基于模型認(rèn)知素養(yǎng)能力培養(yǎng)的高中化學(xué)教學(xué)實(shí)踐研究

摘?要：本文立足教學(xué)實(shí)踐，闡明模型認(rèn)知的內(nèi)涵，通過教學(xué)實(shí)踐研究建立認(rèn)知模型能力的路徑，提出可行性措施，在高中化學(xué)教學(xué)中落實(shí)模型認(rèn)知核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：模型認(rèn)知;建模能力;高中化學(xué)

2021年福建省實(shí)施“3+1+2”新高考模式，不再編寫考綱，只有新課標(biāo)。高考化學(xué)試題必然注重對學(xué)科核心素養(yǎng)的考查，化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之一為證據(jù)推理與模型認(rèn)知，這是化學(xué)素養(yǎng)的思維核心，是考查的重點(diǎn)，本文立足本校教學(xué)實(shí)踐闡明如何發(fā)展和提升學(xué)生的建立模型認(rèn)知能力。

一、?模型認(rèn)知素養(yǎng)培養(yǎng)現(xiàn)狀分析

立足本?；瘜W(xué)教學(xué)實(shí)際，第一學(xué)期期末分別對本校三個(gè)年段進(jìn)行調(diào)查分析如下：

（一）高一學(xué)生無法有效建立相關(guān)核心知識體系的思維模型

讓學(xué)生從必修一金屬元素鈉鎂鋁鐵中任選一種元素畫出物質(zhì)轉(zhuǎn)化的思維模型導(dǎo)圖，大部分學(xué)生只能做到對課本知識的復(fù)述而無法建構(gòu)元素化合物相關(guān)知識體系思維模型，導(dǎo)致元素化合物知識無法系統(tǒng)化。元素化合物知識在高一上新課時(shí)學(xué)生就感覺知識點(diǎn)多且零散，高三復(fù)習(xí)時(shí)總是費(fèi)時(shí)費(fèi)力，一輪二輪復(fù)習(xí)過后又易忘記，使元素化合物的復(fù)習(xí)課停留在較低的認(rèn)知水平，效率極低。

（二）高二學(xué)生無法有效建立相關(guān)化學(xué)理論深層次思維模型

讓學(xué)生分析化學(xué)平衡體系中平衡常數(shù)Kp、Ka、Kb、Kh、Ksp之間的關(guān)系，學(xué)生思維一片混亂，對平衡體系的深層次的模型認(rèn)知能力不夠，無法利用勒夏特列原理，將化學(xué)平衡相關(guān)的知識進(jìn)行深層次的思維建模。

（三）高三學(xué)生沒有構(gòu)建很好的解題模型，導(dǎo)致解題能力薄弱，無法深度學(xué)習(xí)

高三綜合題信息量大，解題能力速度要求高，面對復(fù)雜轉(zhuǎn)化或綜合知識解決問題時(shí)，學(xué)生欠缺必備的化學(xué)思維，缺乏方法類的解題模型作支撐。許多學(xué)生無法突破思維瓶頸順利解題。

從學(xué)生實(shí)際出發(fā)，為發(fā)展學(xué)生模型認(rèn)知的核心素養(yǎng)能力，在課堂教學(xué)的設(shè)計(jì)和實(shí)施中具體做法，策略探討如下。

二、?模型認(rèn)知的內(nèi)涵

新課標(biāo)關(guān)于模型認(rèn)知的表述簡明扼要：建立認(rèn)知模型，并能運(yùn)用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象，揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律。大部分師生對模型認(rèn)知的認(rèn)識只停留在淺層的模型一詞，如有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)模型，金屬晶體的基本堆積模型，氯化鈉、氯化銫、金剛石、石墨晶體結(jié)構(gòu)模型等，模型的內(nèi)涵遠(yuǎn)比這深遠(yuǎn)得多。

（一）模型認(rèn)知的內(nèi)涵

模型是按實(shí)物比例和結(jié)構(gòu)制成的物品，也指人的大腦形成的意識形態(tài)，通過表達(dá)形成的物件。思維模型用簡單易懂的圖形符號結(jié)構(gòu)化語言等表達(dá)人們思考和解決問題的形式?？梢娔Ｐ涂梢允浅橄蠡幕瘜W(xué)概念、化學(xué)符號等。

（二）模型認(rèn)知的功能

幫助學(xué)生面對抽象的復(fù)雜的化學(xué)知識時(shí)，提取主要因素進(jìn)行思維建模，快速理清現(xiàn)象與本質(zhì)的聯(lián)系。這種認(rèn)知模型的功能強(qiáng)大，可以解決一類化學(xué)題。

（三）模型認(rèn)知的類型

模型認(rèn)知的類型分為淺層的模型認(rèn)知和深層的思維建模。

淺層的模型認(rèn)知如教學(xué)中常用的甲烷、乙烯、乙炔的比例模型、球棍模型，均為淺層的模型制作。根據(jù)實(shí)物與模型之間共有的特征，把抽象的原子、分子用模型表達(dá)，便于學(xué)生理解。

深層的思維建模就是學(xué)生的認(rèn)知活動，是大腦的系統(tǒng)工程，涉及觀察、分析、探究、推理、演繹、歸納、總結(jié)等各種思維活動，把復(fù)雜的龐大的化學(xué)知識系統(tǒng)化。如構(gòu)建硫元素價(jià)類二維圖，此類模型認(rèn)知具有系統(tǒng)性，難度大。

三、?建立認(rèn)知模型能力的路徑

（一）重視培養(yǎng)學(xué)生對模型的認(rèn)知

學(xué)生建立認(rèn)知模型十分重要，它是學(xué)生在面對物質(zhì)世界的認(rèn)識過程中采用的科學(xué)研究的方法，借助于實(shí)物模型和思維模型，將物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、化學(xué)性質(zhì)及變化規(guī)律融合，構(gòu)建成解決實(shí)際問題的思維模型，學(xué)生通過模型認(rèn)知自覺進(jìn)行建模解決實(shí)際問題，充分理解并體會到模型價(jià)值，最終認(rèn)知模型將升華為學(xué)生重要的學(xué)習(xí)方法和思維模式。學(xué)生的學(xué)習(xí)過程與化學(xué)家的研究過程是一樣的，都是建構(gòu)模型認(rèn)知的過程。從已有的知識經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，通過動手實(shí)驗(yàn)、觀察現(xiàn)象，提取有用信息分析原因，建立認(rèn)知模型，解釋現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律。要重視并強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生對模型的認(rèn)知，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。實(shí)踐證明，學(xué)生只要形成對某一系統(tǒng)知識的認(rèn)知模型，遇到類似的問題時(shí)，學(xué)生將會自覺地運(yùn)用已有的認(rèn)知模型去分析和解決問題，即借助建構(gòu)認(rèn)知模型進(jìn)行學(xué)習(xí)與遷移，對原有的認(rèn)知模型或強(qiáng)化或修正，將已建立起來的認(rèn)知模型從簡略的模型發(fā)展成較完整的認(rèn)知模型。

教師必須清楚學(xué)生建立認(rèn)知模型的重要性，重視培養(yǎng)學(xué)生對模型的認(rèn)知。研究近幾年高考題，我們會發(fā)現(xiàn)試題所選的素材廣泛，經(jīng)常是最新科研論文直接摘取出來的情景。教師要有意識地創(chuàng)設(shè)相關(guān)的問題情境，引導(dǎo)學(xué)生自主合作學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生自覺建模的意識。在模型的認(rèn)知建構(gòu)和應(yīng)用過程中，教師不要傾囊相授，知識點(diǎn)講的越多越細(xì)越深越好，而是要引導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)主動學(xué)習(xí)，讓學(xué)生渴望從已知達(dá)到未知，在這個(gè)過程中進(jìn)行自我思維建模，實(shí)現(xiàn)從現(xiàn)象到本質(zhì)的跨越。教師在教學(xué)中充分引導(dǎo)，不僅要關(guān)注學(xué)生已有的知識經(jīng)驗(yàn)，更要關(guān)注在真實(shí)情境中模型的發(fā)展演變，促進(jìn)學(xué)生對化學(xué)學(xué)科概念的建模和學(xué)習(xí)。

（二）重視培養(yǎng)學(xué)生參與建模過程

學(xué)生參與建模過程就是要讓學(xué)生動手動腦，通過構(gòu)建和應(yīng)用模型理解現(xiàn)象與本質(zhì)。好比一個(gè)人學(xué)游泳，光聽教練的講解不可能學(xué)會游泳，學(xué)習(xí)者一定要在水里不斷劃水，換氣，練習(xí)才能學(xué)會。同樣學(xué)生不可能通過老師在黑板上完美的演繹就能理解并應(yīng)用化學(xué)原理、化學(xué)概念，學(xué)生一定要參與建模過程。把學(xué)習(xí)的主動權(quán)交給學(xué)生，相信學(xué)生，創(chuàng)造機(jī)會讓學(xué)生在已有的知識結(jié)構(gòu)體系中建立初步的思維模型，在不斷學(xué)習(xí)過程中積極調(diào)整和修改原有知識結(jié)構(gòu)，進(jìn)行自我知識再建構(gòu)，內(nèi)化相關(guān)化學(xué)知識和學(xué)習(xí)方法，這就是學(xué)生建構(gòu)知識體系過程中最有效的方法。如粗鹽的提純，高一學(xué)生已學(xué)會過濾蒸發(fā)等分離操作，在此經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上可進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，小組討論得出粗鹽中含有的雜質(zhì)有鈣離子、鎂離子、硫酸根離子，老師引導(dǎo)，學(xué)生討論選用適合的除雜試劑依次為碳酸鈉、氫氧化鈉、氯化鋇、鹽酸。師生分析討論，碳酸鈉一定要在氯化鋇后面加，考慮除雜順序用量初步得出思維模型圖。老師再引導(dǎo)能否優(yōu)化方案，如簡化步驟，學(xué)生討論修正，師生再歸納除雜一般規(guī)律，先判斷雜質(zhì)類型，選擇合適的除雜試劑，除雜過程需考慮科學(xué)性、順序、用量、步驟簡單、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等，再進(jìn)行分離提純，如此循序漸進(jìn)層層深入，就是學(xué)生建立除雜認(rèn)知模型的過程。師生互動啟發(fā)學(xué)生主動思維，注重思考過程，促進(jìn)學(xué)生自主建構(gòu)有邏輯的化學(xué)模型，推動學(xué)生的模型認(rèn)知水平向縱深方向發(fā)展。如元素化合物知識點(diǎn)多且凌亂，一定要引導(dǎo)學(xué)生通過思維導(dǎo)圖進(jìn)行建模，找出元素結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)性質(zhì)，物質(zhì)性質(zhì)決定物質(zhì)用途這條主線，把元素分族分類進(jìn)行歸納，構(gòu)建價(jià)類二維關(guān)系圖，自主構(gòu)建與發(fā)展“元素觀”“分類觀”“轉(zhuǎn)化觀”價(jià)類二維關(guān)系圖是元素化合物知識結(jié)構(gòu)化的工具。如鋁三角、鐵三角思維導(dǎo)圖是一種概括性的化學(xué)符號建立起來的模型，學(xué)生通過此模型對元素之間的轉(zhuǎn)化能有清晰簡單扼要的理解，讓學(xué)生動手畫價(jià)類二維圖，自覺主動建模，也可以按氧化還原反應(yīng)原理和離子反應(yīng)原理兩大理論對元素化合物知識進(jìn)行思維建模，模型可以多樣化，在這個(gè)過程中，依托教材靈活運(yùn)用教材，在教材中尋找切入點(diǎn)進(jìn)行深入挖掘，所建的模型有代表性和規(guī)律性，學(xué)生可以很好地內(nèi)化所學(xué)知識，具有典型特征，形成一定的思維慣性和思維深度。學(xué)生建立認(rèn)知模型，評價(jià)模型，修正模型，最終建立科學(xué)的思維模型。

（三）重視培養(yǎng)學(xué)生程序化建模能力

所謂程序化就是按照一定的規(guī)律，一定的順序，一定的方法，尋求解決問題的一種思維方式。程序化建模能力可以通過化學(xué)相關(guān)知識進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練。高中化學(xué)適合建模的系統(tǒng)知識如元素周期率位構(gòu)性認(rèn)知模型，化學(xué)平衡中的平衡常數(shù)三部曲計(jì)算、Kp計(jì)算、主族元素化合物知識、電化學(xué)方程式書寫、化學(xué)實(shí)驗(yàn)題、化學(xué)工藝流程題等解題模型。思維模型、解題模型或簡單或形象或煩瑣，適合就好，好的思維建?？梢詭椭鷮W(xué)生學(xué)會并使用解決復(fù)雜問題的程序性知識，方便學(xué)生解決問題，有一個(gè)可遵循的路徑和一種程序化的思維，從而優(yōu)化教學(xué)，形成方法，提升能力。

加強(qiáng)學(xué)生程序化建模能力思維方法訓(xùn)練，建立多種有效的解題模型，使學(xué)習(xí)更有針對性和有效性，提高學(xué)生綜合解題能力。強(qiáng)調(diào)解題模型，實(shí)際上就是要學(xué)會靈活的運(yùn)用各種化學(xué)概念原理，各種物質(zhì)性質(zhì)以及反應(yīng)規(guī)律，通過學(xué)習(xí)活動分類建立適合自己的解題模型。如電化學(xué)方程式的書寫可通過分析歸納電極反應(yīng)式書寫技巧的模型認(rèn)知，讓學(xué)生在真題練習(xí)中互評互判，強(qiáng)化方法技巧的理解與掌握，培養(yǎng)程序化的建模能力。建模如下：提取信息，確定電極;列出物質(zhì)，標(biāo)出得失，負(fù)極反應(yīng)（或陽極反應(yīng)）：還原劑-ne-氧化產(chǎn)物，正極反應(yīng)（或陰極反應(yīng)）：氧化劑+ne-還原產(chǎn)物;看清環(huán)境，配平守恒，根據(jù)介質(zhì)補(bǔ)充電極反應(yīng)式，符合三大守恒。一般根據(jù)電荷守恒補(bǔ)充為突破口，酸性介質(zhì)補(bǔ)充H+和H2O，堿性介質(zhì)補(bǔ)充OH-和H2O，金屬氧化物介質(zhì)補(bǔ)充O2-，熔融碳酸鹽介質(zhì)補(bǔ)充CO2-3。利用此程序化的電化學(xué)解題模型，學(xué)生解相關(guān)題型能力迅速提高，最終固化為一種自己的學(xué)習(xí)方法。

四、?結(jié)語

高中化學(xué)大部分專題內(nèi)容，知識點(diǎn)都適合建構(gòu)思維模型。但是化學(xué)中的思維建模很容易固化學(xué)生的思維，遇到類型題用同一種思路同一種方法，都是套路，有其局限性。教師應(yīng)當(dāng)注意，除了引導(dǎo)學(xué)生思維模型，還要通過評價(jià)模型、修正模型來激發(fā)學(xué)生獨(dú)立的思維，充分挖掘?qū)W生的潛力，讓學(xué)生自覺地在學(xué)習(xí)過程中建構(gòu)化學(xué)模型并加以創(chuàng)新，只有這樣才能優(yōu)化學(xué)生的思維，提高學(xué)生思維建模的能力，達(dá)到優(yōu)化高中化學(xué)教學(xué)的目的，內(nèi)化高中學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)。

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作者簡介：

陳花，中學(xué)一級，福建省漳州市，福建省云霄第一中學(xué)。