基于模型認知的高三化學復(fù)習

許美蓮

摘要： 模型認知是化學核心素養(yǎng)的要素之一。在高三化學復(fù)習教學研究中，致力于構(gòu)建知識模型、思維模型、答題模型等多種認知模型，不斷引導(dǎo)學生運用模型來描述化學現(xiàn)象并解釋化學原理，有利于促進學生化學核心素養(yǎng)的全面提升。

關(guān)鍵詞： 模型認知; 高三化學; 復(fù)習教學

文章編號： 1005-6629（2019）2-0075-05??????????? 中圖分類號： G633.8??????????? 文獻標識碼： B

1? 問題的提出

2009年，美國正式提出21世紀核心技能，其中包括學習與創(chuàng)新技能（創(chuàng)造力與創(chuàng)新、批判思維與問題解決、交流溝通與合作），而運用批判思維進行問題解決往往需要構(gòu)建模型[1]。《普通高中化學課程標準（2017年版）》中指出與模型構(gòu)建相關(guān)的化學學科核心素養(yǎng)水平是： 能對復(fù)雜的化學問題情境中的關(guān)鍵要素進行分析以建構(gòu)相應(yīng)的模型;能選擇不同模型綜合解釋或解決復(fù)雜的化學問題;能指出所建模型的局限性，探尋模型優(yōu)化需要的證據(jù)[2]。

在傳統(tǒng)的高三復(fù)習備考中，學生的認知僅停留在對知識點的梳理和羅列，解題能力的提升依賴重復(fù)而機械的題海訓練。這些雖能提升學生解題的熟練程度，但這種基于知識記憶的淺層復(fù)習會造成知識的碎片化、理解的膚淺化、思維的呆板化[3]?；瘜W復(fù)習教學中若缺乏對“模型認知”素養(yǎng)的意識，不注重引導(dǎo)學生建構(gòu)知識模型、思維模型，學生的化學核心素養(yǎng)便得不到提升。高三化學復(fù)習中亟需幫助學生形成認知模型，使知識結(jié)構(gòu)化、思維可視化，提升學生的整合思維和深度學習能力。復(fù)習課的重要任務(wù)之一是幫助學生建構(gòu)基礎(chǔ)知識框架和各種思維模型[4]。

2? 構(gòu)建教學模型，提高復(fù)習效率

模型認知是指人類用化學方法探索未知世界時，除了對客觀實驗事實進行橫向比較、縱向歸納外，還應(yīng)通過抽象和簡化的方法建構(gòu)認知模型，再利用模型進一步認知未知物質(zhì)及其規(guī)律的過程[5]。

2.1? 構(gòu)建知識模型，夯實基礎(chǔ)知識

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)的知識變得更為清晰，更容易納入學習者已有的知識框架中，使教師在教學時，正向遷移變得更容易。

引導(dǎo)學生在建構(gòu)模型的過程中，使知識系統(tǒng)化、組織化和結(jié)構(gòu)化，有助于學生對化學知識的記憶、貯存、再現(xiàn)和遷移，引導(dǎo)學生建構(gòu)知識模型，增強學生對高中化學基礎(chǔ)知識的記憶。

元素及其化合物這部分內(nèi)容多，建構(gòu)知識模型，記憶效果會讓人感到妙不可言。如金屬單質(zhì)的化學性質(zhì)及有關(guān)化學方程式的復(fù)習，以金屬鈉的化學性質(zhì)為基準構(gòu)建模型（見圖1）。

學生在教師的指引下完成以上模型的相關(guān)內(nèi)容后，讓學生畫出鈉、鎂、鋁的原子結(jié)構(gòu)示意圖并寫出元素化合價，比較它們的活動性;再讓學生根據(jù)金屬單質(zhì)的通性，動腦動筆推出鎂、鋁、鐵、銅的共性相關(guān)的化學方程式;再鼓勵學生在結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的思想指導(dǎo)下，在“個性”的層面上下功夫。如反應(yīng)條件、金屬的活動性、元素化合價等方面的不同，在“共性”基礎(chǔ)上加上“個性”，如鎂加上與CO2、 N2的反應(yīng)，鋁加上跟強堿反應(yīng)、鋁熱反應(yīng)……這樣，學生復(fù)習鈉，通過聯(lián)想推理進而復(fù)習了鎂、鋁、鐵和銅四種金屬單質(zhì)的化學性質(zhì)及有關(guān)化學方程式。

“共性”與“個性”的巧妙結(jié)合，將多種物質(zhì)的化學性質(zhì)及幾十條化學方程式的記憶內(nèi)容通過最簡單的方式呈現(xiàn)，給學生感性上的認識，而且是學生親自動手完成，更利于學生對此知識點的體會與識記?！皩W一得五”，突破了化學要記的東西多不好記的難點，還培養(yǎng)了學生構(gòu)建知識模型的能力。

化學教學中學生在掌握分子、原子、離子等概念時，從宏觀深入到微觀有一定的困難，教學中若不致力于化學模型的建構(gòu)，就會既割斷宏觀現(xiàn)象與微觀結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系，也割斷了認識發(fā)展與學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、形成知識結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系。其結(jié)果是造成學生化學基本觀念的匱乏，造成化學教學科學素養(yǎng)教育價值的貧乏。解決這一矛盾的有效方式之一，就是利用模型建構(gòu)促進學生化學學習，在化學教學中形成物質(zhì)性質(zhì)及其變化的規(guī)律知識與化學模型的相互融合，促進學生化學核心素養(yǎng)的提高[6]。圍繞學科知識結(jié)構(gòu)和思維方法展開復(fù)習教學，處理好物質(zhì)性質(zhì)的共性與個性的關(guān)系，以化學“宏微符”三重表征理論為指導(dǎo)，讓學生在學習化學、理解化學變化時能夠把化學內(nèi)容所包含的宏觀、微觀、符號三個表征方式有機地結(jié)合起來，深刻認識研究對象，對知識、技能和能力的遷移以及創(chuàng)造性解決問題，都會有很大的幫助。

2.2? 建構(gòu)思維模型，提高思維品質(zhì)

化學模型的大部分內(nèi)容都是思維的產(chǎn)物，這就要求我們在化學模型的建構(gòu)中要從最簡單的問題開始，即從思維的起點開始，學習具體知識、掌握化學思想和方法、探尋答案，循序漸進構(gòu)建化學認知模型[7]。

我們在教學中難免會出現(xiàn)錯誤，如以偏概全的經(jīng)驗型錯誤、簡單遷移的想當然型錯誤、專業(yè)匱乏的科學性錯誤、忽視細節(jié)的定勢思維型錯誤等。為了科學地解決這些教學問題，就意味著要在提出（明確）問題的基礎(chǔ)上，做出科學的假設(shè)，選擇并運用合適的方法，收集充足的、有根據(jù)的事實性證據(jù)材料，再通過分析、歸納和論證，收獲探究結(jié)論。因此，我們的教學也應(yīng)該逐步地從傳授事實、掌握學科知識層面上升到使用事實、發(fā)展學科觀念、建構(gòu)思維模型上來。

2.2.1? 建構(gòu)整體思維模型

硝酸與金屬反應(yīng)的相關(guān)化學方程式以及綜合計算，對學生的要求較高。學生難以主動將新課所學的內(nèi)容整合形成系統(tǒng)的認識。復(fù)習課的重要任務(wù)之一是幫助學生建構(gòu)基礎(chǔ)知識和整體思維模型。硝酸與金屬反應(yīng)的思維模型如圖2所示。

在進行硝酸與金屬反應(yīng)的復(fù)習教學時我們需要用系統(tǒng)、整體的思維。以硝酸為思考起點，以硝酸中氮元素為核心經(jīng)過知識點的全面梳理幫助學生進一步理解硝酸與金屬反應(yīng)的本質(zhì)，進而對酸的性質(zhì)、原子守恒、得失電子守恒和離子方程式整合形成一個充分體現(xiàn)學科內(nèi)在邏輯的知識框架和思維結(jié)構(gòu)。

2.2.2? 建構(gòu)有序思維模型

培養(yǎng)學生的有序思維，理解化學平衡圖像（見圖3）。

將分析問題的過程與思維可視化，有利于幫助學生組織相關(guān)知識和信息，引導(dǎo)學生清晰而有邏輯地思考，進而促進學生運用所學知識分析和解決相關(guān)問題。

2.2.3? 建構(gòu)創(chuàng)新思維模型

在化學教學中，創(chuàng)新實驗是培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的重要載體，若教師能對教材實驗進行一些改進，時常給予學生一些改進實驗的創(chuàng)新機會，不僅能豐富課堂教學、優(yōu)化復(fù)習教學效果，對學生創(chuàng)新意識的喚醒和創(chuàng)新思維的鍛煉也是大有裨益的[8]。

如根據(jù)防倒吸原理創(chuàng)新設(shè)計實驗裝置（以用水吸收氨氣為例），引導(dǎo)學生進行思考，提出進一步改進實驗的設(shè)想。經(jīng)過學生一輪熱烈的討論和設(shè)計，得到以下三種類型創(chuàng)新裝置： （1）肚容式（圖4中的發(fā)散源及Ⅰ和Ⅱ）;（2）接收式（圖4中的Ⅲ、 Ⅳ、 Ⅴ）;（3）隔離式（圖4中的Ⅵ、 Ⅶ）。

在實驗復(fù)習中，適時引導(dǎo)學生在實驗內(nèi)容和形式上進行一些力所能及的創(chuàng)新，激發(fā)學生的創(chuàng)新熱情。發(fā)揮創(chuàng)新實驗的教育功能，努力培育學生的科學態(tài)度和創(chuàng)新精神。

2.2.4? 建構(gòu)推理思維模型

引導(dǎo)學生進行嚴密的邏輯推理，建構(gòu)推理思維模型。能依據(jù)各類物質(zhì)及其反應(yīng)的不同特征尋找充分的證據(jù)，解釋證據(jù)與結(jié)論之間的關(guān)系;能對復(fù)雜的化學問題情境中的關(guān)鍵要素進行分析以建構(gòu)相應(yīng)的模型[9]。如圖5所示為幫助學生建立判斷化學平衡移動方向的思維模型。

2.3? 建構(gòu)解題模型，理清解題思路

2.3.1? 根據(jù)守恒定律建模，突破電化學綜合計算

電化學綜合計算，如幾個電解池串聯(lián)的計算，學生往往將每個電解池的總化學方程式寫出來配平后才找到各物質(zhì)間的物質(zhì)的量的關(guān)系，導(dǎo)致解題過程耗時多?，F(xiàn)分析該解題思路如下。

（1） 解題關(guān)鍵： 根據(jù)得失電子守恒定律建立起已知量與未知量之間的橋梁，構(gòu)建計算所需的關(guān)系式。

（2） 思維建模： 如以通過4mole-為橋梁可構(gòu)建如圖6的思維模型。

該思維模型具有總攬電化學計算的作用和價值，準確判斷電極產(chǎn)物，便能快速解答常見的電化學計算問題，使思維過程化繁為簡。

2.3.2? 根據(jù)解題思路建模，突破工藝流程題

化學工藝流程題是將化工生產(chǎn)中的生產(chǎn)流程用框圖形式表示出來，并根據(jù)生產(chǎn)流程中有關(guān)的化學知識步步推進，是無機框圖題的一種創(chuàng)新。它以現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)為基礎(chǔ)，與化工生產(chǎn)成本、產(chǎn)品提純、環(huán)境保護等相融合，考查物質(zhì)的制備、檢驗、分離或提純等基本實驗原理在化工生產(chǎn)中的實際應(yīng)用，具有較強的綜合性，學生在解答這類無機化學工藝流程題時往往無從下手。

提高學生對這類題的解題能力，就是幫助學生建構(gòu)無機化學工藝流程題的解題思維模型： 原材料→核心化學反應(yīng)→產(chǎn)品分離提純，化整為零巧破題。如： [2015新課標全國卷Ⅰ，27節(jié)選]硼及其化合物在工業(yè)上有許多用途，以鐵硼礦（主要成分為Mg2B2O5·H2O和Fe3O4，還有少量的Fe2O3、 FeO、 CaO、 Al2O3、 SiO2等）為原料制備硼酸（H3BO3）的工藝流程如圖7所示。

本題解題思路模型如圖8所示。

在建模教學中，要注意引導(dǎo)學生形成從物質(zhì)或流程本身出發(fā)去分析問題的思維模式，切不可脫離實際問題談模型。這樣，一旦建立了某一工藝流程的模型，就把流程中涉及的物質(zhì)的性質(zhì)、設(shè)備或裝置的使用、副產(chǎn)物的分離利用、資源的回收等問題有機地結(jié)合起來，各部分知識交互運作，避免知識的遺忘和模型的錯誤匹配，形成知識的“螯合反應(yīng)”[10]。

講究規(guī)范，追求細節(jié)。細節(jié)決定成敗，因此在復(fù)習中還要注意抓表達、解題、實驗等細節(jié)，幫助學生建構(gòu)答題模型，促使答題規(guī)范化，逐步提高化學學習質(zhì)量。

其一，教師做規(guī)范的模范。教師的語言表達要嚴謹、科學、準確，實驗操作示范到位等。

其二，學生做規(guī)范的典范。嚴格要求，使學生的表達、解題、實驗規(guī)范、正確。

3? 反思總結(jié)

嘗試基于模型認知的高三化學復(fù)習，改變過去傳統(tǒng)的按課本內(nèi)容“炒冷飯”式的回顧整理知識點的高三化學復(fù)習模式，將零散的化學知識進行整合，讓學生在建構(gòu)知識模型的同時，加深對知識的理解。優(yōu)化學生的認知結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學生的科學思維能力，有助于學生對有關(guān)化學的問題作出符合科學倫理的結(jié)論和形成認知模型，提升學生的整合思維，培養(yǎng)學生的深度學習能力，使我們的教學逐步從傳授事實、掌握學科知識層面上升到使用事實、發(fā)展學科觀念、建構(gòu)思維模型上來。引導(dǎo)學生建構(gòu)思維模型，形成有序的系統(tǒng)思維，提升學生的學科核心素養(yǎng)，從而大大提高高三化學復(fù)習效率。

課堂教學的過程就是師生互動的過程。若教師缺乏較高的化學學科素養(yǎng)，對所教內(nèi)容理解不深刻，在建模時不遵循學生的認知規(guī)律，對偶發(fā)問題處理不到位，就無法深入淺出地給學生以啟發(fā)、引領(lǐng)，也就不可能正確有效地指導(dǎo)和支持學生的化學學習，提升學生的核心素養(yǎng)也就成為一紙空談[11]。學生的核心素養(yǎng)要得到有效培養(yǎng)，其關(guān)鍵在于教師應(yīng)該具有核心素養(yǎng)。只有教師具有核心素養(yǎng)，學生的核心素養(yǎng)發(fā)展才有可能性。因此，化學教師需要加強學習，提高自身化學專業(yè)水平，努力成為創(chuàng)新型、學者型教師，這不僅有利于培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)，同時還培養(yǎng)了高中化學教師的核心素養(yǎng)，促進教師專業(yè)的發(fā)展。

參考文獻：

[1]Ananiadou K.， & Claro M. 21st century skills and competences for new millennium learners in OECD countries [M]. OECD Education Working Papers， No.41， OECD Publishing， 2009： 17～19.

[2][9]中華人民共和國教育部制定. 普通高中化學課程標準[S]. 北京： 人民教育出版社， 2018： 91.

[3]解慕宗，林建芬，寇輝，劉文婷. 基于模型認知的高三化學深度復(fù)習研究[J]. 中學化學教學參考， 2017， （10）： 25～26.

[4][5]陳仕功. 模型認知背景下的化學教學研究[J]. 教學考試（高考化學2）， 2018， （5）： 47～48.

[6][7]張發(fā)新. 利用模型建構(gòu)促進學生化學學習[J]. 化學教學， 2017， （5）： 24～28.

[8][11]江旭峰， 陸燕海. 讓核心素養(yǎng)在化學教學中落地[J]. 中學化學教學參考， 2017， （10）： 4～9.

[10]吳翀云. 從工藝流程的解讀談化學工藝建模教學[J]. 化學教學， 2018， （1）： 29～34.