的酸性：Z>Y。學生若從結構或性質(zhì)切入，便可順利解決此問題（正確答案是D）。在面對其他類似問題時，學生利用以此為切入點形成的思維模型同樣可順利解決問題。

（二）從片段信息切入

在做元素推斷題時，學生還可從片段信息的角度切入，先由此確定元素在周期表中的大致位置，再參考元素的其他性質(zhì)做出推斷。如第一到第四周期主族元素中族序數(shù)和周期數(shù)相同的元素是H、Be、Al、Ge；周期數(shù)等于族序數(shù)2倍的元素是Li、Ca；等等。如此先做大致的判斷，再利用給出的片段信息，便可順利解答相應的問題。

（三）從框圖信息切入

從框圖信息切入來解決元素推斷問題具有較明顯的優(yōu)勢?？驁D式的元素推斷題通常會以方框的形式將物質(zhì)之間的關系標記出來，框圖信息具有結構緊湊、信息量大、綜合性強等特點，對于思維能力有較高要求。此類題型具有較強的區(qū)分和選拔功能，既可以考查學生基礎知識的掌握情況，又可以考查學生靈活運用知識的能力，同時還可以考查學生在邏輯推理等方面的表現(xiàn)。可以說，框圖信息和思維模型之間具有一定的相通性，引導學生從框圖信息的角度切入來完成思維模型建構是一種比較直接的嘗試。例題：短周期元素W、X、Y、Z的原子序數(shù)依次增加。m、p、r是由這幾種元素組成的二元化合物。n是元素Z的單質(zhì)，通常為黃綠色氣體，q的水溶液有漂白性，0.01 mol·L-1 r溶液的pH值為２，s通常是難溶于水的混合物。這些物質(zhì)的轉化關系如圖1所示。則下列說法正確的是（）。A. 原子半徑的大小：WX>Y；C. Y的氫化物在常溫常壓下為液態(tài)；D. X的最高價氧化物的水化物屬于強酸。通過對框圖信息的分析，可得到最終答案為C。

有關元素推斷模型建構的切入角度是多樣的，除以上切入點外，圖表信息、反應特征等也可作為切入點，而從哪個角度切入應視具體情況而定。

四、思維模型的建構與完善策略

（一）知識輸入與輸出相統(tǒng)一

高中化學復習教學有知識講授和問題導向兩種方式，這兩種方式皆可起到促進學生完成思維模型建構的作用，其中前者以輸入引導為主，后者以輸出引導為主，前者有益于學生知識的積累與容量擴充，后者有益于學生知識的吸收與體系內(nèi)化。事實證明，二者有機結合，才可以較好地促進學生思維模型的建構。為此，高中化學教師在做復習指導時，可本著知識輸入和輸出相結合的原則，促進學生形成元素推斷類問題模型建構與轉換的模型意識。高三階段的復習教學時間緊和任務重，一些教師即使有指導學生建構思維模型的意識，也常會以講、練、評相結合的形式來完成，師生之間更多的是單向的信息傳遞。在這種做法的支配下，知識與能力的傳遞方式是單一的，且學生輸入過多、輸出過少，對學生的學科學習體驗極不友好［5］。為此，教師應改變教學組織形式，利用學生更易于接受的游戲化教學以及小組合作方式，加強師生或者生生間的聯(lián)動。例如，教師可創(chuàng)設有利于學生建構思維模型的元素競猜活動，讓學生得以更快速地進入到學習體驗狀態(tài)。其中搶答競猜是讓學生在教師做出問題描述后，從中發(fā)現(xiàn)關鍵信息，并快速推測元素，完成元素特征認識的積累；而描述競猜有利于學生彼此互動，增加信息輸出的機會，這時知識識記將向知識應用轉化，使學生思維模型的建構得到完善。

（二）基礎認知與拓展認知相結合

為了保證學生在進行元素推斷時能形成良好的思維模型，教師還需要引導學生同時運用積聚思維與發(fā)散思維，即同時重視基礎認知與拓展認知，最終做到用模型帶動知識關聯(lián)與融合，建構對元素推斷類知識和問題的整體認知。例如，教師可借助元素幾何卡片，達到學科基礎知識的結構化關聯(lián)效果；在此之后，則以拓展發(fā)散為主，讓學生對同一元素進行不同認知角度的審視思考。這種做法既可以讓原本零散的知識以整合的形式重現(xiàn)，又能夠讓學生的平面認知上升至立體認知，以豐富的認知視角看待與基礎知識相關的內(nèi)容，促進元素推斷類問題的迅速解決。如Al屬于元素周期表第三周期的第ⅢA族，其電子層和最外層電子數(shù)均為3。Al在元素周期表中所處的位置反映了它的結構，即最外層的電子數(shù)量較少，更容易失去電子；當進行鋁熱反應時，鋁可置換出不活潑金屬，在此過程中放出大量的熱量，可將其用到鋼軌焊接作業(yè)等實際應用中。教師指導學生從基礎認知與拓展認知相結合的角度完成思維模型的建構與運用，進而形成“結構決定性質(zhì)、性質(zhì)決定用途”的化學觀念。

（三）思維深度與結構廣度相協(xié)同

在高三化學復習教學中，教師還應從思維深度與結構廣度相協(xié)同的角度為學生的思維模型建構提供支持，以此幫助學生更加有效地應對元素推斷的創(chuàng)新型問題。例如，近年來高考試題在不斷地靈活調(diào)整，教師可從中借鑒有利于模型建構的內(nèi)容，在元素推斷專項復習教學中引導學生以這些內(nèi)容為契機，總結試題基本模型和設問角度，并突破其原有深度與廣度，讓學生在實際運用中增強學科理解和學科體驗。

在教育改革不斷深化的時代，高中化學教學工作要與國家課程標準的要求相符，并兼顧高考評價方式不斷變化的實際情況，重視對學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。在高三復習階段，若學生只注重解題，必然無法獲得系統(tǒng)的知識，最終造成解題思維單一與僵化，復習效率無法得到提升。因此，增加專題復習模塊、促進學生思維模型建構是很有必要的。在高三復習階段，教師應重視對學生學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，將傳統(tǒng)的教學模式與素養(yǎng)提升策略結合起來，通過教學方式的不斷調(diào)整，最終使學生完成思維模型的建構，真正做到內(nèi)化并靈活應用化學知識。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?］

［1］? 中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準：2017年版2020年修訂［M］.北京：人民教育出版社，2020.

［2］? 喬國才.增進化學學科理解 準確把握教材內(nèi)容：以人教版《化學反應原理》為例［J］.中學化學教學參考，2020（21）：1-4.

［3］? 陳進前，楊念鋒.關于化學學科理解及其對象的認識［J］.中學化學教學參考，2021（17）：1-4．

［4］? 鄭文昌.基于建構思維模型的高三專題復習：以“電化學兩個?？碱}型”為例［J］.化學教與學，2021（23）：59-64.

（責任編輯 羅 艷）