基于模型認知的高三化學(xué)教學(xué)實踐研究

摘 要：模型認知是化學(xué)核心素養(yǎng)體系的要素之一。在高三化學(xué)復(fù)習(xí)教學(xué)中，作者嘗試引導(dǎo)學(xué)生運用多種模型來描述和解釋化學(xué)現(xiàn)象，依據(jù)物質(zhì)變化的信息建構(gòu)認知模型，將模型與思維發(fā)展、觀察制作、問題解決相結(jié)合，形成有序、系統(tǒng)思維，促進學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的提升。

關(guān)鍵詞：模型認知；模型建構(gòu)；解模；高三化學(xué)

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：A

收稿日期：2017-02-28

作者簡介：王贊華（1976—），女，福建浦城人，一級教師，本科，研究方向：高中化學(xué)教學(xué)。

一、模型輔助與思維發(fā)展相結(jié)合，提升學(xué)生思維能力

在教學(xué)中，教師充分利用直觀的模型手段，讓學(xué)生在感性認識的基礎(chǔ)上得出結(jié)論是一種好辦法，但筆者認為對模型的認識不該只停留在教具等基礎(chǔ)上。模型不僅是教學(xué)的輔助工具，更是思維工具，模型方法可以使學(xué)生的認知水平從具體向抽象，從感性思維上升為理性思維，幫助學(xué)生理解和掌握一些抽象概念、理論，對于培養(yǎng)學(xué)生問題轉(zhuǎn)換能力、提升學(xué)生思維能力等大有裨益。

溶液中的守恒即電荷守恒、物料守恒是重難點，也是高考熱點。在這一課筆者嘗試建構(gòu)模型輔助與思維發(fā)展相結(jié)合的課堂，提升學(xué)生思維能力。

1.建構(gòu)模型——思維是需要激活的

為了幫助學(xué)生提煉“電解質(zhì)溶液分析認知模型”，筆者拋出問題：①電解質(zhì)在溶液中產(chǎn)生什么粒子？是否存在溶質(zhì)分子？②溶劑水以什么粒子存在？③這些粒子間是否會相互影響？影響的程度有多大？結(jié)果如何？④如何用方程式表示？層層深入的問題，引發(fā)學(xué)生積極思考，建構(gòu)起一幅“電解質(zhì)溶液分析認知模型”：電解質(zhì)加入水—若形成溶液—分析溶質(zhì)電離出陰陽離子（考慮是否有溶質(zhì)分子）和溶劑水的電離—陰陽離子是否影響水的電離—影響程度，溶液中的粒子種類、數(shù)目。認知模型為后面教學(xué)提供思路，也打開學(xué)生思維的閘門，為學(xué)生的思維提供了指引。

2.思維發(fā)展——尋找課堂令人怦然心動的感覺

以Na2CO3溶液為例，根據(jù)電解質(zhì)溶液認知模型，將Na2CO3固體加入水中，溶液中粒子間會有哪些相互影響呢？請學(xué)生分析：

Na2CO3 = 2Na++CO32-

H2O=H++ OH-

CO32-+H2O=HCO3-+OH-

HCO3-+ H2O=H2CO3+ OH-

請學(xué)生觀察溶液中的粒子是否有規(guī)律可循。

引導(dǎo)一：把所有離子找出，陽離子放一邊，陰離子放一邊，學(xué)生知道溶液總是呈電中性，即陰離子所帶負電荷總數(shù)等于陽離子所帶正電荷總數(shù)，自然歸納出電荷守恒C（Na+）+C（H+）=2C（CO32-）+ C（HCO3-） +C（OH-） ， 依葫蘆畫瓢，學(xué)生分析NaHCO3溶液時很快列出電荷守恒式子。并自主小結(jié)書寫電荷守恒注意事項：一是準確找出溶液中所有離子；二是弄清楚離子濃度與電荷關(guān)系。

引導(dǎo)二：尋找元素比例關(guān)系，加入水中前：n（Na）=2n（C），加入水中后：鈉元素存在形式為Na+ ，而因為CO32-水解，碳元素以CO32-、HCO3-、H2CO3形式存在，總量未變，歸納出物料守恒：C（Na+）= 2[C（CO32-）+C（HCO3）+ C（H2CO3）]，依據(jù)認知模型，學(xué)生容易分析NaHCO3溶液并列出物料守恒，再遷移到混合溶液， 歸納出只要將溶液的中粒子找全，電離與水解分析全面，抓住溶液中關(guān)鍵元素量的關(guān)系，就能正確寫出物料守恒。

師生共同總結(jié)溶液中守恒規(guī)律特點：電荷守恒全是離子，物料守恒一邊含同種元素，一般不含H+ 、 OH-，如果式子中有H+ 、OH-又有分子，則用質(zhì)子守恒分析，或?qū)㈦姾墒睾愫臀锪鲜睾愫喜?。筆者認為一節(jié)課最核心的地方是師生處理問題、形成精彩觀念的過程，幫助學(xué)生建構(gòu)認知模型，建立解決化學(xué)問題的思維框架。

二、模型觀察與模型制作相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生實踐能力

教師有計劃地組織學(xué)生觀察和動手制作模型，如圖像繪制、搭建分子球棍模型、利用軟件制作晶體模型等，既能發(fā)揮模型的教育作用，降低學(xué)習(xí)難度，又能培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和想象能力。

在高三復(fù)習(xí)《速率與平衡圖像解析》一課，筆者嘗試通過圖表轉(zhuǎn)換、圖像繪制和典例分析引導(dǎo)學(xué)生觀察、發(fā)現(xiàn)問題和形成觀點、對圖像進行建模和解模解決實際問題，培養(yǎng)學(xué)生實踐能力。

例1：工業(yè)上利用反應(yīng)N2（g）+ 3H2（g）=2NH3（g） ?H<0 合成氨；某小組為了探究外界條件對反應(yīng)影響，以COmol/L H2參加反應(yīng)合成氨氣，在a、b兩種條件下分別達到平衡，如圖1。求：①a條件下，0～t0的平均反應(yīng)速率v（N2）= 。②相對a而言，b可能改變的條件是 。③a條件下，t1時刻將容器體積壓縮至原來的1/2，t2時刻重新建立平衡狀態(tài)。畫出t1～t2時刻C（H2）的變化曲線。

對于問題①學(xué)生錯答為（C0-C1）/ 3t0，引導(dǎo)分析答案是（C0-C1）/300t0，學(xué)生意識到讀圖需關(guān)注橫、縱坐標及含義。對于問題②學(xué)生錯答加壓，交流討論得出答案是增大氮氣濃度，得出讀圖需關(guān)注趨勢和曲線間的關(guān)系。問題③總結(jié)畫圖關(guān)鍵是確定起點和終點。在有針對性地分析例1的基礎(chǔ)上，進一步給出有悖于勒夏特列原理的例2，學(xué)生通過親自繪制圖像和正確答案的對比使思維處于憤、悱的狀態(tài)，筆者引導(dǎo)學(xué)生從定量角度研究平衡移動需比較QC和K的大小，平衡移動后，溫度不變，K不變，CO2濃度也就沒變，小結(jié)定量角度解讀圖像的思維方法。

例2：一定溫度1L密閉容器中放入足量草酸鈣（固體所占體積忽略不 計）發(fā)生反應(yīng)：CaC2O4（s）=CaO（s）+

CO（g）+ CO2（g）。若某時刻達平衡時C（CO2）=C；t0時刻，將容器體積縮小為原來的一半并固定不變，在t1時刻再次達平衡，如圖2。請在圖中畫出t0后體系中CO2的濃度隨時間變化的圖像。

兩道例題均以圖像繪制作為學(xué)習(xí)支架，模型觀察與制作相結(jié)合，讓學(xué)生體驗畫圖過程，分析讀圖注意點，引導(dǎo)學(xué)生自主總結(jié)讀圖的思路和方法，建構(gòu)化學(xué)圖像認知模型：軸（橫、縱坐標）—點（起點、終點、特殊點）—線（趨勢）—面（曲線關(guān)聯(lián)）。通過典例分析，筆者引導(dǎo)學(xué)生歸納圖像解模過程，從面—線—軸—點，快速準確找切入點，綜合運用定性分析和定量計算，培養(yǎng)學(xué)生實踐能力。

三、模型建構(gòu)與問題解決相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神

模型的教育意義是通過建構(gòu)來實現(xiàn)的。模型建構(gòu)需要學(xué)生確定對象，觀察、實驗，運用已學(xué)知識進行假設(shè)、推導(dǎo)、歸納，使對象直觀化和簡化，學(xué)生在活動思考中體會模型的建構(gòu)方法，將模型方法轉(zhuǎn)化為認知圖式，解決實際問題，這對學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)是很有好處的。

對于一些平衡問題，模型建構(gòu)方法幾乎不可替代。例如：密閉容器中充入2mol NO2氣體，建立如下平衡：2NO2=

N2O4，測得NO2轉(zhuǎn)化率為a%，在溫度、體積不變時，再通入2mol NO2，待新平衡建立時，測得 NO2轉(zhuǎn)化率為b%，則a與b比較：（ ）

A.a=b B.ab D.無法確定

筆者引導(dǎo)學(xué)生在解題時建立虛擬平衡模型，問題就變得簡單許多，2mol NO2在1VL容器中，建立虛擬平衡模型 4mol NO2在2VL容器中，兩者等效，轉(zhuǎn)化率是相等的，而把4mol NO2在2VL容器中壓縮為VL，壓強增大，平衡右移，轉(zhuǎn)化率增大，故選B。

總之，教師在高中化學(xué)教學(xué)實踐中努力踐行，充分重視模型教學(xué)法，以教學(xué)目標和學(xué)生發(fā)展為主線，通過有效、合理的模型建構(gòu)引導(dǎo)學(xué)生逐步思考問題，理解掌握核心概念和原理，在相關(guān)問題上獲得新知識，得到新方法，對促進學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的提升等大有裨益。

參考文獻：

[1]王寶斌.發(fā)展學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的三大策略[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2016（17）：10-12 .

[2]張 瓊.科學(xué)理論模型的建構(gòu)[M].杭州：浙江科學(xué)技術(shù)出版社，1990：2-3.