选课走班后高中化学思维模型的可视化教学实践与反思

摘要：本文以2024年高考真题为出发点，反思了教材实施中的得失，梳理了素养落地的难点，并提出化学思维可视化教学的重要性。通过化学原理图、工艺流程图、数字化实验分析图、物质结构图像及有机反应机理动态图像等多种形式的思维模型可视化教学，有助于提升学生的逻辑推理、系统思维、实验探究及空间想象能力。

关键词：深度学习；高考真题分析；高中化学核心素养；可视化教学

选课走班和赋分制下，高中化学老师们普遍对“学科素养”理解不到位，课堂教学设计与课堂教学过程存在“生拉硬套”的情况。

一、新高考试题完善，素养考查渐成熟。

1.从“考知识技能”转向“考能力素养”，从“解题”转向“解决问题”。

学科素养是高考评价体系的重要层级，也是学科育人价值的集中体现，“宏观辨识与微观探析”要求学生应具有以“结构化学”和“有机化学”理论为基础思考物质及其转化的学科思维。如2024年全国新课标卷30题.已知反应Ⅰ：，而题干中的合成路线却没有用到“”。学生要从配位键的角度理解“”为什么能与“H+”反应？要从有机反应的特点即有机反应均有一定的可逆程度来理解为什么要吸收HCl，从而明白相关物质的作用和相关反应的断键点和成键点。

2.重视思维品质考查，服务拔尖创新人才选拔。

思维品质是人才培养质量提升和拔尖创新人才培养的关键指标和核心要素，“证据推理与模型认知”是化学的重要思维方式，即学生要综合应用所学知识发现问题、分析问题和解决问题。

3.反思教材实施的得失，梳理素养落地的难点。

“证据推理与模型认知”虽然是化学学科核心素养的五大维度之一，但解决实际问题时，需要跨维度、跨学科的应用，故在教学中以“证据推理与模型认知”素养落地为目标的课程建构和教学设计存在一定的难度。化学学科思维方法是以逻辑思维为基础，“在感性认识基础上，运用概念、判断、推理等形式对客观世界间接的、概括的反映过程”，认知客观世界的本质和规律，解决实际问题。证据推理是常用的化学思维方法，即基于证据进行推理和分析的过程，强调使用可靠的数据和事实来支持结论的合理性。模型认知是多个学科所需要的思维品质，即通过分析、推理、抽象等方法认识问题本质和构成要素，并能运用多学科模型来解释跨学科现象、揭示问题的相互联系和变化规律，还可以通过验证来完善思维模型的过程。

二、化学思维可视化教学表现形式

1.化学原理图

化学原理图能够直观展示化学反应的本质、物质间的转化关系及能量变化，帮助学生构建化学知识的框架。通过绘制和解读原理图，学生能够深入理解反应机理，提升逻辑推理能力。如在总压分别为0.10、0.50、1.0、2.0MPa下，Ni（s）和CO（g）反应达平衡时，体积分数x与温度的关系如图乙所示。

该类问题是化学图像分析和“变化观念与平衡思想”应用，以真实情境，如“工业合成氨”为模型分析和解决问题。

2.化学工艺流程图

工艺流程图在工业生产中尤为重要，它能够清晰展现原料到产品的转化路径及各步骤间的关联。在教学中引入工艺流程图，不仅有助于学生理解工业生产流程，还能培养其系统思维和问题解决能力。如一般化学工艺流程为：

3.数字化实验分析图

利用现代技术手段，如传感器、计算机模拟等，将实验过程和数据转化为可视化图表，如折线图、柱状图等。这种方式使学生能够直观观察实验现象，分析数据规律，从而提高实验探究能力和数据分析能力。如常温下，向某混合液中滴加氨水，用pH值自动控制仪记录数据描点作图：

4.物质结构静态与动态图像

通过三维模拟、动画演示等方式展示电子云、分子轨道、晶体结构等微观世界，帮助学生建立物质结构的空间想象能力，理解微观粒子间的相互作用，推荐使用VESTA等专业软件。

5.有机反应机理动态图像

有机反应机理复杂多变，动态图像能够生动展示反应过程中化学键的断裂与形成，帮助学生理解反应的本质和条件对反应的影响，推荐使用ISIS DRAW等专业软件。

三、科学思维可视化教学实施原则

1.客观原则

确保教学内容、实验数据及理论解释的准确性和客观性。在可视化教学中，无论是图像、图表还是动画，都应基于科学事实，避免误导学生。

2.适度原则

平衡语言文字、学生活动和可视化图像的使用，避免过度依赖可视化手段而忽视基础知识的传授和学生思维的训练。应根据教学内容和学生特点，合理选择和运用可视化教学资源。

3.合理原则

从课标要求、教材内容和学生学情出发，设计科学合理的可视化教学方案。确保教学内容符合课程标准要求，贴近学生实际水平，能够有效促进学生的认知发展和能力提升。

总之，化学思维的可视化教学通过多样化的可视化表现形式和科学合理的实施原则，可以有效提升学生的科学思维能力、自主学习能力和问题解决能力。值得进一步探索更多创新的可视化教学手段和方法，以更好地适应高考综合改革的要求和拔尖创新人才的培养目标。

参考文献：

[1]汪杰英.”化学平衡常数”计算的素养考查和应对策略[J].中学化学教学参考， 2022（11）：35-38.

[2]毕华林.对高中化学学科核心素养的认识和理解[J].化学教学，2021（01）：3-9.

本文系2023年曲靖市教育科学研究所一般课题“云南新高考背景下学生如何实施选课走班——基于曲靖市高中学校的实践与探索”（项目编号为QJ2023YB81）的研究成果之一。