摘要：以“金属钠的性质及应用”为例，阐述了用思维导图提升学生的宏观辨识能力、证据推理与变化观念、模型认知与实验探究、创新意识、科学精神与社会责任等核心素养的过程；通过思维导图建构多种模型，使学生学会从知识学习层面上升到方法学习与理论学习层面，从而能够实现终身自主学习。
关键词：思维导图；化学核心素养；案例解析；模型构建
文章编号：1005C6629（2017）5C0041C05 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
化学核心素养一般认为包括宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知、实验探究与创新意识、科学精神与社会责任[1]等。
思维导图由英国的托尼・博（Tony Buzan）于20世纪70年代初提出的，作为一种有效的、能够促进知识联系、加强知识网络构建的可视化教学工具，能够在很大程度上帮助学生发展一种清晰的整体性知识框架，还能帮助学生表征化学知识，增加大脑运作效率、提高思维能力[2]，最终提升核心素养。下面以苏教版化学1专题2第2单元第一课时“金属钠的性质与应用”[3]为例，具体阐述用思维导图来提升学生化学核心素养的做法。
1 利用思维导图提升推理与宏观辨识能力
“金属钠的性质与应用”中实验虽多，但多为验证性实验，如平铺直叙，难以大幅度激发学生学习化学的热情。如将验证性实验开发并转换成探究性实验，就能激发学生的学习欲望与热情。
根据金属活动性顺序表，铁和钠属于活泼金属。教者不妨提问：初中学过铁的化学性质有哪些？学生列举后，教师介绍一种新的建构知识体系的方法――思维导图（又称达芬奇笔记，学生对思维导图不感兴趣，但对达芬奇的笔记感兴趣，可能是由于渴望成功的原因）。其核心特征：（1）在一张白纸的中间用最大号的字写上中心主题――铁的化学性质，然后画上一个圆圈；（2）在圆圈的周围衍生出多个带箭头的分支，线条由粗到细，每个分支就是一个次中心或知识点；每个分支用不同颜色的水彩笔、次一号的字表示。要求学生根据核心特征（1）（2）尝试建构铁的化学性质初级思维导图，学生建构的思维导图如图1所示。
展示思维导图1时，学生的眼睛一亮，有点动心了，可见多维色彩比黑白两色更使人的视觉神经兴奋，大小号字体的差异使人特别能明确主次。趁势引导学生，我们就按照思维导图的顺序来探究钠的化学性质。如生铁表面是黑色的，为什么？追问：比铁活泼得多的钠，能保存在空气中吗？能否保存在水中？如果用煤油保存钠，应该具备什么条件？教师展示煤油中的钠时，学生就有点成就感了。教师再追问：钠的真面目是表面的黄色吗？如何观看呢？此时教师再让学生用镊子从煤油中取出大块钠，并要求夹一夹，感觉一下硬度。提问：能用砂纸打磨钠皮吗？当学生用小刀切去表皮看到银白色时，就有点小激动了。通过铁与钠的保存与观看颜色对比，就能培养学生的推理能力，并且不断用实验证实，让学生不断获取成就感。
打磨过的铁片投入到硫酸铜溶液中会有红色的铜析出，那么将一小块钠（吸干了煤油、切去表皮）投入到稀的硫酸铜溶液中，你认为会有什么现象呢？吊足学生的胃口后，再演示该实验。当学生看到若干实验现象超出其心理预期时，一下子就沸腾了。
学生通过观察得出实验现象有：蓝色沉淀、银白色小球、小球向各个方向游动、发出嘶嘶声、浮在液面上、银白色小球燃烧并发出黄光等。
教师引导学生发现上述现象杂乱无章，用思维导图1的方式难以建构有效认知体系。及时引出思维导图的核心特征（3），将零碎知识或现象整合成逻辑核心关键词（上下层级之间）和并列核心关键词（同一层级之间），即思维导图是由一层层核心关键词向外发散，就像大脑神经元不断向外发散一样，最外层才是知识。必须对上述实验现象整合成关键词，才能构建出高一层次思维导图。此时再引导学生得出：任何化学反应所引起的现象分为物质变化所带来的现象和能量变化所带来的现象，以及引起其他化学反应所带来的现象，而物质变化所带来的现象又分成固体、液体、气体变化所带来的现象。即金属钠与硫酸铜溶液反应现象的一级关键词为物质变化、能量变化、其他反应，物质变化的二级关键词为固体变化、液体变化、气体变化。学生将上述现象自我分析、小组讨论后填入到核心关键词后面，尝试构建新的思维导图。学生思维导图如图2所示。
当展示图2时，学生就惊叹于高一层次导图强大的归纳能力，也能为分析问题、探究问题、解决问题提供有益的帮助。通过思维导图升级之后，实验现象就有了高层次理论（物质变化与能量变化、观察物质变化的角度）与低层次现象之分，且这种宏观辨识模式适用于所有实验现象的观察，学生以后就不会盲目去观察实验现象。
2 利用思维导图提升学生证据推理、变化观念、探究能力
思维导图2的归纳究竟是否正确，还要通过数据查找、理论探究、实验探究等来实施验证。根据思维导图2的引导，我们依次进行探究。
2.1 探究固态现象产生的原因――提升学生的变化观念与证据推理能力
钠浮在液面上，推出钠的密度小于硫酸铜溶液的密度，也小于水的密度。回顾钠的保存，推出钠的密度大于煤油的密度。通过查阅四者密度数据，证明推测正确。
钠与硫酸铜溶液反应的下方出现Cu（OH）2，Cu2+来自于硫酸铜溶液，那OH-来自于什么地方？根据对硫酸铜溶液成分（硫酸铜、水）分析，是钠与水反应生成的还是钠与硫酸铜溶液反应特有的？此时实施对比实验钠与水反应。先让学生预测实验现象，然后再实施实验。当观察实验现象后，再要求学生用思维导图构建钠与水反应的现象与分析，学生思维导图如图3所示。
当展示导图3时，学生就会惊讶于这两个实验现象有太多相似地方，这样就培养了建构和应用观察实验现象模型的分析问题能力。为了证明确实生成了OH-，在钠与水反应后的溶液中滴加酚酞，溶液呈红色，说明有氢氧根离子生成。
经过上述推理并证实钠与硫酸铜溶液反应本质为：钠与水反应生成的碱，再与硫酸铜反应，生成了蓝色氢氧化铜沉淀。
上述推理也证实：钠要置换出硫酸铜中的铜，不能在水溶液中，那怎么办呢？此时实施对比实验钠与无水硫酸铜接触，当没有发现任何现象时，学生就失望了。追问：铁与硫酸铜固体接触有铜析出吗？学生隐约感觉到问题出在什么地方，但学生的水平达不到那个层次。此时教师再演示实验：金属钠投入到硫酸铜的丙酮溶液中，当红色的铜出现时，学生惊叫起来，彻底明白了自己的问题出在什么地方。
只有当推理出现意料之外、情理之中的现象时，学生才会全身心融入其中进行探究，才会真正享受到推理到探究成功后的幸福感。
2.2 探究银白色小球――提升学生变化观念与证据推理能力
银白色小球肯定不是气态，究竟是液态还是固态？实施对比实验：取一片固体钠加热，熔化成了银白色小球。推理出银白色小球为液态，同时产生疑问：吸收的热量来自于何方？
回顾对比实验：钠与水反应时也有银白色小球出现，小球只出现在反应的界面处，而钠与硫酸铜固体混合时没有小球出现。硫酸铜溶液与氢氧化钠溶液混合时，溶液温度也没有明显变化。推理可得：钠与水反应是放热反应的认识。同时说明上述思维导图有错误，浮在液面上为液体层面现象而不是固体层面现象。
2.3 探究气体成分――提升学生的探究能力
小球发出嘶嘶声、向各个方向游动说明该反应生成了气体，气体成分究竟是什么？回顾对比实验钠与水反应时有氢氧化钠生成，即Na+H2ONaOH+？，探究如下：
2.3.1 理论探究
氧化还原观点：由于钠的化合价升高，只有氢元素化合价可以降低，因此只能是氢原子得到电子，生成氢气。原子个数比观点：水中氢氧原子比为2：1，而氢氧化钠中氢氧原子个数比1：1，也只能为氢气（这是一种方法，不一定适用于所有情形）。原子种类观点：由于生成了气体，而气体中不可能含有钠原子，则只能是氢气或氧气。
2.3.2 实验探究
分别假设为氢气或氧气，然后设计实验方案、相互讨论实验方案的可行性，再实施实验，数据或现象的采集、分析与总结、评价与反思，目的让学生学会科学探究的一般方法。
探究结束后对图2进行更正，同时要求学生用自己的方式构建钠与硫酸铜溶液反应的思维导图，最好能用图形表示某些现象或关键词，学生的思维导图如图4所示。
展示D4时，学生不只惊讶于知识重构后的框架结构，而更惊讶于唯美的图形、对化学美好的想象及其所代表的含义。只有思维导图中融入学生的智慧时，思维导图才具有灵感，才具有较高的使用价值。用学生的话来说，当彩笔与A4纸碰撞的瞬间，不仅仅是在画，而是知识重新建构整合，以图形的形式再生，知识才会真正融入到自己身体中，自己才会真正成为知识的主人。
3 通过思维导图不同版本升级提升学生构建与认知模型等能力
3.1 将个性思维导图升级到共性思维导图
在金属钠与硫酸铜溶液反应探究完后，要求学生用思维导图对钠的化学性质进行总结。某学生的思维导图如图5所示。
由思维导图5可见，金属钠的化学性质层次结构非常清楚，各种分支颜色不同，不会混淆，多种色彩刺激，不仅使神经兴奋也会缓解视觉疲劳。
铁、钠学习后，将铁、钠化学性质的个性思维导图升级到金属化学性质的共性思维导图。将导图中金属与氯气、氧气等个性反应上升到与非金属反应共性等。要求学生对铁、钠的化学性质个性部分逐一升级，学生在教师指导下构建思维导图，如图6所示。
当展示图6之后，学生就会惊叹导图的强大功能（归纳与概括能力），一类知识用一个小小的思维导图囊括其中，也惊叹于自己的学习能力是变得多么强大。用学生的话来说，思维导图真是学习的好帮手。
金属性质为何有差异，归根到底是由其结构决定，主要是由最外层电子决定。如铁与钠化学性质的差异，归根到底在于结构上的差异，即结构决定性质，性质反映结构。
3.2 将知识导图升级到学习方法导图
知识导图升级完之后，笔者还要求学生将本节课用到的学习方法建构思维导图，在教师指导下完成，如图7所示。
3.3 将知识导图升级到提升学生创新意识与社会责任导图
金属钠与水、硫酸铜溶液等反应时，因为钠与水反应放热，而金属钠的熔点低、又很活泼，钠稍微大一点就容易发生爆炸，因此新闻中时有金属钠爆炸的报道；反应过程震动大一点时钠容易从烧杯中蹦出来，造成危险。如何保护学生与教师的人身安全，需要教师、学生担当起相应的自我责任与社会责任，在责任担当中培养学生的创新意识。而实验的创新无非通过外部措施与内部措施，外部措施为预防危险与保护学生，内部措施是改进实验装置，从源头上杜绝事故的发生。当然也有很多实验创新是以增强实验现象为目的。
如收集氢气时，排尽装置中的空气是关键。以U型管或注射器为基础，易于排尽系统中的空气，降低爆炸的可能性，使实验安全可靠且燃烧现象更加明显。把金属钠放在易拉罐、铝片上等燃烧，明显看见淡黄色的过氧化钠；将金属钠投入到硫酸铜或溴化铜的丙酮溶液中，立即可见红色的铜析出。在教师指导下，学生构建思维导图，如图8所示。
从思维导图1不断升级到思维导图8，学生构建了学会观察实验现象的方法，钠与硫酸铜溶液反应、钠的化学性质、金属的化学性质，学习方法、创新意识与社会责任等导图。学生从纯知识学习上升到理论学习，并且不断用这些理论模型指导以后的学习或解决学习中的问题，即从而能够实现终身自主学习。
思维导图的教学过程就是思维导图的升级过程，从初级导图（诸多实验现象和散乱知识），升级到中级导图（归类统摄），再升级到高级导图（核心素养）。起点、过程、终点，都在一张导图中完整呈现，条理清晰（每个支链颜色不同），逻辑性强（每个支链线条由粗到细）；各个支链颜色不同，不会相互干扰；每个支链呈现思维发展过程，符合学生的认知规律，都是学生主动建构，有助于知识的深度理解、学生学习的顿悟、学习方法的获取、核心素养的形成；多种颜色、线条、图形等刺激，能愉悦和兴奋人的大脑神经，使左右脑协同作用，能使学习效率成倍提高；思维导图是学生学习过程的彩色可视化菜单，是知识、方法、核心素养的立体网络，也是学生可视化、图形化、彩色化、简洁化的课堂笔记。
高一、高二的化学教学，对学生来说是新授课，对教师来说是复习课。即要求教师从教学方法、教学理论、教书育人等高度对教材中、教学过程中的碎片化知识等整合关键词。关键词的理论化水平越高，概括得越全面，导图的层级就越高、对学生的指导作用就越大。一节课的总思维导图中还可以由若干分支的思维导图来支撑。因此思维导图就是教师培养学生化学核心素养的路线图、方法图、理论图。教师将思维导图了然于胸，在课堂上就能将貌似凌乱的知识，一步一步归纳、整合、提升成学习方法，进而用高层次的理论来统摄知识与方法，构建成各种模型进而指导学生以后的学习，使学生形成终身学习的能力；在形散而神不散的教学过程中，培养了学生的证据推理能力、探究能力、模型认知、宏观辨识与变化观念等化学核心素养，同时也大大提升了教师的专业化素养。
⒖嘉南祝
[1]杨梓生.对高中化学学科核心素养的认识[J].中学化学教学参考，2016，（8）：1～2.
[2]白静珠.用思维导图改进学案导学的实践案例[J].化学教学，2016，（11）：19～23.
[3]王祖浩主编.普通高中课程标准实验教科书・化学1[M].南京：江苏教育出版社，2009：49～50.
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