模型認(rèn)知視角下的化學(xué)鍵教學(xué)策略芻議

孫影 潘平 王府

摘要：化學(xué)鍵是模型認(rèn)知的良好對象，文中從模型認(rèn)知視角下提出化學(xué)鍵概念教學(xué)的幾種教學(xué)策略，包括實物模型直觀教學(xué)、多媒體模型活化教學(xué)、數(shù)據(jù)模型明析教學(xué)、符號模型強化教學(xué)等。期望通過以上教學(xué)策略降低化學(xué)鍵概念學(xué)習(xí)的難度。

關(guān)鍵詞：模型認(rèn)知;化學(xué)鍵;教學(xué)策略

文章編號：1008-0546（2019）02-0009-03 中圖分類號：G632.41 文獻標(biāo)識碼：B

一、引言

我國最新高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)修訂版本中將“模型認(rèn)知”作為化學(xué)核心素養(yǎng)的重要組成部分[1]。高中生的“模型認(rèn)知”能力是指能夠運用模型描述化學(xué)研究對象、解釋化學(xué)現(xiàn)象和規(guī)律、預(yù)測可能的結(jié)果，并能夠建構(gòu)模型證明自己對化學(xué)事實的理解和解釋化學(xué)事實的能力[2]。化學(xué)鍵概念模型是化學(xué)模型中最具學(xué)科代表性的對象，且化學(xué)鍵知識具有理論性強、微觀難以感知等特點，文中擬采用模型認(rèn)知視角下的幾種教學(xué)策略，即基于模型的認(rèn)知，從而完善學(xué)生頭腦中化學(xué)鍵概念的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，幫助教師進行有效教學(xué)，降低學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)鍵知識的難度。

二、教學(xué)策略的理論基礎(chǔ)

Johnstone[3]（1991）學(xué)習(xí)模型（如圖1）經(jīng)常被視為一個幫助我們發(fā)展課堂策略的框架。

正如說明中描述的，化學(xué)鍵概念的教學(xué)可以通過模型中說明的三個概念層次來解決，教學(xué)策略設(shè)計先從宏觀人手，可以采用實物模型例如物質(zhì)的球棍模型進行直觀教學(xué);再從微觀角度和表征的角度人手，例如采用多媒體模型使教學(xué)生動活潑，采用圖表、符號等模型使化學(xué)鍵教學(xué)明析。計劃并在課堂中實施的策略旨在清楚地解釋化學(xué)鍵實質(zhì)，并且提高學(xué)生模型認(rèn)知能力。但在這些教學(xué)策略實施時要謹(jǐn)記配合腳手架（幫助性）問題和解釋。

三、教學(xué)策略具析

1.實物模型直觀教學(xué)

實物模型具有直觀性，在化學(xué)鍵相關(guān)概念教學(xué)過程中，其中球棍模型經(jīng)常用來幫助學(xué)生想象簡單共價分子、大分子、離子晶體的結(jié)構(gòu)，然后將它們的物理性質(zhì)的差異與它們的結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來。例如，碳化硅模型經(jīng)常被用于解釋碳化硅分解時，碳與硅原子之間的共價鍵斷裂，導(dǎo)致原子可以自由地移動。同樣，使用模型，學(xué)生可以更容易理解氯化鈉熔融狀態(tài)導(dǎo)電的原因，在熔化過程中氯化鈉晶格結(jié)構(gòu)中的鈉離子和氯離子之間的離子鍵被破壞，這樣就出現(xiàn)了可以在兩個電極之間定向移動的離子從而導(dǎo)電;模型的策略也能夠幫助我們解釋化學(xué)鍵斷裂和形成過程中確實伴隨著能量的變化;另外，為了防止學(xué)生把氯化鈉看成由一對鈉離子和氯離子組成的單元分子（如電子結(jié)構(gòu)所示）。也可使用氯化鈉晶體的3D模型，強調(diào)NaCl化學(xué)式實際上表示1：1的比率，并且在晶體結(jié)構(gòu)中鈉離子被氯離子包圍，氯離子也被鈉離子包圍。

我們還利用球棒模型來解釋碳原子排列成正四面體的金剛石的剛性三維結(jié)構(gòu)，以及每個碳中所有四個價電子都用于形成共價鍵的事實。但金剛石和石墨的結(jié)構(gòu)（如圖2，3）是截然不同的，石墨的結(jié)構(gòu)是由碳原子排列成多層狀，層與層之間容易滑動，是由于層與層存在微弱的范德華力。另外，石墨球棍模型說明僅有三個價電子被用來與其他碳原子形成共價鍵，第四個電子是離域的。我們可以看出模型的使用使金剛石、石墨的結(jié)構(gòu)直觀化，那么石墨可以用于電導(dǎo)體和潤滑添加劑，金剛石可用于鉆頭的原因，都很容易解釋了。

在實物模型直觀教學(xué)策略實施時，只有在老師的解釋與向?qū)W生提出的檢驗其理解程度的支架性問題一起使用的情況下，金剛石和石墨的鍵合情況才能被完整的解釋。這個解釋必須在一個適合大多數(shù)學(xué)生的平和的氛圍下給出，教師的解釋要始終強調(diào)一個事實——模型是實物簡單的表征，真實的亞顯微結(jié)構(gòu)會更復(fù)雜。這樣做的目的是防止迷思概念的形成，球棍模型只是一種模擬。

另外像球棍模型一樣，想象模型也被經(jīng)常用來解釋物理現(xiàn)象，當(dāng)然想象模型我們可以用具體的實物模型反映出來，例如融化和沸騰。圖4表明使用白板磁性按鈕來顯示在沸騰過程中，單個甲烷分子簡單地進一步分開，因為它們的分子間吸引力被削弱。這個模型允許我們解釋甲烷分子中的原子之間的鍵依然是鍵合的。共價鍵把原子聚合在一起，在這個過程中并沒有斷裂。

2.多媒體模型活化教學(xué)

多媒體模型（視頻、電影剪輯、電腦動畫等）增強了原子、離子、分子的感觀，使學(xué)生更好認(rèn)識微觀狀態(tài)的這些粒子。一方面生動多樣的媒體可以為學(xué)生觀看一系列事件提供條件，例如化學(xué)反應(yīng)、物理變化（像氯化鈉在融化時晶格斷裂，碘晶格在升華的過程中的變化）;另一方面還能夠幫助降低發(fā)生在微觀水平抽象的問題的難度。例如在探究離子鍵概念本質(zhì)時，可以播放氯化鈉形成過程的Flash動畫，讓學(xué)生既在活潑生動的氛圍內(nèi)學(xué)習(xí)氯化鈉形成過程的微觀實質(zhì)，同時化微觀為宏觀從而降低學(xué)習(xí)難度。

在多媒體模型中，視頻是一個很有力量的教學(xué)工具，當(dāng)和支架性問題一起使用時，能夠幫助學(xué)生思考和建立概念。視頻教學(xué)能夠提高學(xué)生建構(gòu)知識的能力，因為用視頻可將事物更加清晰生動地呈現(xiàn)給學(xué)生。使用視頻時需注意，我們應(yīng)該把視頻當(dāng)作一輛為了發(fā)現(xiàn)和開拓新視野的“車”一樣的工具，而不是把它們當(dāng)作“學(xué)生的電視”一樣的工具。因此，在任何時候，當(dāng)視頻被用于我們的指導(dǎo)中，我們應(yīng)該把指導(dǎo)學(xué)生發(fā)展概念納人工作表中。例如在進行化學(xué)鍵教學(xué)時導(dǎo)課可以使用化學(xué)鍵形成化學(xué)史小視頻，在觀看之前要向?qū)W生提出明確要求，對視頻中科學(xué)家所提出的的化學(xué)鍵的觀點進行評析。另外視頻有利于我們的學(xué)生專注于課堂教學(xué)中，幫助他們提高記憶力和保留力。我們?nèi)绾未蚰ザ嗝襟w模型（視頻、電影剪輯、電腦動畫）成為一個有效的教學(xué)策略，也是需要教師進行思考的問題。

3.數(shù)據(jù)模型明析教學(xué)

數(shù)據(jù)模型是化學(xué)鍵知識教學(xué)中不可或缺的部分，數(shù)據(jù)具有真實直觀性。例如共價化合物一般被認(rèn)為具有比離子化合物低的熔點和沸點。這個概括容易使學(xué)生產(chǎn)生疑惑，并且導(dǎo)致他們總結(jié)出所有共價化合物包括二氧化硅;也會使許多學(xué)生認(rèn)為離子鍵一定一直比共價鍵強。為了避免這兩個迷思概念，通過使用真實數(shù)據(jù)（如表1）可以說明不同類型化學(xué)物質(zhì)熔點和沸點的范圍，從而看出差異。因此在化學(xué)鍵相關(guān)概念辨析的過程中數(shù)據(jù)模型的使用是有益的。

4.符號模型完善教學(xué)

符號模型是化學(xué)學(xué)科獨特的表征方式，也是化學(xué)鍵概念教學(xué)的重要手段。用符號表征使化學(xué)鍵模型更加完善，例如氯化鈉形成過程的符號表征，如圖5。這種符號表征方式簡明化地闡述了氯化鈉形成過程的原因和實質(zhì)，是對離子鍵概念模型的完善，與整體教學(xué)內(nèi)容相呼應(yīng)。

5.概念圖漫畫模型辨析教學(xué)

概念漫畫實際是一種學(xué)生積極參與的概念辨析的活動模型，用它展現(xiàn)一些物理現(xiàn)象和化學(xué)現(xiàn)象的看法，概念卡通[4]是對學(xué)習(xí)策略的評估，可以有效地用于創(chuàng)建專注的討論，其中學(xué)生的迷思概念背后的推理可能最終被揭示。有時，我們可以在一節(jié)課開始用概念漫畫引出先前教的與此概念有關(guān)的知識。大多時候，我們也在教授概念以后用概念卡通，為了分辨學(xué)生的迷思概念有沒有被堅持（創(chuàng)建的一個例子如圖6）。

四、小結(jié)

化學(xué)鍵教學(xué)一直是高中教學(xué)模塊中一個重難點內(nèi)容，在模型認(rèn)知視角下的教學(xué)策略，即利用各種模型和模型的方法融匯到化學(xué)鍵教學(xué)當(dāng)中，模型能夠幫助學(xué)生鑒別粒子（原子、離子、分子），并且動畫能夠增強學(xué)生對化學(xué)過程的理解等。除了上述教學(xué)策略，我們也可以在教學(xué)過程中延伸拓展，給學(xué)生提供機會去做離子、原子、分子模型，總之采用有效的教學(xué)策略，有利于學(xué)生輕松愉快地建構(gòu)自己的知識觀念，促進學(xué)生的發(fā)展。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018

[2]楊玉琴.化學(xué)核心素養(yǎng)之“模型認(rèn)知”能力的測評研究[J].化學(xué)教學(xué)，2017（7）：9-15

[3]Johnstone，A，H.Why is science difficult to learn？Things are seldom what they seem[J].Journal ofComputer Assisted Learning，1991（7）：75-83

[4]Kabapinar， F.What Makes Concept Cartoons MoreEffective？ Using Research to Inform Practice[J].EgitimveBilim-Education and Science，2009（34）：104-118