解物質(zhì)的量計算的認知模型研究

洪益玲

一、前言

2016年9月，隨著“中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)”的正式發(fā)布，教育部印發(fā)了高中各科課程標準。《普通高中化學課程標準（2017版）》明確要求，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(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化，預測物質(zhì)及其變化的可能結(jié)果。

由于物質(zhì)的量概念本身的抽象性，使其成為高中化學的教學難點?，F(xiàn)在的學生綜合解決問題的能力不強，面臨未知、不熟悉的問題情境時，選擇放棄的比較多。因此，本文選擇了物質(zhì)的量計算這一內(nèi)容進行研究，試圖建立認知模型幫助學生解決復雜化學問題。

二、認知模型的構(gòu)建基礎

“認知模型”這一個術(shù)語起源于計算機科學領(lǐng)域，在計算機科學領(lǐng)域是指“人類認知過程中計算機模型”，在認知心理學中則被用來簡化描述人的認知過程。通過以上分析看出：認知模型是指依據(jù)物質(zhì)及其變化的信息建構(gòu)模型，建立解決復雜化學問題的思維框架。

高中生正處于生理和心理發(fā)展的高峰期，他們積極、熱情、真摯、實事求是，單缺少社會經(jīng)驗，想法單純，容易輕信別人的看法。他們的思維發(fā)展還不夠成熟，無法建立自己的認知結(jié)構(gòu)，遇到問題缺乏理智，思想方法上較多片面，看問題大多流于事物的表面，不夠全面；缺乏主動思考，沒有獨立解決問題的能力。他們滿足于現(xiàn)成結(jié)論，對別人的意見容易相信，盲從。相當多的高中生不能多層次、多角度地全面認識事物和處理問題，思路狹窄，不能用科學的視角去分析解決問題，不能看到事物的本質(zhì)。

高中化學課程學習知識點很多，難度較大。在知識積累不斷增多時，學生無法做到舉一反三、觸類旁通，思維存在混亂狀態(tài)，嚴重影響他們學習的動力和效率。特別是對于處于信息，掌握知識本身并不是最重要的，更重要的是掌握運用知識的方法，這就要求培養(yǎng)高中生能依據(jù)物質(zhì)及其變化的信息建構(gòu)認知模型，以解決復雜的化學問題。因此，幫助學生構(gòu)建認知模型，能加快知識掌握和問題解決的速度，減少或避免高中生思維的盲目性，提高學習的效率。學生通過建立相應的認知模型順利解決現(xiàn)實問題，才能更好地適應當今社會的發(fā)展。

三、解物質(zhì)的量計算的認知模型構(gòu)建

1.認知模型建構(gòu)在解物質(zhì)的量計算中的作用

以物質(zhì)的量為核心的化學計算是高中化學計算教學的核心。由于此類計算類型復雜、牽涉到的知識面廣，學生往往對有關(guān)計算不能融會貫通，做題時就題論題，得不到好的教學效果，成為化學計算教學中的一個難點。我認為，突破此難點的關(guān)鍵是根據(jù)物質(zhì)的量知識結(jié)構(gòu)建立起認知模型，才能舉一反三，事半功倍。

做題時需要先分析問題，明確問題的特點和要求，再依據(jù)問題的特征，結(jié)合自身的認知水平，構(gòu)建認知模型，然后依據(jù)模型去解決復雜問題。

2.解物質(zhì)的量計算的認知模型的構(gòu)建

物質(zhì)的量計算為“讀題——析題——初建模型——解題——完善模型”的過程，過程中構(gòu)建模型是解決問題的關(guān)鍵所在，由此構(gòu)建了根據(jù)物理量之間換算模型、根據(jù)化學式計算模型、根據(jù)化學方程式計算模型。

（1）根據(jù)物理量之間換算模型

物質(zhì)的量（n）、摩爾質(zhì)量（M）、物質(zhì)的量濃度（c）、氣體摩爾體積（Vm）和稀溶液中溶質(zhì)物質(zhì)的量濃度之間的換算，基本上是一個已知量計算另一個未知量，通過多個公式進行換算，就能完成簡單物質(zhì)的量的計算。

（2）根據(jù)化學式計算模型

對于一個化學式AaBb，n（A）：n（B）=a：b，先將已知微粒的物理量進行換算，再根據(jù)各微粒之間的物質(zhì)的量之比等于微粒個數(shù)之比的關(guān)系，進行計算。

（3）根據(jù)化學方程式計算模型

對于一個化學反應，先找到反應物和生成物的始態(tài)和終態(tài)——算出各組成物質(zhì)的量的變化量——利用各組分物質(zhì)的量變化之比等于方程式系數(shù)之比建立關(guān)系式。

3.解物質(zhì)的量計算的認知模型的檢驗

構(gòu)建認知模型有助于學生理解知識的本質(zhì)，掌握解決問題的“套路”，培養(yǎng)學生舉一反三的能力，提升學生的化學核心素養(yǎng)。解物質(zhì)的量計算的認知模型將解題方法程序化，將復雜問題簡單化，這樣有利于學生快速、準確解題，提高得分率，最終會起到事半功倍的效果。

通過多種物質(zhì)的量認知模型的構(gòu)建，既能解決有關(guān)物質(zhì)的量計算問題，又有助于提高學生的模型構(gòu)建能力、類比遷移能力、信息分析處理能力和邏輯思維能力，提升學生的化學核心素養(yǎng)?？傊粋€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。

四、認知模型對化學教學的啟示

解物質(zhì)的量計算的認知模型對教學過程中問題設計、認知診斷及教學干預具有重要意義。

認知模型是研究學生化學學習過程中的一種有效手段。問題解決是一個復雜的過程，心理學、認知科學、認知神經(jīng)科學都對該領(lǐng)域進行了研究，但因為視角不同，都無法也不可能對問題解決的實際過程詳細描述。問題解決的認知過程無法直接獲取，通過構(gòu)建認知模型來

通過模型可以看出，問題解決問題由幾個階段所構(gòu)成，每個階段包含有若干個內(nèi)部加工的過程。要產(chǎn)生一定的學習結(jié)果，在設計問題時應依內(nèi)部加工過程為依據(jù)。例如：設計問題時，應該考慮化學學科的特殊性以及高中生的認知特點，突出問題情境與學生生活實際相聯(lián)系。

認知模型能夠引導學生自己去探索建模的過程，初步領(lǐng)會模型的思想和方法，從而提高學生的創(chuàng)新能力，養(yǎng)成良好的化學思維品質(zhì)，使學生看到不同的化學，學到有用的化學。