化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中“模型認(rèn)知”的解讀

吳星 呂琳 景崤壁

摘要： 對(duì)高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中模型、模型認(rèn)知、認(rèn)知模型等相關(guān)概念的內(nèi)涵進(jìn)行了分析，解讀了化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中“模型認(rèn)知”的蘊(yùn)意，化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中“模型認(rèn)知”包含認(rèn)識(shí)科學(xué)模型、掌握模型方法和探索模型建構(gòu)等內(nèi)涵。

關(guān)鍵詞： 高中化學(xué); 模型; 模型認(rèn)知; 學(xué)科核心素養(yǎng)

文章編號(hào)： 10056629（2020）0000306? 中圖分類號(hào)： G633.8? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

1 問題的提出

2018年教育部頒布的《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》凝練了化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的維度，包括“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”等5個(gè)方面，并將化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中的“模型認(rèn)知”表述為： 知道可以通過分析、推理等方法認(rèn)識(shí)研究對(duì)象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系，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[1]。自課程標(biāo)準(zhǔn)頒布以來，廣大化學(xué)教育工作者對(duì)“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的研究?jī)A注了大量的心血，諸多對(duì)“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的研究形成了一些新的認(rèn)識(shí)，但仍有必要進(jìn)行深入的探討，以期化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)在化學(xué)課程實(shí)施中落地能順利實(shí)施。

2 對(duì)“模型”“認(rèn)知模型”“模型認(rèn)知”的理解

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中相繼出現(xiàn)了模型、認(rèn)知模型和模型認(rèn)知等概念，分析這些概念的內(nèi)涵、區(qū)別和聯(lián)系，對(duì)于理解化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中的“模型認(rèn)知”具有一定的幫助。

2.1 模型

“模型”的中文原意為規(guī)范。《說文解字》[2]上說“模，法也”，清代段玉裁作出了如下的注釋：“以本曰模，以金曰鎔，以土曰型，以竹曰范，皆法也。”《辭?！穂3]對(duì)“模型”一詞作了如下解釋： 根據(jù)實(shí)物、設(shè)計(jì)或設(shè)想，按比例、生態(tài)或其他特征制成的同實(shí)物相似的物體，供展覽、觀賞、繪畫、攝影、試驗(yàn)或觀測(cè)等用。在英語中“模型（Model）”一詞源出于拉丁文的Modulus，意思是尺度、樣本、標(biāo)準(zhǔn)。隨著近代實(shí)驗(yàn)科學(xué)的興起和現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)識(shí)的深化，模型一詞的涵義有了較大的變化。

《教育大辭典》認(rèn)為模型是原系統(tǒng)的一種簡(jiǎn)化、抽象和類比表示，不包括原系統(tǒng)的全部特征，但能集中表現(xiàn)出它的本質(zhì)特征。美國《國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》（1996版）認(rèn)為模型是與真實(shí)物體、單一事件或一類事件對(duì)應(yīng)的而且具有解釋力的體系或結(jié)構(gòu)，模型可以幫助科學(xué)家和工程師了解事物的運(yùn)作方式。錢學(xué)森認(rèn)為模型就是通過我們對(duì)問題的分解，利用我們考察來的機(jī)理，吸收一切主要因素，略去一切不主要因素所創(chuàng)造出來的一幅圖畫，一個(gè)思想上的結(jié)構(gòu)物[4]。吉爾伯特（J.K. Gilbert）和博爾特（C.J. Boulter）認(rèn)為，模型是對(duì)一種觀點(diǎn)、一個(gè)實(shí)物、一個(gè)事件、一個(gè)概念、一個(gè)過程或者一個(gè)系統(tǒng)的表征[5]。邱美虹認(rèn)為模型用以表征現(xiàn)象、概念、過程、事件或是物件等，它可以以不同的表征方式來呈現(xiàn)（如圖像、文字等多元方式），以達(dá)到不同的功能與目的（如解釋性、描述性等等）[6]。

模型分類的多元化是模型定義多樣性的具體表現(xiàn)。人們經(jīng)常說的科學(xué)模型、認(rèn)知模型、心智模型、物理模型、數(shù)學(xué)模型、比例模型、類比模型，實(shí)物模型、概念模型、思維模型、思想模型、過程模型、系統(tǒng)模型、符號(hào)模型、數(shù)據(jù)模型等等，足以說明這一點(diǎn)。

雖然對(duì)模型有眾多的定義，但多數(shù)學(xué)者認(rèn)同：“模型”是指人們?yōu)榱苏J(rèn)識(shí)世界中的特定對(duì)象（“目標(biāo)對(duì)象”即“原型”）而構(gòu)想或構(gòu)造出來、用于表征（模仿、模擬、刻畫、代替、代表）目標(biāo)對(duì)象的一種簡(jiǎn)化、抽象或近似的描述?；瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中所說的模型，如“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”[7]，多數(shù)是指化學(xué)家在化學(xué)科學(xué)發(fā)展中所建構(gòu)的科學(xué)模型。

2.2 認(rèn)知模型

認(rèn)知模型（Cognitive Model）是模型的一種類型。廣義上講，認(rèn)知模型是個(gè)體對(duì)真實(shí)世界某一特定對(duì)象進(jìn)行認(rèn)知的過程模型，是人們?cè)谡J(rèn)識(shí)事物（事件）、理解世界過程中所形成的相對(duì)穩(wěn)定的心智結(jié)構(gòu)，是組織和表征知識(shí)的模式。

由于人類認(rèn)知活動(dòng)的復(fù)雜多樣性，難以建立一個(gè)囊括一切認(rèn)識(shí)活動(dòng)的認(rèn)知模型。根據(jù)人類的某一種認(rèn)知有其對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)原則的假設(shè)，人們經(jīng)常研究能反映一方面或若干方面的認(rèn)知特征的單一認(rèn)知模型，如文字識(shí)別模型，記憶語義網(wǎng)絡(luò)模型、人類聯(lián)想記憶模型、人類長(zhǎng)期記憶模型等?？茖W(xué)探索的計(jì)算研究或“機(jī)器發(fā)現(xiàn)”研究的主要目標(biāo)就是為人類推理的思維過程建立一些認(rèn)知模型。

科學(xué)認(rèn)知模型是科學(xué)學(xué)術(shù)共同體對(duì)認(rèn)識(shí)對(duì)象進(jìn)行認(rèn)知的過程性描述或刻畫，它是一個(gè)有層次結(jié)構(gòu)的復(fù)雜系統(tǒng)?？茖W(xué)認(rèn)知模型也有細(xì)化為學(xué)科認(rèn)知模型研究的。以物理認(rèn)知模型為例，穆良柱[8]認(rèn)為，物理學(xué)本質(zhì)上是人類對(duì)整個(gè)自然界形成的可證偽的系統(tǒng)化認(rèn)知，物理學(xué)家最終的目標(biāo)是試圖用少數(shù)幾個(gè)基本原理解釋整個(gè)自然界。根據(jù)物理學(xué)家在實(shí)踐中的嘗試，可總結(jié)歸納出物理認(rèn)知模型（見圖1）?！拔锢碚J(rèn)知模型”試圖說明物理認(rèn)知過程由實(shí)驗(yàn)物理、理論物理、應(yīng)用物理三個(gè)認(rèn)知要素所組成，實(shí)驗(yàn)物理認(rèn)知和理論物理認(rèn)知對(duì)應(yīng)的是科學(xué)探索過程，應(yīng)用物理認(rèn)知?jiǎng)t對(duì)應(yīng)技術(shù)應(yīng)用過程。在實(shí)現(xiàn)每個(gè)認(rèn)知步驟目標(biāo)過程中，貫穿著物理學(xué)家做事的方法（物理方法）和物理學(xué)家做人的方法（追求真理、積極樂觀的物理精神）。

綜合上述分析，似乎可以對(duì)認(rèn)知模型形成一般性的認(rèn)識(shí)： 認(rèn)知模型是主體（個(gè)體或?qū)W術(shù)共同體）在認(rèn)識(shí)某一特定對(duì)象過程中不斷形成的、相對(duì)穩(wěn)定、有層次結(jié)構(gòu)的組織和表征知識(shí)的系統(tǒng)。由于人類認(rèn)知對(duì)象和認(rèn)知過程的復(fù)雜性，人們常會(huì)給認(rèn)知模型冠以“域”，稱為“××認(rèn)知模型”。

化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中多處出現(xiàn)“認(rèn)知模型”，如在課程目標(biāo)中要求學(xué)生能運(yùn)用多種認(rèn)知模型來描述和解釋物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化，預(yù)測(cè)物質(zhì)及其變化的可能結(jié)果;在化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的描述中提出： 知道可以通過分析、推理等方法認(rèn)識(shí)研究對(duì)象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系，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。課程標(biāo)準(zhǔn)中所說的認(rèn)知模型，可以理解為學(xué)生根據(jù)化學(xué)家們研究化學(xué)現(xiàn)象的一般思路和方法，所建構(gòu)的對(duì)化學(xué)研究對(duì)象的認(rèn)知模型。

2.3 模型認(rèn)知

自《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》將“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”總結(jié)概括為化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的維度以來，許多化學(xué)教育工作者對(duì)“模型認(rèn)知”給出了自己的解讀。如化學(xué)中的“模型認(rèn)知”可理解為“利用模型進(jìn)行思維的一種方法”[9]（楊玉琴，2019），“模型認(rèn)知”是指人們利用模型認(rèn)識(shí)事物或通過建模解決問題[10]（吳克勇，2017），把“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”中的“證據(jù)推理”和“模型認(rèn)知”，分別理解為“基于證據(jù)的推理”和“基于模型的認(rèn)知”[11]（陸軍，2017）。

雖然“模型認(rèn)知（Model Cognition）”和“認(rèn)知模型（Cognitive Model）”，僅是詞語順序的顛倒，但所表達(dá)的意義差異卻很大。從字面理解“模型認(rèn)知”應(yīng)該有對(duì)模型的認(rèn)知和運(yùn)用模型認(rèn)知的意思。

由于“模型認(rèn)知”首見于《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》，只能從其中尋求解釋和答案。《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》對(duì)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)給出了下列描述：“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”要求學(xué)生形成化學(xué)學(xué)科的思想和方法;“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”從實(shí)踐層面激勵(lì)學(xué)生勇于創(chuàng)新;“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”進(jìn)一步揭示了化學(xué)學(xué)習(xí)更高層次的價(jià)值追求[12]。上述描述說明“模型認(rèn)知”更側(cè)重于化學(xué)學(xué)科的思想和方法。

“模型認(rèn)知”是運(yùn)用模型思想（模型方法）認(rèn)識(shí)事物和解決問題的思維方法。對(duì)學(xué)生而言，“模型認(rèn)知”包括運(yùn)用科學(xué)家們已經(jīng)建構(gòu)的科學(xué)模型分析解決問題、像科學(xué)家那樣運(yùn)用模型方法，通過建構(gòu)模型分析解決問題等要素。

Z3 高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中“模型認(rèn)知”的蘊(yùn)意

3.1 科學(xué)學(xué)科教育中的模型與模型建構(gòu)

模型思想和模型方法是自然科學(xué)領(lǐng)域最重要的學(xué)科思想和方法。Justi & Driel認(rèn)為模型與建模對(duì)科學(xué)教育的重要性表現(xiàn)在三個(gè)方面，一是學(xué)習(xí)科學(xué)，學(xué)生了解主要的科學(xué)與歷史模型，以及這些模型的范圍與限制;二是學(xué)習(xí)動(dòng)手做科學(xué)，提供機(jī)會(huì)給學(xué)生創(chuàng)造、表達(dá)和測(cè)試他們的模型;三是學(xué)習(xí)科學(xué)本質(zhì)，學(xué)生學(xué)習(xí)模型的本質(zhì)和認(rèn)識(shí)模型的角色，知道科學(xué)探究的產(chǎn)物是模型的建構(gòu)與傳播[13]。

《普通高中數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》[14]在數(shù)學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中對(duì)“數(shù)學(xué)建?！苯o出了下列描述： 數(shù)學(xué)建模是對(duì)現(xiàn)實(shí)問題進(jìn)行數(shù)學(xué)抽象，用數(shù)學(xué)語言表達(dá)問題、用數(shù)學(xué)方法構(gòu)建模型解決問題的素養(yǎng)。數(shù)學(xué)建模過程主要包括在實(shí)際情境中從數(shù)學(xué)的視角發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，分析問題、建立模型，確定參數(shù)、計(jì)算求解，檢驗(yàn)結(jié)果、改進(jìn)模型，最終解決實(shí)際問題?！镀胀ǜ咧形锢碚n程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》[15]在物理學(xué)科核心素養(yǎng)中認(rèn)為，“科學(xué)思維”是從物理學(xué)視角對(duì)客觀事物的本質(zhì)屬性、內(nèi)在規(guī)律及相互關(guān)系的認(rèn)識(shí)方式;是基于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)建構(gòu)物理模型的抽象概括過程;是分析綜合、推理論證等方法在科學(xué)領(lǐng)域的具體運(yùn)用;是基于事實(shí)證據(jù)和科學(xué)推理對(duì)不同觀點(diǎn)和結(jié)論提出質(zhì)疑和批判，進(jìn)行檢驗(yàn)和修正，進(jìn)而提出創(chuàng)造性見解的能力與品格?！镀胀ǜ咧猩镎n程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》[16]在學(xué)科核心素養(yǎng)中要求： 學(xué)生應(yīng)該在學(xué)習(xí)過程中逐步發(fā)展科學(xué)思維，如能夠基于生物學(xué)事實(shí)和證據(jù)運(yùn)用歸納與概括、演繹與推理、模型與建模、批判性思維、創(chuàng)造性思維等方法，探討、闡釋生命現(xiàn)象及規(guī)律，審視或論證生物學(xué)社會(huì)議題。

由數(shù)學(xué)、物理、生物課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)“模型”和“建?！钡拿枋隹梢园l(fā)現(xiàn)，作為學(xué)科思想和方法的“模型建構(gòu)”更強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)通過建構(gòu)模型以解決實(shí)際問題的素養(yǎng)。數(shù)學(xué)把“模型建構(gòu)”看成是建立數(shù)學(xué)與外部世界的“橋梁”，更關(guān)注“模型建構(gòu)”在解決實(shí)際問題中的作用;物理將“基于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)建構(gòu)物理模型的抽象概括過程”表征成科學(xué)思維的一種方式，關(guān)注學(xué)生通過識(shí)別、應(yīng)用、選擇、建構(gòu)物理模型解決實(shí)際問題。

化學(xué)是在原子、分子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、轉(zhuǎn)化及其應(yīng)用的一門基礎(chǔ)學(xué)科，其特征是從微觀層次認(rèn)識(shí)物質(zhì)，以符號(hào)形式描述物質(zhì)，在不同層面創(chuàng)造物質(zhì)?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》將“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”作為化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的一個(gè)要素，并賦予了“模型認(rèn)知”更豐富的內(nèi)涵。

3.2 化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中的“模型認(rèn)知”

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》在課程目標(biāo)、學(xué)科核心素養(yǎng)及水平、學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)、學(xué)習(xí)要求、教學(xué)建議等部分都有“模型認(rèn)知”（包括模型、認(rèn)知模型和模型認(rèn)知）的相關(guān)描述（見表1）。

高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)首先將化學(xué)家們建構(gòu)的科學(xué)模型（也可簡(jiǎn)稱為化學(xué)模型）作為重要的化學(xué)學(xué)習(xí)內(nèi)容，要求學(xué)生通過化學(xué)學(xué)習(xí)能識(shí)別、選擇、運(yùn)用化學(xué)模型解釋化學(xué)事實(shí)和解決問題。其次將模型思想方法作為重要的化學(xué)學(xué)科思維方法，要求學(xué)生能認(rèn)識(shí)模型在化學(xué)科學(xué)研究中的作用，體驗(yàn)化學(xué)家建構(gòu)模型的過程，掌握建立證據(jù)與模型關(guān)系、分析模型與研究對(duì)象之間異同、評(píng)價(jià)模型應(yīng)用范疇、改進(jìn)和發(fā)展模型等方法。再其次將建構(gòu)模型作為學(xué)生通過化學(xué)課程實(shí)施必須發(fā)展的重要能力，要求學(xué)生在化學(xué)學(xué)習(xí)中能建構(gòu)多種認(rèn)知模型，在復(fù)雜的化學(xué)問題情境中能建構(gòu)模型解釋復(fù)雜的化學(xué)問題。

因而，化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中的“模型認(rèn)知”，包含“認(rèn)識(shí)科學(xué)模型、掌握模型方法、探索模型建構(gòu)”3個(gè)方面的內(nèi)容，認(rèn)識(shí)科學(xué)模型既是化學(xué)學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容，又是掌握模型方法的重要載體，學(xué)生在認(rèn)知科學(xué)模型過程中掌握模型方法;掌握模型方法是認(rèn)知科學(xué)模型的重要成果，也是探索模型建構(gòu)的基礎(chǔ);探索模型建構(gòu)是認(rèn)識(shí)科學(xué)模型和掌握模型方法的能力體現(xiàn)，是認(rèn)識(shí)科學(xué)模型和掌握模型方法的目的和歸屬。從認(rèn)識(shí)科學(xué)模型到掌握模型方法，再到探索模型建構(gòu)，體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中的“模型認(rèn)知”水平由低到高的發(fā)展順序。

3.2.1 認(rèn)識(shí)科學(xué)模型

“科學(xué)模型”是科學(xué)家為了研究現(xiàn)實(shí)世界中的目標(biāo)對(duì)象而構(gòu)想或構(gòu)造出來、用于表征（模仿、模擬、刻畫、代替、代表）目標(biāo)對(duì)象的映像。科學(xué)研究的目的是認(rèn)識(shí)、改造和保護(hù)世界，科學(xué)家們的研究可以認(rèn)為是通過直接研究模型而間接地研究現(xiàn)實(shí)世界的。這是因?yàn)楝F(xiàn)實(shí)世界的任何實(shí)際部分都是復(fù)雜的，需要將研究對(duì)象的一些次要的細(xì)節(jié)、非本質(zhì)的聯(lián)系舍去，需要運(yùn)用抽象、簡(jiǎn)約、理想化等方法，用一種結(jié)構(gòu)上相類似但又比較簡(jiǎn)單的形式（模型）去再現(xiàn)研究對(duì)象（原型）的各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)、功能和聯(lián)系。隨著現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展，科學(xué)研究的領(lǐng)域已從宏觀領(lǐng)域進(jìn)入微觀和宇觀領(lǐng)域，使得現(xiàn)代科學(xué)的研究對(duì)象的非直觀化因素大大增加，這就需要通過高度抽象思維和形象思維，運(yùn)用符號(hào)、圖形、數(shù)據(jù)等形式（模型）來反映研究對(duì)象的本質(zhì)，從而克服研究對(duì)象非直觀化所帶來的認(rèn)知困難。

化學(xué)家們?cè)谡J(rèn)識(shí)客觀世界過程中，建立了許多科學(xué)模型，如探索物質(zhì)結(jié)構(gòu)所建立的原子、分子、晶體結(jié)構(gòu)模型，探索微粒之作用力所建立的雜化軌道理論、價(jià)健理論、分子軌道理論、分子間作用力模型，探索化學(xué)變化規(guī)律所建立的碰撞理論、過渡態(tài)理論、化學(xué)平衡理論模型等?；瘜W(xué)家們建立的科學(xué)模型是學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的重要內(nèi)容。

認(rèn)識(shí)科學(xué)模型是掌握模型方法和探索模型建構(gòu)的基礎(chǔ)。在化學(xué)課程實(shí)施中，要充分利用化學(xué)家們所建立的科學(xué)模型組織教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)中的常用科學(xué)模型，知道科學(xué)模型解釋說明的對(duì)象，理解模型與研究對(duì)象的差異，認(rèn)識(shí)模型的使用條件和適用范圍，能在情境問題解決中利用化學(xué)家們建構(gòu)的科學(xué)模型描述物質(zhì)化學(xué)變化的過程，解釋化學(xué)事實(shí)，并根據(jù)模型預(yù)測(cè)物質(zhì)的性質(zhì)和變化等。

3.2.2 掌握模型方法

模型是最常用的科學(xué)表征方法，模型方法已經(jīng)成為現(xiàn)代科學(xué)認(rèn)識(shí)中的一種極為重要的認(rèn)識(shí)手段和思維方式?？茖W(xué)研究首先要確定研究對(duì)象（原型）、提出問題，根據(jù)特定研究目標(biāo)并抓住原型的本質(zhì)特征，對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行操作以獲得有關(guān)信息，當(dāng)信息達(dá)到一定數(shù)量后便對(duì)其進(jìn)行必要的排列與分類，繼而把它們通過一定的抽象、簡(jiǎn)約化等變換操作，初步建構(gòu)一個(gè)能反映原型本質(zhì)聯(lián)系的觀念形態(tài)模型，通過修改完善形成較為穩(wěn)固且完整的觀念形態(tài)模型，并進(jìn)一步回答更深層次的問題[17]。

科學(xué)模型既能對(duì)原型進(jìn)行解釋說明，又能遷移應(yīng)用于解釋說明類似的原型，還能通過對(duì)模型的進(jìn)一步研究為形成理論建立基礎(chǔ)[18]（見圖2）

模型方法在學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)中具有重要作用。模型方法是學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的重要手段，學(xué)生掌握了模型方法就能更透徹地理解化學(xué)學(xué)科知識(shí)。模型方法作為化學(xué)學(xué)科思維方法，能提高學(xué)生的科學(xué)思維能力，學(xué)生一旦將模型方法內(nèi)化為自己的認(rèn)知圖式，就能獲得思維水平的發(fā)展，同時(shí)模型方法還有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力。

掌握模型方法是學(xué)生認(rèn)識(shí)科學(xué)模型的重要成果，也是學(xué)生探索模型建構(gòu)的關(guān)鍵能力?；瘜W(xué)課程實(shí)施中要充分引導(dǎo)學(xué)生沿著化學(xué)家創(chuàng)建科學(xué)模型的足跡，經(jīng)歷化學(xué)家建立和發(fā)展科學(xué)模型的過程，讓學(xué)生不僅理解科學(xué)模型，還能了解和掌握模型方法;要引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)概念、原理等理論知識(shí)的產(chǎn)生和發(fā)展過程，體驗(yàn)?zāi)Ｐ头椒ㄔ诨瘜W(xué)原理和理論發(fā)展中的作用。

3.2.3 探索模型建構(gòu)

建模（modeling）是一種人類自然的認(rèn)知現(xiàn)象，是人類描述和解釋自然現(xiàn)象的概念化過程，當(dāng)遇到未知的現(xiàn)象時(shí)，人們很自然地會(huì)建構(gòu)關(guān)于那些現(xiàn)象的個(gè)人理論，并以模型的方式在心智中表征它們[19]。建模的結(jié)果是建立關(guān)于現(xiàn)象、事物或系統(tǒng)的概念體系。

科學(xué)研究（或?qū)W習(xí)）的過程就是對(duì)自然世界建模的過程[20，21]，建模是一種“過程性知識(shí)”。在科學(xué)建模過程中，人們遵循科學(xué)認(rèn)識(shí)的一般規(guī)律和原則，應(yīng)用一定的科學(xué)理論，對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行描述，根據(jù)已有知識(shí)、理論和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行抽象，構(gòu)想并衍生出初步模型，再經(jīng)過驗(yàn)證等若干操作形成可表征研究對(duì)象的模型。

科學(xué)哲學(xué)家拉瑞？勞丹（Larry. Laudan）認(rèn)為，科學(xué)認(rèn)知過程就是解決問題的過程，解決問題是科學(xué)認(rèn)知的基本單元，科學(xué)認(rèn)知的目標(biāo)是盡量把已解決的經(jīng)驗(yàn)問題的范圍擴(kuò)展到最大，把反常和概念問題的范圍縮減到最小，以獲得具有高度解決問題效力的理論;科學(xué)認(rèn)知的價(jià)值由理論解決的經(jīng)驗(yàn)問題的數(shù)目和重要性來決定，這就是科學(xué)認(rèn)知模型[22]。

化學(xué)課程實(shí)施中讓學(xué)生探索模型建構(gòu)，就是讓學(xué)生探索建構(gòu)化學(xué)認(rèn)知模型，也就是要讓學(xué)生探索建構(gòu)化學(xué)問題解決模型。

學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)過程就是建立科學(xué)認(rèn)知的過程?；瘜W(xué)科學(xué)的研究對(duì)象決定了其研究?jī)?nèi)容的豐富性，化學(xué)學(xué)科具有內(nèi)在邏輯結(jié)構(gòu)，從學(xué)科核心觀念層面可分為物質(zhì)與能量、化學(xué)變化與平衡、微粒與相互作用、物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)等，從主題內(nèi)容維度可分為科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究、化學(xué)變化規(guī)律、物質(zhì)結(jié)構(gòu)性質(zhì)、物質(zhì)轉(zhuǎn)化利用等。每個(gè)化學(xué)主題內(nèi)容的特點(diǎn)決定了其認(rèn)知模型具有不同的特征。在化學(xué)學(xué)習(xí)中要讓學(xué)生像化學(xué)家研究化學(xué)那樣認(rèn)知化學(xué)，建構(gòu)與主題內(nèi)容相適應(yīng)的認(rèn)知模型，這對(duì)學(xué)生認(rèn)知化學(xué)科學(xué)本質(zhì)是十分有利的。

化學(xué)課程實(shí)施中讓學(xué)生探索模型建構(gòu)，就要讓學(xué)生在模型建構(gòu)和科學(xué)探究中學(xué)習(xí)化學(xué)[23]。科學(xué)探究可以幫助學(xué)生了解科學(xué)研究過程，并將科學(xué)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際生活情境中，而模型正是科學(xué)探究的重要成果之一。在科學(xué)探究中讓學(xué)生不斷建構(gòu)、使用、評(píng)價(jià)和修訂模型，建立起科學(xué)知識(shí)具有可檢驗(yàn)性、可修正性、解釋性、推測(cè)性和生成性等本質(zhì)特征的科學(xué)知識(shí)觀。

建構(gòu)解決復(fù)雜化學(xué)問題的思維模型是學(xué)生探索模型建構(gòu)的重要內(nèi)容。學(xué)生在解決復(fù)雜化學(xué)問題的過程中，針對(duì)需要解決的問題，通過觀察等手段獲取信息，在真實(shí)復(fù)雜情境中建立科學(xué)理論模型與研究對(duì)象的聯(lián)系，建構(gòu)起解決復(fù)雜問題的思維框架。解決復(fù)雜問題的過程既是創(chuàng)造性地應(yīng)用科學(xué)模型的過程，也是建構(gòu)模型的過程，在化學(xué)課程實(shí)施中，要讓學(xué)生通過復(fù)雜化學(xué)問題解決培養(yǎng)自己的模型建構(gòu)能力，并在復(fù)雜化學(xué)問題解決中評(píng)價(jià)學(xué)生的模型建構(gòu)能力水平。

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