例談化學(xué)模型的特征、作用與類型

鄭燕

[摘要]化學(xué)模型是一種非常重要的知識媒介，它能夠?qū)⒊橄蟮幕瘜W(xué)物質(zhì)的性質(zhì)和功能與其具象的結(jié)構(gòu)特征相聯(lián)系。引導(dǎo)學(xué)生正確認(rèn)識各種化學(xué)模型的特征、作用、類型等內(nèi)容，是使學(xué)生通過化學(xué)模型開展高效研究和學(xué)習(xí)活動(dòng)的關(guān)鍵。基于此，結(jié)合具體實(shí)例對這些內(nèi)容進(jìn)行深入的分析和探討，以促進(jìn)學(xué)生的模型意識和學(xué)科核心素養(yǎng)的全面升華。

[關(guān)鍵詞]化學(xué)模型，特征，作用，類型

[中圖分類號]G633.8[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A [文章編號]1674-6058（2020）11-0057-02

在高中化學(xué)中，化學(xué)模型是一種非常重要的知識媒介，它能夠?qū)⒊橄蟮幕瘜W(xué)物質(zhì)的性質(zhì)和功能與其具象的結(jié)構(gòu)特征相聯(lián)系，讓學(xué)生更加系統(tǒng)化、條理化和科學(xué)化地對相關(guān)知識內(nèi)容形成更加深刻的認(rèn)知。因此在教育教學(xué)過程中，教師應(yīng)當(dāng)盡可能引導(dǎo)學(xué)生建立起化學(xué)模型的概念，使其能夠清楚各種化學(xué)模型的特征、作用以及類型等。這樣，學(xué)生在進(jìn)行學(xué)習(xí)時(shí)就能夠?qū)⑦@些模型有效應(yīng)用，學(xué)生的模型認(rèn)知素養(yǎng)和實(shí)踐探究能力都會得以提升，學(xué)科思維能力和核心素養(yǎng)也會因此而不斷加強(qiáng)。基于此，筆者將結(jié)合自身教學(xué)經(jīng)歷詳細(xì)闡述化學(xué)模型的特征、作用和類型。

一、化學(xué)模型的特征

一般來說，我們會將研究者稱為主體，將研究對象稱為客體，而化學(xué)模型則是連接主體和客體的良好媒介。在一般的化學(xué)模型中，比較普遍的具體特性是相似性和預(yù)見性。利用好化學(xué)模型的相似性和預(yù)見性，是引導(dǎo)學(xué)生正確認(rèn)識化學(xué)元素和相關(guān)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的重要方式，也是引導(dǎo)學(xué)生掌握模型方法的關(guān)鍵步驟。

1.相似性

對于一種化學(xué)模型，一般來說不止用于解決一種問題，其往往可以用來解決多種相似的問題，這無疑極大地增強(qiáng)了學(xué)生利用某種化學(xué)模型解決問題的實(shí)效。在這個(gè)過程中，一個(gè)非常關(guān)鍵的步驟是讓學(xué)生準(zhǔn)確把握不同知識之間的相似性，使其能夠用同一個(gè)模型分析各種相似的知識，全面提升學(xué)生的化學(xué)思維水平和學(xué)科核心素養(yǎng)。

比如，在學(xué)習(xí)“H₂分子的結(jié)構(gòu)”這部分內(nèi)容時(shí)，學(xué)生通過自學(xué)和聽教師講解都能夠明確知道H原子是通過共用電子對來結(jié)合成H₂分子的，在這個(gè)過程中學(xué)生需要掌握“共用電子對”以及“共價(jià)鍵”等概念。在學(xué)生全面了解了這些內(nèi)容的基礎(chǔ)上，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生深入探究與H₂分子相似的其他分子，比如O₂分子等。這樣做的目的是讓學(xué)生通過知識遷移和模型遷移掌握更多的知識，盡可能地提升模型應(yīng)用效率。

2.預(yù)見性

模型是對原型的還原和體現(xiàn)，盡管在將原型具象成模型的過程中可能會產(chǎn)生某些變化，但是毫無疑問，模型還是最大限度地還原和再現(xiàn)了原型的某些特征和內(nèi)容。因此，通過研究模型，學(xué)生一定能夠獲得一些與原型相關(guān)的有用信息，即模型的預(yù)見性。利用預(yù)見性，學(xué)生能夠有效地對原型的某些信息進(jìn)行推斷，以此全面加深對原型內(nèi)容的理解。

比如，在學(xué)習(xí)“原子間的相互作用力”這部分內(nèi)容時(shí)，根據(jù)H₂分子的結(jié)構(gòu)模型，學(xué)生能夠很容易地知道H原子之間的相互作用力表現(xiàn)為相互吸引，這種吸引作用會使得兩個(gè)H原子在形成H₂分子的過程中釋放能量。在這些內(nèi)容的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，學(xué)生就能夠因此而預(yù)見到，H原子在形成H₂分子的過程中釋放的能量也是拆開H-H鍵時(shí)所需要吸收的能量。在這個(gè)過程中，學(xué)生就是根據(jù)模型的預(yù)見性來對一些知識進(jìn)行更加深入的研究和分析的，這也是提升學(xué)生模型意識的一個(gè)重要途徑。

由此可見，教師在引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)化學(xué)模型之前，應(yīng)當(dāng)先讓學(xué)生正確認(rèn)識模型的相似性和預(yù)見性，這樣學(xué)生在建構(gòu)化學(xué)模型之后才能夠更加靈活地掌握化學(xué)模型的性質(zhì)，充分發(fā)揮化學(xué)模型的作用，促進(jìn)自身認(rèn)知能力和知識水平的全面提升。

二、化學(xué)模型的作用

化學(xué)模型作為一種典型媒介，在化學(xué)教學(xué)中往往能夠起到巨大的作用。一方面，化學(xué)模型是對某部分化學(xué)知識的高度概括，能夠在一定程度上揭示物質(zhì)的本質(zhì)與規(guī)律;另一方面，借助化學(xué)模型，教師能夠讓學(xué)生掌握科學(xué)研究和學(xué)習(xí)的必要方法，這種方法是幫助學(xué)生開啟學(xué)術(shù)攀登之旅的重要助力。

1.高度概括，揭示本質(zhì)與規(guī)律

一般來說，化學(xué)模型都會具有高度概括的作用，其能夠?qū)⑽镔|(zhì)的各種微小復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)等集中體現(xiàn)，深入揭示與物質(zhì)相關(guān)的各種本質(zhì)與規(guī)律，讓學(xué)生能夠更加深刻地意識到原型和模型之間的相互依賴關(guān)系，從而全面提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

比如，在教學(xué)“原子的結(jié)構(gòu)”這部分內(nèi)容時(shí)，筆者為學(xué)生詳細(xì)介紹了原子模型的演變過程，即從最開始的道爾頓原子模型到湯姆生原子模型，再到盧瑟福原子模型和波爾原子模型以及最終的電子云模型，這些模型都能夠在一定程度上反映出原子的實(shí)際結(jié)構(gòu)。學(xué)生掌握好化學(xué)模型，便能夠通過深入理解物質(zhì)的本質(zhì)和相關(guān)規(guī)律，更好地把握化學(xué)中“物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”這一關(guān)鍵特性，從而為自身核心素養(yǎng)與能力的提升奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.有助于學(xué)生掌握科學(xué)的思想方法

化學(xué)模型還是一種能夠讓學(xué)生掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法的重要途徑。教師在教學(xué)的過程中所要教授給學(xué)生的不僅僅是知識，還應(yīng)該包括主動(dòng)獲取知識的技能和方法。借助化學(xué)模型，學(xué)生能夠更加系統(tǒng)、科學(xué)地掌握相關(guān)思想和方法，學(xué)生的應(yīng)用素養(yǎng)也會因此而不斷得到鍛煉。

比如，在教學(xué)“元素周期表”這部分內(nèi)容時(shí)，筆者引導(dǎo)學(xué)生從多個(gè)角度、全方位地認(rèn)識元素周期表中的元素符號模型：在最開始的時(shí)候，對于不同的元素，人們并沒有使用一個(gè)統(tǒng)一的符號去表示它們，因此元素的表達(dá)形式是五花八門的，后來人們?yōu)榱思訌?qiáng)模型的規(guī)范性，決定使用元素英文名稱的首字母或者前兩個(gè)字母來表示，這樣人們就對不同元素的符號模型進(jìn)行了統(tǒng)一，從此人們在進(jìn)行科學(xué)研究的時(shí)候也就更加規(guī)范化和系統(tǒng)化了。我們只有引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到模型對于化學(xué)學(xué)科發(fā)展所具有的重大意義，學(xué)生才能夠在此基礎(chǔ)上繼往開來，進(jìn)而在化學(xué)學(xué)習(xí)中有更大的建樹。

由此可見，化學(xué)模型滲透在化學(xué)學(xué)科知識的方方面面，教師應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生正確認(rèn)識化學(xué)模型的作用，并能夠在學(xué)習(xí)過程中進(jìn)行有效應(yīng)用，從而促進(jìn)學(xué)生有效掌握揭示事物客觀規(guī)律的有效途徑，促進(jìn)學(xué)生知識網(wǎng)絡(luò)和認(rèn)知結(jié)構(gòu)得到不斷優(yōu)化和完善。

三、化學(xué)模型的基本類型

最后，在引導(dǎo)學(xué)生合理應(yīng)用化學(xué)模型時(shí)，教師還應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生準(zhǔn)確掌握化學(xué)模型的基本類型，使其在處理實(shí)際問題時(shí)能夠?qū)μ柸胱?，選擇合適的化學(xué)模型來解決相關(guān)問題，這樣不僅能夠提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，還能夠在一定程度上深化學(xué)生的模型意識，促進(jìn)學(xué)生盡快將自己的主觀意識和客觀知識相結(jié)合，全面升華自身的認(rèn)知水平。

1.想象模型——提供內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)

想象模型是指將原型經(jīng)過一定的抽象和必要的修飾而得到的一種更便于研究和分析的模型。一般來說，想象模型都具有一個(gè)普遍特征：能夠在一定程度上反映物質(zhì)的內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)。結(jié)合這一特性，學(xué)生可根據(jù)“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”推斷出與之相關(guān)的各種性質(zhì)。

比如，“分子結(jié)構(gòu)”和“晶體結(jié)構(gòu)”這部分內(nèi)容中，球棍模型和堆積模型是兩種常見的模型，以H₂O分子的球棍模型為例，盡管其被簡化為一個(gè)O原子和兩個(gè)H原子的簡單模型，但是這絕不是H₂O分子的原型，它只是經(jīng)過想象和簡化后得到的一種便于研究的對象和媒介，所以不能夠?qū)⑵渑cH₂O分子原型等同，只是在一定程度上借助這種模型理解其整體架構(gòu)，切忌將二者混淆。

2.符號模型——揭示結(jié)構(gòu)性質(zhì)可變化規(guī)律

除想象模型外，在高中化學(xué)中，另一類最為常見的化學(xué)模型是符號模型。在高中化學(xué)中，經(jīng)常會用各種各樣的化學(xué)式來表示物質(zhì)的組成，并用化學(xué)方程式來揭示物質(zhì)與物質(zhì)之間發(fā)生的反應(yīng)。在這個(gè)過程中用到的化學(xué)式和化學(xué)方程式等都是符號模型。符號模型是一個(gè)重要的媒介，始終貫穿于化學(xué)知識的學(xué)習(xí)和研究過程中。

由此可見，教師有必要在教學(xué)過程中引導(dǎo)學(xué)生正確區(qū)分各種化學(xué)模型，這樣可以使學(xué)生將各類知識系統(tǒng)化和模塊化，并且在這個(gè)過程中徹底掌握建構(gòu)和應(yīng)用化學(xué)模型的方法，促進(jìn)學(xué)生對理論知識的理解能力和對實(shí)踐知識的應(yīng)用能力的全面升華。