探讨计算思维在高中化学学习中的应用

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   摘 要:计算思维是以计算过程为基础,利用计算机科学概念和思维方式,完成相关问题的解答和设计,帮助人们理解和利用知识的思维活动,具有抽象性和自动化特点。在非计算机领域中应用计算思维主要体现在科研领域,如计算生物学、计算化学等。化学是高中阶段的一门重要学科,计算思维在化学学习应用中的研究不多,结合学生的日常学习,借助计算思维培养学生多元化计算思维能力,推动化学教学有效开展。结合高中化学教学,提出几点计算思维的应用策略。
   关键词:计算思维;高中化学;应用策略
   计算思维并非是一门孤立的学问,同时也并非一门学科知识,主要源自计算机科学,与数学思维有着非常密切的关系。计算思维和数学思维紧密相连,借助计算思维解决问题,需要利用相应的模型,将复杂问题简化处理,利用计算思维的可靠性和自动化解决学生的学习问题。因此,在高中化学课堂中,有效利用计算思维,优化课堂教学活动,可以帮助学生理解化学知识,掌握计算思维方式开展学习活动,完善学生的知识结构。
   一、借助抽象计算思维,优化化学教学活动
   高中化学知识内容较为抽象,学生的课堂学习和理解有着一定的难度,为了帮助学生更好地学习和掌握化学知识,教师可以结合计算机思维中的抽象思维,转化问题解决方式,借助计算机处理方式,将复杂的知识简单化,从表面探索问题本质,结合现象分析其本质,加深化学抽象知识的学习和理解,提高化学课堂教学效果。例如,人教版高中化学必修一“离子反应”的教学中,为了帮助学生理解离子反应这一抽象概念,教师可以借助抽象计算思维,有效利用计算机技术,让学生观察表面现象,开展深层次的理解。在具体课堂中,教师可以结合两个化学实验活动,如硫酸铜溶液和氯化钠溶液混合、硫酸铜溶液和氯化钡溶液混合两个化学反应,结合实验现象的观察让学生对实验前后的离子变化进行分析和总结。通过实验观察其表象,教师借助计算机课件播放离子反应的动画,将抽象的离子反应内容,更加形象地展示出来,帮助学生更好地学习和理解,提高课堂教学效果。高中化学课堂中,借助计算思维实现抽象知识的形象转化,教师能引导学生从现象深入理解化学知识本质。
   二、借助递归计算思维,优化化学教学效果
   递归思维主要结合课堂教学过程,引导学生寻找规律,优化课堂学习过程,开展课堂推理活动,将较为复杂困难的问题转化成多个小问题,帮助学生全面掌握化学知识,完善学生的知识结构体系。借助计算机的程序结构,简化课堂活动设计,引导学生由浅入深地思考化学问题,加深化学知识本质的学习和理解,构建高效化学课堂。例如,人教版高中化学必修二“元素周期律”的教学中,为了帮助学生掌握元素周期律知识,教师可以利用计算机创设问题情境,通过多个问题引导学生思考,提高学生课堂学习效果。问题一:原子序数是什么?结合其规定方式,序数与原子组成的哪些粒子数有关?结合问题,教师可以利用多媒体课件展示核电荷数1~18的元素,将学生划分成相应的小组,单数小组画出3~10号元素的原子结构示意图,双数小组画出11~18号元素的原子结构示意图,所有学生画出1、2号原子结构示意图。在学生完成示意图绘制之后,利用课件展示18个元素的原子结构示意图。通过学生的绘制和观察,让学生寻找原子核最外层电子排布和原子序数的规律。教师继续展示课本中的相关表格,继续追问,问题二:在表格中,元素原子半径和原子序数有着怎样的规律性变化?问题三:元素化合价和元素原子序数有着怎样的规律性变化?借助此种思维方式,帮助学生掌握元素周期律知识,深入理解元素周期律本质。
   三、引入模型计算思维,提高化学学习效果
   高中化学课堂中,有不少知识内容较为抽象,仅仅依靠文字讲解难以帮助学生学习和理解,因此教师可以利用计算思维中的模型思维向学生展示知识相关模型,帮助学生学习和掌握知识。高中化学课堂中,对于重点和难点内容,学生学习较为困难,教师通过构建和展示化学模型,引导学生思考和探究,利用计算机创建模型,进行相应的修改和完善,使学生更加全面地掌握化学知识内容。例如,人教版高中化学必修二“最简单的有机化合物”的教学中,通过课堂活动要求学生掌握甲烷的结构,从而深入理解甲烷性质,推出烷烃的结构和性质,加深对有机物性质的学习和掌握。在具体的课堂活动中,教师鼓励学生动手制作甲烷结构模型,结合相应的实验活动,开展自主探究活动。为了帮助学生更好地理解,教师借助多媒体播放烷烃相关动画视频,借助对比、分析和模型构建,使学生掌握多样化学习方式,提高课堂教学效果,实现学生化学思维的培养。
   四、结语
   高中化学教学中,计算思维可应用在多个方面,教师要借助计算思维完成课堂教学任务。在实际的化学教学中,计算思维还有很多应用空间,教师要不断探索和发现。通过计算思维的引入和应用,教师要培养学生良好的思维习惯,使其掌握科学有效的学习方法,提高学生课堂学习效果,实现学生多元化思维培养,构建高效化学课堂。
   参考文献:
   [1]曹玉峰,郭津含,曹恩强.计算思维在高中化学学习中的应用[J].吉林省教育学院学报,2019,35(10):119-122.
   [2]王荣良.基于思维视角的計算思维教育落实[J].中小学数字化教学,2020(1):20-23.
  编辑 薄跃华
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