建模教學(xué)在高中化學(xué)課堂中的應(yīng)用

唐潔 陳迪妹 葉劍強

[摘? ?要]在核心素養(yǎng)導(dǎo)向以及化學(xué)學(xué)科背景下，建模教學(xué)作為一種新興的，將模型與建模思想融于教學(xué)活動的教學(xué)模式，有著重要的應(yīng)用價值。文章對建模教學(xué)的內(nèi)涵進行深入分析，再以真實課例進行建模教學(xué)設(shè)計，并對建模教學(xué)在具體實施過程中應(yīng)注意的事項加以說明，更直觀地展現(xiàn)建模教學(xué)在高中化學(xué)課堂中的教學(xué)輔助功能與思維發(fā)展功能。

[關(guān)鍵詞]建模教學(xué);高中化學(xué);原電池;教學(xué)設(shè)計

[中圖分類號]? ? G633.8? ? ? ? [文獻標(biāo)識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2021）20-0060-04

一、問題的提出

根據(jù)化學(xué)學(xué)科特性，高中化學(xué)學(xué)習(xí)主要涉及原子、分子等微觀世界，同時又與實際生活、工業(yè)生產(chǎn)息息相關(guān)。微觀世界無法通過肉眼來直接觀測分析，具有明顯的抽象性和復(fù)雜性。而工業(yè)生產(chǎn)又過于宏觀與實踐化，無法讓學(xué)生直接操作與觀測。因此需要一種適宜的方法，來使化學(xué)微觀世界形象化與可視化，使宏觀事物具體化與可操作化。

同時，新普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)明確提出將“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”作為化學(xué)學(xué)科五大核心素養(yǎng)之一，要求學(xué)生能識別、理解、描述和表示化學(xué)學(xué)科中的常見模型，會運用模型的方法解釋化學(xué)現(xiàn)象，揭示化學(xué)規(guī)律和本質(zhì)，并能在面對復(fù)雜的化學(xué)問題情境時，選擇合適的化學(xué)模型或構(gòu)建相應(yīng)的模型來解決問題。課程標(biāo)準(zhǔn)中對學(xué)生模型認(rèn)知與建模能力的要求可以直接反映出，“模型認(rèn)知”作為一種重要的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，在高中化學(xué)學(xué)習(xí)和教學(xué)中的重要性。

而建模教學(xué)作為一種新興的，將模型與建模思想融于教學(xué)活動的教學(xué)模式，在化學(xué)教學(xué)中有著重要的應(yīng)用價值，其所具有的模型教學(xué)輔助功能以及促進建模思維發(fā)展功能可使化學(xué)教學(xué)活動與學(xué)生學(xué)習(xí)活動更簡便高效，也更有利于轉(zhuǎn)變教師的教學(xué)方式與學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，培養(yǎng)學(xué)生的“模型認(rèn)知”素養(yǎng)和建模能力，從根本上提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，落實化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求。

二、建模教學(xué)的內(nèi)涵

1.建模教學(xué)的定義

建模教學(xué)這一概念最初是由美國亞利桑那州立大學(xué)教授海斯特斯（Hestenes） 于1984年提出的，是指一種基于模型建構(gòu)與教學(xué)活動相結(jié)合的新的教學(xué)模式。后來不同的研究者對建模教學(xué)提出了不同的定義。通過查閱整理文獻，可將建模教學(xué)的具體內(nèi)涵概述為：將建模思想融于普通教學(xué)過程的新教學(xué)模式，具體包括教與學(xué)兩部分，教的方面，即對于教師來說，它指的是教師通過展示或構(gòu)建化學(xué)模型（物質(zhì)模型或思想模型）來向?qū)W生解釋、描述、說明化學(xué)知識和化學(xué)現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生更好地運用觀察、比較、分析、推理、演繹、歸納等化學(xué)思維方法來揭示化學(xué)事物的本質(zhì)特征、一般規(guī)律和因果聯(lián)系的過程;學(xué)的方面，即對于學(xué)生來說，它指的是學(xué)生借助模型或通過構(gòu)建模型來幫助自己獲取更牢固透徹的知識，同時發(fā)展自己的建模能力，并在此過程中，習(xí)得一種重要的科學(xué)思維方法，即通過建模來自主建構(gòu)知識和解決實際問題。

2.建模教學(xué)的本質(zhì)

對于建模教學(xué)來說，其本質(zhì)是一種新的教學(xué)模式，是將一般的教學(xué)模式與建模思想結(jié)合而成的新的教學(xué)模式。“模型與建?！笔瞧浜诵膬?nèi)涵，培養(yǎng)學(xué)生的模型思維和建模能力，從根本上提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)則是其終極目標(biāo)。

3.建模教學(xué)的一般過程

4.建模教學(xué)的功能

（1）教學(xué)輔助功能

根據(jù)化學(xué)學(xué)科特性，在高中化學(xué)知識體系中，有非常多具有明顯抽象性和復(fù)雜性的知識內(nèi)容，如物質(zhì)的組成與結(jié)構(gòu)、氧化還原反應(yīng)原理、溶液中的離子平衡等，同時也存在許多具體的但零碎雜亂的知識。如何讓抽象復(fù)雜的知識更容易被學(xué)生理解和記憶，讓零碎雜亂的知識更好地被學(xué)生整合和吸收，是教師共同面臨的難題。而建模作為一種重要的科學(xué)思維方法，一座溝通宏觀與微觀的橋梁，能夠通過實物或形象的表征方式，使抽象的微觀世界可視化，使復(fù)雜繁亂的化學(xué)概念與理論知識簡單化、透徹化。而且化學(xué)本身對化學(xué)現(xiàn)象的解釋幾乎都是以模型的形式呈現(xiàn)的，學(xué)生對化學(xué)知識的認(rèn)知也需要依賴模型方法。模型或建模教學(xué)使科學(xué)更有趣，使教學(xué)更有效，是化學(xué)教學(xué)中必不可少的輔助工具。

（2）思維發(fā)展功能

俗話說：“授人以魚，不如授人以漁?！苯虒W(xué)亦如此，教人知識，不如教人方法。建模作為一種重要的科學(xué)思維方法，在促進學(xué)生思維發(fā)展方面起著不可替代的作用。建模的核心是從已知到未知，建模的過程既包含歸納與演繹、分析與推理、抽象與具象、對比與類比等多種內(nèi)隱思維過程，也包含圖表、語言、符號、動畫等表征方式的外顯思維活動。因此，建模教學(xué)教給學(xué)生的不僅僅是化學(xué)知識，還是科學(xué)研究的一種有效方法，更是一種科學(xué)觀念與科學(xué)思維方式。

研究表明：建模教學(xué)不僅能有效幫助學(xué)生梳理化學(xué)知識，構(gòu)建學(xué)科知識體系，提升學(xué)生的解題能力，促進學(xué)生學(xué)習(xí)成績的提高;還能增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自信心，促進教師教學(xué)觀念的轉(zhuǎn)變。

三、基于建模思想的“原電池工作原理”教學(xué)設(shè)計

1.教學(xué)設(shè)計思路

“原電池工作原理”教學(xué)設(shè)計是基于建模教學(xué)的一般模式，融合建模教學(xué)的六個環(huán)節(jié)，以教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)重難點為導(dǎo)向，利用視頻創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生逐步體驗雙液原電池模型構(gòu)建的過程。教學(xué)環(huán)節(jié)主要包括情境創(chuàng)設(shè)、模型準(zhǔn)備、模型構(gòu)建、模型評估與效化、模型應(yīng)用、模型遷移與討論，每個建模教學(xué)環(huán)節(jié)主要涉及的教學(xué)活動與設(shè)計意圖如表1所示。

2.教學(xué)過程

四、建模教學(xué)的注意事項

建模教學(xué)作為一種新的教學(xué)模式，其在實施過程中需要注意以下幾點。

1.注意分類建模

建模教學(xué)模式與環(huán)節(jié)并不是一成不變的，根據(jù)不同模型、不同課型、不同知識點可對建模教學(xué)模式進行針對性的增添和刪減，具體如表2所示。

2.牢記學(xué)生為主體的教學(xué)原則

學(xué)生是建模教學(xué)的主體，建模教學(xué)的根本目的就是培養(yǎng)學(xué)生的模型思維和建模能力，提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。學(xué)生為主體，即關(guān)注學(xué)生的現(xiàn)有模型水平和學(xué)生的模型思維發(fā)展歷程，牢記共同參與原則，時刻謹(jǐn)記學(xué)生是建模教學(xué)的主體，教師只是引導(dǎo)者與輔助者。

3.辯證看待建模教學(xué)

建模教學(xué)并不是一成不變的，也不是絕對完美的，且模型與原型相似而不相等，模型的使用范圍具有條件性和局限性，因此建模教學(xué)只是教學(xué)的輔助手段，而不是教學(xué)的全部。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

[1]? 中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn) （2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]? 張繁. 建模思想在高三化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用研究[D].桂林：廣西師范大學(xué)，2018.

（責(zé)任編輯 羅 艷）