模型認(rèn)知素養(yǎng)在初中化學(xué)微觀概念教學(xué)中的落實(shí)

劉艷紅

一、模型認(rèn)知素養(yǎng)的內(nèi)涵及價(jià)值

化學(xué)是在分子、原子的基礎(chǔ)上認(rèn)識(shí)物質(zhì)，且物質(zhì)存在多樣性與復(fù)雜性，所以人們用化學(xué)方法探索物質(zhì)世界時(shí)，常常對(duì)大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)進(jìn)行比較分析、推理、歸納概括后，還需要通過抽象和簡化的方法建構(gòu)模型來再現(xiàn)物質(zhì)及變化的基本規(guī)律，這樣的認(rèn)識(shí)過程就叫“模型認(rèn)知”。模型的種類繁多且有不同的分類標(biāo)準(zhǔn)，其中較為普遍使用的一種分類標(biāo)準(zhǔn)是按照模型代表和反映原型的方式來分的，可以分為物質(zhì)模型和思想模型。物質(zhì)模型是根據(jù)研究目的，采用天然存在的或人工制造的相似的實(shí)物作為客體的模擬物，運(yùn)用這種實(shí)物模型獲得關(guān)于客體的某種規(guī)律性的認(rèn)識(shí)。思想模型是根據(jù)研究目的，通過分析抽象出原型的本質(zhì)特征，借助語言、圖象、符號(hào)或數(shù)學(xué)公式等表達(dá)出來。

“模型認(rèn)知”能使知識(shí)的本質(zhì)變得更清晰，使化學(xué)知識(shí)或解決化學(xué)問題的方法變得更加簡約、形象而結(jié)構(gòu)化。如果學(xué)生經(jīng)歷了對(duì)化學(xué)模型的觀察、研究和自主構(gòu)建就間接地知道原型的相關(guān)信息和真實(shí)形態(tài)，而且具有了一定的遷移應(yīng)用能力，就有了利用已知模型去預(yù)測、推斷和操控未知事物的能力，換句話說，模型的作用是“描述”“解釋”“預(yù)測”和“指導(dǎo)”進(jìn)一步的研究。

二、化學(xué)模型建構(gòu)的過程探討

觀察原型、分析抽象出原型的本質(zhì)特征而得出模型的過程即為模型建構(gòu)，在此過程中需要采用科學(xué)的方法和遵循一定的模式，不同科學(xué)家對(duì)模型建構(gòu)提出了多種方式。在這眾多建模方式的背后不管何種模型的建構(gòu)，其建模的主要過程是一致的：即首先是確定建立模型的目標(biāo)，然后收集資料結(jié)合不同的科學(xué)方法抽取模型，再對(duì)此模型進(jìn)行檢驗(yàn)，如果通過了檢驗(yàn)此模型就建立起來了，如果不通過就要對(duì)原模型進(jìn)行修改或放棄，再次重復(fù)上述過程直到模型建立成功，因?yàn)榭茖W(xué)知識(shí)的發(fā)展是一個(gè)不斷生模型與修正模型的過程。例如，在初中化學(xué)《分子、原子》中分子的基本性質(zhì)教學(xué)部分對(duì)水分子的建模過程：環(huán)節(jié)一：情境引入，學(xué)生畫水，先引導(dǎo)學(xué)生觀察桌上大家再熟悉不過的一杯水，讓學(xué)生根據(jù)自己知道的水的狀態(tài)及特點(diǎn)在草稿紙上畫出這一杯水（如圖1）;環(huán)節(jié)二：概念提出：教師“分水”，教師將杯中的水一分為二，再不斷地分成更小體積的部分，引導(dǎo)學(xué)生開展想象出最終的結(jié)果是什么？再結(jié)合科學(xué)家對(duì)物質(zhì)構(gòu)成的探究和科學(xué)技術(shù)的證明，得出物質(zhì)是由分子、原子等微觀粒子構(gòu)成及分子體積、質(zhì)量很小的結(jié)論。環(huán)節(jié)三：模型初建：再次畫水;用小圓“○”代表水分子，讓學(xué)生再次畫出水中的微粒（可能如圖2各類式樣），師生共同分析同學(xué)們畫出水分子的差異性，從而進(jìn)行分子之間有間隔的相關(guān)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及總結(jié)結(jié)論，并引導(dǎo)學(xué)生對(duì)生活中的相關(guān)現(xiàn)象的解釋。第二次畫水體現(xiàn)了學(xué)生認(rèn)識(shí)的合理與不足的地方，引導(dǎo)學(xué)生修正認(rèn)識(shí)偏差。環(huán)節(jié)四：模型再建;出示生活中有關(guān)分子運(yùn)動(dòng)的宏觀現(xiàn)象的事例對(duì)學(xué)生設(shè)問：液體表面上方有沒有水分子呢？進(jìn)行有關(guān)分子運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，讓學(xué)生又一次畫水，修正認(rèn)識(shí)偏差（如圖3），學(xué)生在三次畫水的過程中學(xué)生得到水是由水分子構(gòu)成，水分子之間有間隔和分子在不斷運(yùn)動(dòng)的相關(guān)認(rèn)知。環(huán)節(jié)五：模型完善，從過氧化氫可以分解為水和氧氣的宏觀事實(shí)出發(fā)，知道分子是可以再分的，且分子是由原子構(gòu)成的，展示不同分子的比例模型圖，讓學(xué)生第四次畫水，完善認(rèn)識(shí)（如圖4）。

如果學(xué)生經(jīng)歷了這樣的分子建模過程，間接地知道分子原型的相關(guān)信息和真實(shí)形態(tài)，且能遷移應(yīng)用到來物理變化、化學(xué)變化的微觀解釋及分子與原子的概念相關(guān)內(nèi)容，因而達(dá)成將化學(xué)現(xiàn)象與理論模型之間進(jìn)行關(guān)聯(lián)和合理的匹配，繼而達(dá)到運(yùn)用模型來描述和解釋化學(xué)現(xiàn)象的素養(yǎng)目標(biāo)。

三、初中教師在微觀概念教學(xué)的現(xiàn)狀分析

初中化學(xué)微觀概念如分子、原子相關(guān)的概念是后續(xù)學(xué)習(xí)中有“生長點(diǎn)”功能的核心概念，化學(xué)教師能否幫助學(xué)生建立起原子水平上的微觀模型認(rèn)知，關(guān)系到整個(gè)微觀認(rèn)識(shí)的整體系統(tǒng)，因?yàn)樗鼈兪菫橄乱粏卧獙W(xué)習(xí)從定量角度認(rèn)化學(xué)變化得出質(zhì)量守恒定律做鋪墊的，也是為下冊(cè)學(xué)習(xí)酸、堿、鹽從微粒角度理解反應(yīng)規(guī)律作準(zhǔn)備，進(jìn)而為高中階段學(xué)習(xí)離子反應(yīng)打下基礎(chǔ)的重要一環(huán)。目前，中學(xué)生模型認(rèn)知水平較低，這與我們化學(xué)傳統(tǒng)教學(xué)中沒有明確其地位與作用有關(guān)，特別是在處于化學(xué)啟蒙的初中化學(xué)教學(xué)當(dāng)中，化學(xué)教師認(rèn)為模型在學(xué)習(xí)中有著重要的作用只是幫助學(xué)生獲取知識(shí)而忽略了模型在發(fā)展學(xué)生思維和問題解決能力上的作用，這是對(duì)模型本質(zhì)和特征的認(rèn)識(shí)具有局限性;化學(xué)教師在選取模型時(shí)更注重模型的直觀性和形象化而忽略了模型反映事物的本質(zhì)特征這一標(biāo)準(zhǔn)模型，所以表達(dá)方式缺乏科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性;化學(xué)教師有關(guān)模型建構(gòu)的步驟缺乏檢驗(yàn)的環(huán)節(jié)，如果完善檢驗(yàn)環(huán)節(jié)就能培養(yǎng)學(xué)生糾錯(cuò)反思的能力與習(xí)慣;另外教師在進(jìn)行模型講解時(shí)缺乏與模型演變過程相結(jié)合環(huán)節(jié)，覺得直截了當(dāng)?shù)亟榻B現(xiàn)有模型比較節(jié)約時(shí)間，但這樣忽略了對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)方法教育，因?yàn)槟Ｐ徒?gòu)是一個(gè)循環(huán)漸進(jìn)的過程，如原子結(jié)構(gòu)模型是從最初1803年道爾頓提出的實(shí)心球模型后再經(jīng)過湯姆生葡萄干面包式模型、盧瑟福的核式結(jié)構(gòu)模型、玻爾的軌道模型逐步演變到20世紀(jì)初提出的電子云模式的原子結(jié)構(gòu)模型。

四、微觀概念化學(xué)模型認(rèn)知素養(yǎng)的培養(yǎng)策略

1.設(shè)計(jì)模型認(rèn)知的教學(xué)情境。微觀概念的建模是根據(jù)原型進(jìn)行的建模，是將客觀事物的原型抽象為認(rèn)識(shí)論上的模型，通過對(duì)客觀事物的研究獲得對(duì)客觀事物更本質(zhì)更深刻的認(rèn)識(shí)，此過程中要用到相似、簡化、抽象等多種科學(xué)方法，而要調(diào)用起這些科學(xué)方法得要讓學(xué)習(xí)者在一定的問題情境或任務(wù)下，調(diào)用已有概念域中相關(guān)概念，選擇頭腦中相似的情境問題特別是學(xué)生非常熟悉而且生動(dòng)有趣的情境，以此為基礎(chǔ)建構(gòu)心智模型，并通過操作性活動(dòng)解決問題。所以，要設(shè)計(jì)有利于模型認(rèn)知情境，而且情境的素材信息最好是真實(shí)的、有意義的，能引起學(xué)生積極思考的，能夠促使學(xué)生從整體上引領(lǐng)學(xué)生經(jīng)歷知識(shí)的產(chǎn)生、發(fā)展和應(yīng)用的過程，從而進(jìn)入主動(dòng)分析問題、構(gòu)建模型及解決問題當(dāng)中，有效促進(jìn)化學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

2.幫助學(xué)生樹立模型意識(shí)。學(xué)生在構(gòu)建微觀知識(shí)的過程中，既需要實(shí)驗(yàn)事實(shí)為基礎(chǔ)，又要一定的觀察、想象、類比性思維和一定的推論活動(dòng)。教師通過引導(dǎo)學(xué)生通過建模來解決問題和獲取知識(shí)，而且要在建模環(huán)節(jié)預(yù)留一定的時(shí)間，并用一定的方法顯化相應(yīng)的模型，這樣經(jīng)過一段時(shí)間的訓(xùn)練與反復(fù)，學(xué)生就能體會(huì)到模型在學(xué)習(xí)中的應(yīng)用價(jià)值，就會(huì)慢慢樹立起建模意識(shí)，就會(huì)將模型認(rèn)知固化為自己學(xué)習(xí)化學(xué)的一種重要的方式。

3.注重學(xué)生思維的引導(dǎo)。模型認(rèn)知素養(yǎng)是學(xué)生思維方面的核心素養(yǎng)，相當(dāng)部分初中教師在進(jìn)行建模時(shí)能注重學(xué)生探究活動(dòng)的體驗(yàn)與指導(dǎo)，但是對(duì)學(xué)生思維方面建構(gòu)的引導(dǎo)得少或者不夠精細(xì)，如對(duì)宏觀事實(shí)到微觀推論認(rèn)識(shí)形成中的想象思維活動(dòng)設(shè)計(jì)的精細(xì)化程度不高。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)事實(shí)本身不能直接形成微觀認(rèn)識(shí)，需要在實(shí)驗(yàn)事實(shí)基礎(chǔ)上通過交互式的推論思維和想象思維活動(dòng)才能建立起相應(yīng)的微觀思維模型，在此其中教師推論性的話語起至關(guān)重要作用。

4.培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)閱讀能力。在初中化學(xué)學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生化學(xué)閱讀能力是一項(xiàng)基礎(chǔ)能力，因?yàn)橹挥袑W(xué)生具備良好的閱讀能力才能在化學(xué)學(xué)習(xí)過程中更好地掌握抽象化學(xué)概念和知識(shí)點(diǎn)，而且學(xué)生不僅要熟記這一概念知識(shí)，還需要把握概念之間的聯(lián)系，對(duì)其中所隱含的內(nèi)在信息進(jìn)行深入挖掘才會(huì)有一個(gè)較為清晰的思路。在微觀概念教學(xué)過程中更是常使用到大量的圖與表格，通過圖表閱讀材料來引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行閱讀，讓學(xué)生通過圖文結(jié)合對(duì)圖表之中的信息進(jìn)行分析和挖掘，對(duì)其中的圖形或數(shù)據(jù)趨勢以及項(xiàng)目信息進(jìn)行比較和閱讀，這樣也就能夠更好地幫助學(xué)生理解知識(shí)點(diǎn)。

筆者認(rèn)為教師研究在微觀概念教學(xué)時(shí)培養(yǎng)學(xué)生模型認(rèn)知素養(yǎng)不但能幫助學(xué)生理解和掌握一些抽象概念，更能促使教師自身養(yǎng)成對(duì)知識(shí)進(jìn)行認(rèn)識(shí)論思考的良好習(xí)慣， 所以教師要充分挖掘和利用教材中可運(yùn)用模型認(rèn)知方法教學(xué)的內(nèi)容，科學(xué)而系統(tǒng)地設(shè)計(jì)模型建構(gòu)的認(rèn)知活動(dòng)，達(dá)成培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的課程設(shè)計(jì)。

責(zé)任編輯 徐國堅(jiān)