基于模型認(rèn)知與建構(gòu)的高中化學(xué)教學(xué)策略

李靈敏

摘要：模型認(rèn)知是化學(xué)核心素養(yǎng)的一個維度，對化學(xué)教學(xué)具有重要功能。教學(xué)中合理運(yùn)用模型認(rèn)知與建構(gòu)的教學(xué)策略，不僅可以提高學(xué)生的化學(xué)學(xué)科邏輯能力與思維品質(zhì)，還可以有效保障化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)在課堂落地生根，開花結(jié)果。

關(guān)鍵詞：模型;模型認(rèn)知;模型建構(gòu);教學(xué)策略

文章編號：1008-0546（2020）01-0018-03 中圖分類號：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.01.005

一、研究背景

模型是一種重要的科學(xué)方法，在科學(xué)發(fā)展中發(fā)揮了重要的作用。國外很多教育工作者都大力倡導(dǎo)模型教學(xué)，在我國的高中教育研究中，對數(shù)學(xué)模型教學(xué)、物理模型教學(xué)、生物模型教學(xué)的研究起步較早，相比較來說，化學(xué)學(xué)科對模型教學(xué)的研究較晚。2017年版《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》首次將“模型認(rèn)知”寫進(jìn)了高中化學(xué)教學(xué)課程目標(biāo)范疇，從此化學(xué)教師開始關(guān)注模型認(rèn)知、模型建構(gòu)等與模型相關(guān)的課堂教學(xué)設(shè)計與實(shí)踐。

二、模型認(rèn)知與建構(gòu)教學(xué)的內(nèi)涵與功能

“模型”一詞來源于拉丁文，初始含義是樣本、標(biāo)準(zhǔn)和尺度，中文原意即規(guī)范?！罢J(rèn)知”是指人類認(rèn)識客觀事物、獲得知識的活動，包括知覺、記憶、學(xué)習(xí)、言語、思維和問題解決等過程。人們?yōu)榱四撤N特定目的而對認(rèn)識對象所做的簡約化描述就是“認(rèn)知模型”，簡稱為“模型”，而在“模型認(rèn)知”一詞中“模型”和“認(rèn)知”屬于偏正關(guān)系，“模型”是修飾語，“認(rèn)知”是中心詞。所以，“模型認(rèn)知”可以理解為“基于（借助于）模型的認(rèn)知”，它要求學(xué)生通過分析、推理等方法認(rèn)識研究對象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系，通過它們建構(gòu)一個具有代表性的模型。

高中化學(xué)核心素養(yǎng)將“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”作為一個維度專門表述，說明模型認(rèn)知對于化學(xué)教學(xué)具有重要功能。其一，簡化描述功能，可以將教材文本中繁瑣的語言描述簡化成理想的圖示、符號、圖表等簡潔的模型化語言;其二，形象解釋功能，可以將一些看不見摸不著的化學(xué)微觀結(jié)構(gòu)，基于其內(nèi)在結(jié)構(gòu)特點(diǎn)利用實(shí)物進(jìn)行模型假想，達(dá)到對微觀結(jié)構(gòu)的解釋;其三，遷移推理功能，借助已經(jīng)建構(gòu)的模型，利用分析、遷移、對比、推理等思維方式解決化學(xué)實(shí)際問題，檢驗(yàn)建構(gòu)的模型是否成功，在模型應(yīng)用中提高學(xué)生解決實(shí)際化學(xué)問題的邏輯能力與思維品質(zhì)。

三、模型認(rèn)知與建構(gòu)教學(xué)的思路與策略

高中化學(xué)部分教學(xué)內(nèi)容具有較強(qiáng)的理論性，如電化學(xué)、化學(xué)平衡、氧化還原、微觀結(jié)構(gòu)等，與學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)有一定的距離，僅僅依賴課本有一定的局限性，教學(xué)難度大?；谀Ｐ驼J(rèn)知功能的研究，教學(xué)中合理運(yùn)用模型認(rèn)知與建構(gòu)的教學(xué)方式，可使教學(xué)內(nèi)容易于被學(xué)生接受，為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供有力的思維導(dǎo)向和支撐。

化學(xué)教學(xué)中引領(lǐng)學(xué)生模型認(rèn)知的過程就是對對象去粗取精、去偽存真的過程，是對化學(xué)知識高度濃縮、高度提煉、高度概括的過程，是使重要的核心知識形成清晰的知識框架，納入學(xué)生已有知識體系的過程。教學(xué)中學(xué)生在教師引領(lǐng)下經(jīng)歷“文本解讀一原型提煉一模型創(chuàng)建”這個過程稱之為“模型建構(gòu)”，是整個“模型認(rèn)知”培育的核心，是學(xué)生認(rèn)識發(fā)展的關(guān)鍵過程?！澳Ｐ蛻?yīng)用”則是模型認(rèn)知培育的實(shí)踐階段，通過分析解決化學(xué)實(shí)際問題，論證模型建構(gòu)的成功與否，有助于實(shí)現(xiàn)學(xué)生對模型、對知識的“再認(rèn)識、再發(fā)現(xiàn)與再建構(gòu)”。

化學(xué)模型認(rèn)知與建構(gòu)教學(xué)的一般教學(xué)策略如圖1所示。

化學(xué)的本質(zhì)不是化學(xué)知識，而是產(chǎn)生知識的方法與過程。真實(shí)科學(xué)探究的核心是科學(xué)知識的生成和論證過程，模型認(rèn)知與建構(gòu)教學(xué)亦是如此。通過解讀教材文本或表征問題進(jìn)行證據(jù)推理提煉原型的過程是教師教學(xué)備課的核心，是實(shí)施化學(xué)模型認(rèn)知與建構(gòu)教學(xué)策略的起點(diǎn)，課堂上運(yùn)用各種教法與學(xué)法引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)模型是課堂教學(xué)的關(guān)鍵。模型建構(gòu)是否合理有效，需要真實(shí)情境的化學(xué)問題來檢驗(yàn)與論證，讓學(xué)生在模型應(yīng)用過程中，感受模型“魅力”的同時不斷探究發(fā)現(xiàn)新問題，重新認(rèn)識并修正模型，完善學(xué)生的模型認(rèn)知過程。

四、模型認(rèn)知與建構(gòu)教學(xué)的分類與應(yīng)用

基于文獻(xiàn)的研究，高中化學(xué)模型可以分為物理模型、數(shù)學(xué)模型、概念模型三大類，它們還可以細(xì)分，具體分類及實(shí)例如圖2所示：

1.物理模型的建構(gòu)和應(yīng)用

物理模型可分為實(shí)物模型和思想模型，實(shí)物模型是指借助實(shí)物、教具等模型將看不見的微觀粒子宏觀化，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)感知的直觀感，降低學(xué)生的學(xué)習(xí)難度。思想模型是人的頭腦中經(jīng)過思考過程建立起來的非物質(zhì)的、觀念性的東西，如思維方式、學(xué)科觀念等，因此，每一節(jié)化學(xué)課都離不開思想模型的建構(gòu)。

例如：甲烷結(jié)構(gòu)新課教學(xué)

甲烷是最簡單的有機(jī)物，分子結(jié)構(gòu)雖然簡單，但對它的學(xué)習(xí)是整個有機(jī)結(jié)構(gòu)體系的奠基石，因此不能簡單地靠講、畫或PPT投影了事。

根據(jù)蘇教版化學(xué)2教材文本求出甲烷的分子式之后，怎樣讓學(xué)生“看見”甲烷的分子結(jié)構(gòu)？教學(xué)中教師可以提供牙簽（代表化學(xué)鍵）、小番茄（代表氫原子）、土豆（代表碳原子），通過小組合作猜想構(gòu)建甲烷的球棍模型。

建構(gòu)的模型是否合理？在學(xué)生初步構(gòu)建模型以后，教師提供信息“二氯甲烷只有一種結(jié)構(gòu)”，引導(dǎo)學(xué)生檢驗(yàn)或修正自己建構(gòu)的甲烷模型。通過這樣的模型認(rèn)知與建構(gòu)活動，學(xué)生對甲烷的空間結(jié)構(gòu)有了清晰的認(rèn)識。

建構(gòu)的模型是否可以應(yīng)用？在學(xué)生構(gòu)建甲烷模型之后，教師提供乙烷、丙烷的分子式C2H6、C3Hs，它們的結(jié)構(gòu)又如何呢？學(xué)生根據(jù)甲烷模型，利用等位原子替換法，自主建構(gòu)乙烷、丙烷的模型，從而構(gòu)建烷烴的結(jié)構(gòu)模型認(rèn)知，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)奠定基礎(chǔ)。整個模型認(rèn)知、建構(gòu)與應(yīng)用教學(xué)過程可以用圖3表示。

2.概念模型的建構(gòu)和應(yīng)用

概念模型主要以概念圖表達(dá)，概念圖是美國諾瓦克（Joseph D.Novak）教授等人提出的將基本概念網(wǎng)絡(luò)化并以結(jié)構(gòu)圖的形式呈現(xiàn)出來的一種組織和表征知識的教學(xué)方式，目的是有效幫助學(xué)生理解學(xué)科知識。

例如：有機(jī)基礎(chǔ)復(fù)習(xí)課教學(xué)

教師設(shè)計以“官能團(tuán)的引入和轉(zhuǎn)化”為載體，通過問題驅(qū)動，學(xué)生交流討論，回顧教材文本所學(xué)官能團(tuán)（碳碳雙鍵、鹵素原子、羥基、醛基、羧基等）的引入方法。

引導(dǎo)學(xué)生將有機(jī)化學(xué)一堆碎片化的概念知識進(jìn)行整合，幫助學(xué)生建構(gòu)各類有機(jī)物之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系概念圖，如圖4所示。

通過概念模型的建構(gòu)，逐步完善學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)，提升學(xué)生對有機(jī)知識的系統(tǒng)整合。

模型應(yīng)用，設(shè)計簡單的有機(jī)合成進(jìn)行訓(xùn)練，強(qiáng)化學(xué)生對有機(jī)概念圖的深度理解。如：以溴乙烷為原料合成乙二酸乙二酯，無機(jī)試劑任選，設(shè)計合成路線流程圖，注明反應(yīng)條件。

學(xué)生在有機(jī)合成設(shè)計過程中，利用已有原料、信息，在官能團(tuán)引入、轉(zhuǎn)化的過程中，檢驗(yàn)或修正概念模型，同時暴露學(xué)生思想模型的不足，在逐步改善設(shè)計方案中，培養(yǎng)與完善學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

3.數(shù)學(xué)模型的建構(gòu)和應(yīng)用

數(shù)學(xué)模型包括坐標(biāo)、數(shù)軸、數(shù)式等可以訓(xùn)練學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)學(xué)科工具定量地分析化學(xué)問題，讓學(xué)生能描述、分析和計算相關(guān)核心物理量，提升學(xué)生對圖形、圖表的辨識以及對圖文之間的轉(zhuǎn)換能力。

例如：習(xí)題課教學(xué)

（1）設(shè)計情境

探究某溶液中可能含NaOH、Na2CO3、NaHCO3中的一種或幾種，取樣，分別加入鹽酸，以放出的CO2的量為縱坐標(biāo)，加入HCI的量為橫坐標(biāo)作圖（如圖5），據(jù)圖定性判斷原溶液中溶質(zhì)的組成。

五、結(jié)束語

借助模型可以認(rèn)識化學(xué)微觀結(jié)構(gòu)，利用模型可以簡化化學(xué)核心知識，建構(gòu)模型可以梳理化學(xué)概念體系，參照模型可以解決化學(xué)實(shí)際問題。學(xué)生在經(jīng)歷“文本解讀→原型提煉→模型建構(gòu)→模型應(yīng)用→模型再構(gòu)”這一模型建構(gòu)、應(yīng)用與修正的課堂教學(xué)實(shí)踐過程中，學(xué)生需要借助證據(jù)推理來建構(gòu)與論證自己的模型，而證據(jù)推理則需要借助“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”等素養(yǎng)共同幫助與配合才能完成。因此，進(jìn)行高中化學(xué)模型教學(xué)是落實(shí)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的有效途徑和必經(jīng)之路。

總之，進(jìn)行高中化學(xué)模型認(rèn)知與建構(gòu)教學(xué)不僅可以提高學(xué)生的化學(xué)學(xué)科邏輯能力與思維品質(zhì)，還可以有效保障化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)在課堂落地生根，開花結(jié)果。