基于模型認(rèn)知的課堂教學(xué)策略

何兆銘

【摘要】? 通過對普通高中化學(xué)選擇性必修模塊1《化學(xué)反應(yīng)原理》中“原電池”（第1課時）教學(xué)研究，以建構(gòu)主義教學(xué)理論為指導(dǎo)，認(rèn)為促進(jìn)學(xué)生模型認(rèn)知素養(yǎng)發(fā)展的課堂教學(xué)策略為： 創(chuàng)設(shè)問題情境，初步建構(gòu)模型;開展實(shí)驗(yàn)探究，發(fā)展模型認(rèn)知;深入微觀探析，深度理解模型;遷移應(yīng)用模型，解決實(shí)際問題。

【關(guān)鍵詞】? 模型認(rèn)知 課堂教學(xué) 策略

【中圖分類號】? G633.8? ? ? ? ? ? ? ?? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】? A 【文章編號】? 1992-7711（2020）13-151-02

一、問題的提出

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》提出課程的基本理念第一條是：以發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為主旨。模型認(rèn)知是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要方面，化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)具體體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科育人價值。學(xué)生通過化學(xué)的學(xué)習(xí)，逐步形成正確價值觀念、必備品格、關(guān)鍵能力。因此，化學(xué)課堂教學(xué)要積極探索有效的教學(xué)策略，促進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

模型認(rèn)知素養(yǎng)的內(nèi)涵可以理解為：通過分析、推理、歸納、論證等思維方法，認(rèn)識研究對象的本質(zhì)、特征，認(rèn)識構(gòu)成各要素及其相互關(guān)系，建立認(rèn)知模型，運(yùn)用模型去解釋相關(guān)現(xiàn)象，應(yīng)用模型揭示現(xiàn)象的本質(zhì)或規(guī)律。

二、模型認(rèn)知的課堂教學(xué)理論依據(jù)

建構(gòu)主義理論認(rèn)為，知識是在一定的情境下，通過教師、同伴的幫助，利用一定的學(xué)習(xí)資源，通過協(xié)作、對話等方式，學(xué)習(xí)者主動建構(gòu)知識意義的過程。建構(gòu)主義教學(xué)觀認(rèn)為：在教師指導(dǎo)下，以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)，既發(fā)揮學(xué)生的主體作用，又發(fā)揮教師的指導(dǎo)作用，教師是意義建構(gòu)的促進(jìn)者。

學(xué)習(xí)包含新舊知識經(jīng)驗(yàn)的沖突，引發(fā)認(rèn)知結(jié)構(gòu)的重組，是新舊知識經(jīng)驗(yàn)之間相互作用的過程。根據(jù)建構(gòu)主義理論，模型認(rèn)知的課堂教學(xué)思路：教師創(chuàng)設(shè)真實(shí)問題情境，啟發(fā)學(xué)生聯(lián)想已有的知識、經(jīng)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生主動探索、主動交流討論;引導(dǎo)學(xué)生主動發(fā)現(xiàn)問題，主動建構(gòu)模型，應(yīng)用模型解決問題。

三、模型認(rèn)知的課堂教學(xué)策略探究

本文通過對普通高中化學(xué)選擇性必修模塊1《化學(xué)反應(yīng)原理》中“原電池”（第1課時）教學(xué)為例研究，探討基于模型認(rèn)知的課堂教學(xué)策略。

（一）創(chuàng)設(shè)問題情境，初步建構(gòu)模型

任務(wù)一：分析問題，初步設(shè)計原電池模型。

1.試判斷下列裝置，是否能構(gòu)成原電池？

2.什么是原電池？構(gòu)成原電池的條件是什么？

通過學(xué)生思考分析以上兩個問題，讓學(xué)生聯(lián)想原有的必修模塊中原電池相關(guān)知識，初步總結(jié)原電池的模型是：原電池把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置;構(gòu)成原電池的條件是：（1）兩個導(dǎo)體做電極，（2）有電解質(zhì)溶液，（3）形成閉合電路，（4）有自發(fā)的氧化還原反應(yīng);這些要素共同作用構(gòu)成原電池。

（二）開展實(shí)驗(yàn)探究，發(fā)展模型認(rèn)知

任務(wù)二：實(shí)驗(yàn)探究，改進(jìn)原電池。

1.提出實(shí)驗(yàn)探究問題：

能否以反應(yīng)Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu為原理設(shè)計原電池？提供實(shí)驗(yàn)用品：鋅片、銅片、硫酸銅溶液、電流表、燒杯、鹽橋、導(dǎo)線等。

學(xué)生自主設(shè)計原電池實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究活動，實(shí)驗(yàn)完成后，進(jìn)行討論分析。

2.實(shí)驗(yàn)探究過程與分析：

（1）發(fā)現(xiàn)問題：學(xué)生按圖1裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)電流不穩(wěn)定，

電流逐漸變小，鋅片上有紅色物質(zhì)析出。

（2）提出問題，進(jìn)行猜想與假設(shè)：鋅片有銅析出導(dǎo)致電流不穩(wěn)定。

（3）交流討論，設(shè)計實(shí)驗(yàn)：如何設(shè)計可以提供穩(wěn)定電流的原電池？

經(jīng)過學(xué)生交流討論，設(shè)計出如圖2的改進(jìn)原電池裝置。

（4）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，收集證據(jù)：改進(jìn)原電池裝置觀察到電流穩(wěn)定，銅片有紅色物質(zhì)析出。

（5）解釋與結(jié)論：改進(jìn)原電池裝置鋅片無銅析出，

改進(jìn)后的原電池可以提供穩(wěn)定電流。

（6）得出結(jié)論：圖1原電池裝置鋅片有銅析出導(dǎo)致

電流不穩(wěn)定假設(shè)成立。

（7）改進(jìn)原電池實(shí)驗(yàn)對比電解質(zhì)溶液的溫度變化。

用手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)，測試對比圖1、圖2原電池裝置中電解質(zhì)溶液的溫度變化（如圖3）。

通過實(shí)驗(yàn)對比圖1、圖2實(shí)驗(yàn)裝置中電解質(zhì)溶液的溫度變化，讓學(xué)生直觀理解：圖1電池裝置，負(fù)極Zn可與CuSO4直接發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能。圖2電池裝置，負(fù)極不與所接觸的電解質(zhì)溶液反應(yīng)，化學(xué)能在轉(zhuǎn)化為電能時損耗較小，電流保持穩(wěn)定，能量轉(zhuǎn)化效率更高。從能量轉(zhuǎn)化度，深化單液原電池與雙液原電池能量轉(zhuǎn)化的模型認(rèn)知。

通過學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)活動，設(shè)計單液原電池改進(jìn)為雙液原電池，提高了化學(xué)反應(yīng)的能量利用率，充分將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，培養(yǎng)綠色化學(xué)思想，原電池模型的建構(gòu)簡單從到復(fù)雜，促進(jìn)學(xué)生的認(rèn)知能力和實(shí)驗(yàn)探究關(guān)鍵能力的提升。

（三）深入微觀探析，深度理解模型

任務(wù)三：用微觀視角，理解原電池模型。

將圖2實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計成動畫，演示電子、離子的運(yùn)動與流向。通過動畫演示，對原電池工作原理進(jìn)行討論、分析、歸納，從本質(zhì)、規(guī)律深度理解原電池模型。

1.電極判斷及電極反應(yīng)：

負(fù)極：失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng);負(fù)極反應(yīng)式：Zn-2e-=Zn2+.

正極：得到電子，發(fā)生還原反應(yīng);正極反應(yīng)式：Cu2++2e-=Cu.

2.電流方向：由正極流向負(fù)極。

3.電子定向移動方向：由負(fù)極流出，經(jīng)過導(dǎo)線，流入正極，形成外電路，與電流方向相反。

4.離子定向移動方向：在電解質(zhì)溶液中，陽離子向正極定向移動，陰離子往負(fù)極定向移動，形成內(nèi)電路。

構(gòu)建原電池模型如圖3.

通過對原電池工作原理的微觀視角的分析，讓學(xué)生認(rèn)識原電池發(fā)生氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)，圖2實(shí)驗(yàn)電池總反應(yīng)為：Zn+Cu2+=Zn2++Cu，從具體的化學(xué)反應(yīng)，認(rèn)識構(gòu)成物質(zhì)的分子、原子、離子、電子等微觀粒子在原電池中的變化規(guī)律。認(rèn)識化學(xué)變化的本質(zhì)是：化學(xué)鍵的斷裂和形成，化學(xué)變化都伴隨能量變化，在化學(xué)變化過程中，質(zhì)量和能量守恒，多視角全面理解原電池原理，促進(jìn)學(xué)生對原電池模型的意義建構(gòu)。

（四）遷移應(yīng)用模型，解決實(shí)際問題

任務(wù)四：遷移應(yīng)用原電池模型，解決社會實(shí)際問題。

學(xué)業(yè)質(zhì)量評價：試以鋁、鉑網(wǎng)、空氣、海水為材料，設(shè)計一個燃料原電池，試寫出有關(guān)電極反應(yīng)式、電池反應(yīng)總式，分析Al3+和電子的流向。

分析：運(yùn)用圖3原電池模型，解決相關(guān)問題。燃料原電池設(shè)計為：用鋁作負(fù)極，空氣和鉑網(wǎng)作正極，海水作電解質(zhì)溶液組成原電池：

負(fù)極反應(yīng)式：4Al-12e-=4Al3+

正極反應(yīng)式：3O2+6H2O+12e-=12OH-

電池反應(yīng)總式：4Al+3O2+6H2O=4Al（OH）3

Al3+在海水電解質(zhì)溶液中流向正極（鉑網(wǎng)），電子由外電路流向正極。

通過學(xué)生設(shè)計鋁空氣燃料原電池，運(yùn)用剛學(xué)過的原電池原理和原電池模型，去解決實(shí)際問題。我國以鋁-空氣-海水為能源的新型電池，已經(jīng)應(yīng)用于海上做航標(biāo)燈，讓學(xué)生增長見識，學(xué)以致用，從化學(xué)走向社會。認(rèn)識化學(xué)是創(chuàng)造性的科學(xué)，化學(xué)推動了現(xiàn)代社會文明進(jìn)步，讓學(xué)生感悟化學(xué)的發(fā)展，領(lǐng)會化學(xué)給社會創(chuàng)造文明。

四、結(jié)語

（一）知識與技能是模型建構(gòu)的基石

化學(xué)基礎(chǔ)知識與基本技能是模型建構(gòu)的基石，沒有豐富的化學(xué)知識的作為基礎(chǔ)，思想、方法就成為空中樓閣，學(xué)習(xí)是在原有的認(rèn)知基礎(chǔ)上建構(gòu)，由淺表知識上升為模型認(rèn)知，需要將基礎(chǔ)知識、基本技能、基本方法等關(guān)聯(lián)起來，找到相互聯(lián)系，找到規(guī)律，這就要學(xué)生的研究物質(zhì)及其變化時，積極參與，運(yùn)用基礎(chǔ)知識與基本技能去發(fā)現(xiàn)問題。當(dāng)學(xué)生認(rèn)識水平在學(xué)習(xí)活動中不斷提升，才能容易從具體的知識中提煉出方法，認(rèn)識物質(zhì)及其變化的本質(zhì)，上升為模型認(rèn)知。

（二）思維方法是模型建構(gòu)的關(guān)鍵

學(xué)習(xí)是在一定的問題情境下，進(jìn)行意義建構(gòu)的?；谀Ｐ驼J(rèn)知的教學(xué)，教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境，用問題驅(qū)動引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究性實(shí)踐活動。在學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)踐活動，運(yùn)用科學(xué)的分類組合、分析推理、分析猜測、歸納論證等思維方法，去發(fā)現(xiàn)問題、分析研究問題、解決問題。通過高階思維活動，找到事物的本質(zhì)規(guī)律，抽象到理性認(rèn)識，建構(gòu)模型，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。

（三）活動體驗(yàn)是模型建構(gòu)的有效途徑

化學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，學(xué)生親身參與實(shí)踐活動、動手操作實(shí)驗(yàn)獲得感性認(rèn)識，在感性認(rèn)識的基礎(chǔ)上，經(jīng)過分析、比較、抽象、推斷、預(yù)測等高階思維加工，對事物獲得深刻的認(rèn)識，對知識的本質(zhì)、規(guī)律有深度的理解，從感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識。學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)與探究活動，體驗(yàn)知識建構(gòu)、模型建構(gòu)的過程，將相關(guān)信息整合到自己原有的認(rèn)知當(dāng)中，促進(jìn)學(xué)生模型認(rèn)知素養(yǎng)的提高。

[ 參? 考? 文? 獻(xiàn) ]

[1]教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）[M].北京：人民教育出版社，2018：2，3，4.

[2]李志厚.變革課堂教學(xué)方式——建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理念及其在教學(xué)中的應(yīng)用[M].廣州：廣東教育出版社，2010：13.