基于“模型認知”的高中化學教學策略研究

陳騰杰

(福建省廈門市海滄中學 361026)

在《化學課程標準(2017年)》中將化學學科核心素養(yǎng)劃分為5個維度， “證據(jù)推理與模型認知”是其中之一.學習化學需要具有化學學科特質(zhì)的思想和方法，即需要通過基于證據(jù)推理和模型認知來解釋化學現(xiàn)象，揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律.“證據(jù)推理與模型認知”是化學學習不可或缺的認知能力，是學生必須具備的關鍵能力和品格.在課堂教學中如何建基于“模型認知”的解決化學問題的思維框架和模型呢？

一、認識“模型認知”的涵義

化學中的模型指當客觀對象并不能直接研究時，利用想象、抽象、類比等方法，以觀念形態(tài)描述原型的某些特征、性質(zhì)、規(guī)律的抽象概念或理論，建構的一個既簡化又能集中反映客體本質(zhì)關系的模型，如分子、原子模型，原電池與電解池模型，酸堿滴定模型等等.“模型認知”在化學學科背景下，可以理解為是基于某種“模型”的“認知”.《化學課程標準(2017年)》對“模型認知”是這樣描述的：知道可以通過分析、推理等方法認識研究對象的本質(zhì)特征、構成要素及其相互關系，建立認知模型，并能運用模型解釋化學現(xiàn)象，揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律.因此“模型認知”可看成是一種科學認知方式，是學生在學完化學概念、原理后，留下的高級思維方式，是學生必備的一種能力.“模型認知”通?？梢苑譃閮深悾湟皇峭ㄟ^結構模型直觀形象地認識物質(zhì)的結構和組成，其二是為解決特定問題，通過抽象再現(xiàn)原型，建構新型客體的科學方法.

二、構建“模型認知”的依據(jù)

奧蘇貝爾的學習理論認為，采用建模思想，將化學問題中次要的、非本質(zhì)的信息舍去，可使本質(zhì)的知識變得清晰，更容易納入學習者已有的知識框架中，使學生在解決化學問題時，遷移更容易.

化學的學習離不開模型，模型匹配策略是高中生解決化學問題最常用的的解決問題策略之一.利用模型匹配策略解決化學問題，通常按這樣的步驟來進行：先分析問題，明確問題的特點和要求，再依據(jù)問題的特征，依據(jù)自身的認知水平搜索與問題相匹配的模型，再依據(jù)模型去解決問題.如果不能解決問題，這時模型需要重新構建，直至解決問題為止.

三、構建“模型認知”的策略

1.引領學生樹立模型意識

化學教學要引領學生進行模型認知，首先要讓學生在學習活動中認識到模型的應用價值，并把它當成自己的一種學習方式，并逐漸固化.這就要求教師在教學中要設計好各類模型，要適時引導學生通過建模來解決問題獲取知識，并能用一定的方法使模型顯化為學生所接受.其次，教師要指導學生根據(jù)自己的認知水平選擇合適的模型，真正體會到模型的學習價值，進而增強建模的意識和能力.

2.基于模型的活動提升能力

模型方法體現(xiàn)了思維的抽象和概括能力，在教學中不應簡單展示模型，而應做到模型展示與模型建構相結合，從而提升學生的思維能力.如在苯的結構教學中，可以讓學生先根據(jù)分子式來推斷結構，再讓學生依據(jù)苯的性對自己所畫結構進行評價，最后教師再來介紹苯的結構模型，這樣即可以提高學生對結構的理解，還可以促進學生思維能力的提升.此外，還可以通過模型制作來提升學生的實踐能力，通過模型演變來培養(yǎng)學生的科學精神，通過模型構建與問題解決相結合來提升學生的解決問題能力.

四、基于“模型認知”的教學設計

基于核心素養(yǎng)的教學設計在確定教學目標時，需將對學生總體的素養(yǎng)期望具體化為課時教學目標，并以此來確定教學內(nèi)容，選擇教學活動方式，即需要對核心素養(yǎng)目標進行解構.例如，在進行“原電池”教學時，“模型認知”這一素養(yǎng)轉化為具體課時目標：以銅鋅原電池為案例，組織學生展開分析，發(fā)展學生對原電池工作原理的認識，轉變迷思概念，構建原電池模型，建立系統(tǒng)分析思路.

(1)分析原型.在講“原電池”時，可選擇銅鋅原電池為原型，從氧化還原反應的角度來分析該裝置，較活潑的材料為負極，發(fā)生氧化反應，電子由負極流出經(jīng)導線流向正極，形成閉合的回路，溶液中的陽離子向正極方向移動.

(2)構建模型.在分析的基礎上收集證據(jù)，對要點進行歸納，抽取其實質(zhì)特征，在認知系統(tǒng)中進行歸類，建立相應該原理的模型.要形成原電池需滿足以下幾點：①有自發(fā)進行的氧化還原反應，發(fā)生氧化反應的負極，反之，則為正極；②形成閉合回路；③有導電介質(zhì).模型構建好后，學生就可以依據(jù)經(jīng)典原電池模型，只要將陌生的的反應、結構復雜的裝置與模型中的要素相匹配，問題就會迎刃而解.

(3)模型應用.化學問題的設計總是依托一定的化學原理，很多學生在解答化學問題時思路不清，究其原因，是因其不懂化學本源知識、不理解化學原理，無法依據(jù)已有的模型來分析題目.在教學中，教師要引導學生學會構建模型.例如：高考中常出現(xiàn)的涉及新型燃料電池的題，涉及新材料、新裝置，實際上這些題目主要考查的是學生能否依據(jù)物質(zhì)及其變化的信息建構模型，并依據(jù)模型解決化學問題.燃料電池也是原電池，根據(jù)原電池原理，可以判斷一般在正極上發(fā)生還原反應的物質(zhì)都是O2，引導學生建立氧氣得電子的思維模型，抓住氧元素的化合價變化規(guī)律，得電子后首先變成了O2-，只是隨著電解質(zhì)溶液的不同，其電極反應有所不同.再根據(jù)電池的總反應和正、負極反應之間的關系,可以快速解答此類題型.

總之，一個好的認知模型應該是：能夠把復雜凌亂的內(nèi)容化繁為簡，把抽象難以觀察的內(nèi)容顯化，能夠幫助學生掌握知識本質(zhì)和核心.

*廈門市第四批基礎教育課程改革重點課題《學科核心素養(yǎng)培育視角下學科教學設計的研究》(編號Z401)的研究成果之一.

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