基于模型認(rèn)知的高中化學(xué)教學(xué)實(shí)踐研究

韓博 張星華

摘 要：在高中化學(xué)教學(xué)中，教師應(yīng)當(dāng)順應(yīng)新課標(biāo)和新高考改革的趨勢(shì)，引入新的教學(xué)方法，將學(xué)生帶入到真實(shí)的情境中進(jìn)行自主、合作、探究性的學(xué)習(xí)，以提升化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng).基于模型認(rèn)知分析在高中電化學(xué)模塊教學(xué)中如何對(duì)目前的教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行完善，達(dá)到提升課堂質(zhì)量和效率的效果，以期為基于模型認(rèn)知的化學(xué)課堂教學(xué)提供實(shí)踐參考.

關(guān)鍵詞：模型認(rèn)知;實(shí)驗(yàn);電化學(xué)模塊;高中化學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G632 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ?文章編號(hào)：1008-0333（2021）33-0086-02

收稿日期：2021-08-25

作者簡(jiǎn)介：韓博（1983.1-），男，甘肅省慶陽(yáng)人，本科，中學(xué)高級(jí)教師，從事高中化學(xué)教學(xué)研究.

張星華（1990.5-），女，甘肅省慶陽(yáng)人，碩士，中學(xué)一級(jí)教師，從事高中化學(xué)教學(xué)研究.

基金項(xiàng)目：本論文系“甘肅省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2020年度一般課題，課題名稱(chēng)《基于模型認(rèn)知的高中化學(xué)教學(xué)實(shí)踐研究--以電化學(xué)模塊為例》，課題立項(xiàng)號(hào)：GS[2020]GHB2973課題的成果.

模型認(rèn)知既是一種素養(yǎng)，又是一種能夠促使學(xué)生更好的構(gòu)架知識(shí)體系的教學(xué)指導(dǎo)方式，為此教師應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)這一理念對(duì)于實(shí)際教學(xué)所起到的作用，從而將學(xué)生培養(yǎng)成應(yīng)用型人才.電化學(xué)模塊是化學(xué)學(xué)科的重要原理性知識(shí)之一，電化學(xué)模塊融合的知識(shí)點(diǎn)較多并彼此滲透，其中諸多知識(shí)點(diǎn)較為抽象和微觀，學(xué)生在學(xué)習(xí)中所面臨的困難較多，因此要通過(guò)模型建構(gòu)、修正和應(yīng)用等引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合宏觀現(xiàn)象，通過(guò)證據(jù)推理其微觀原理，提升模型認(rèn)知水平.

一、模型認(rèn)知的內(nèi)涵

“認(rèn)知”既是哲學(xué)概念，也是心理學(xué)概念，在認(rèn)知心理學(xué)中認(rèn)知指的是人類(lèi)對(duì)信息加工的過(guò)程，強(qiáng)調(diào)以個(gè)人的基礎(chǔ)建構(gòu)對(duì)于世界上所存在的真實(shí)情況的知識(shí)體系，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)實(shí)世界的互動(dòng).化學(xué)中的“模型認(rèn)知”是基于某種模型的認(rèn)知，即是“基于模型進(jìn)行思維的一種方式”，具有化學(xué)思維特征.學(xué)習(xí)是一個(gè)從“是什么”，過(guò)渡到“為什么”，從而達(dá)到“怎么用”的過(guò)程，與感知世界的流程有一定得聯(lián)系，因此遵循探究事物本質(zhì)屬性的原則.在高中化學(xué)教學(xué)中，關(guān)于核心素養(yǎng)的組成做出了明確的界定，其中證據(jù)推理與模型認(rèn)知是其中的一大組成部分，說(shuō)明在教學(xué)中教師要致力于將學(xué)生所學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)換為借助證據(jù)推演出觀點(diǎn)間的邏輯關(guān)系的方式，從而構(gòu)建起符合本質(zhì)屬性的模型.由此可見(jiàn)，模型認(rèn)知的過(guò)程要融入到化學(xué)學(xué)科的日常教學(xué)中，從而確?？蓱?yīng)用其解決實(shí)際問(wèn)題.

二、基于模型認(rèn)知的高中化學(xué)教學(xué)實(shí)踐研究

1.情境創(chuàng)設(shè)，初步構(gòu)建模型

為將“是什么”這一層面的認(rèn)知解析透徹，教師可運(yùn)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)、信息技術(shù)等，將真實(shí)的化學(xué)情境展現(xiàn)在學(xué)生眼前.由于電化學(xué)模塊較為抽象，所包含的知識(shí)覆蓋面廣，因此要充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)、信息技術(shù)的作用，在初步構(gòu)建模型的階段，將直觀的情境展示完全，進(jìn)而激活興趣，使得學(xué)生在環(huán)環(huán)相扣的真實(shí)情境中感受化學(xué)的魅力，奠定模型構(gòu)建的基礎(chǔ).

例如，在進(jìn)行原電池的初始學(xué)習(xí)中，教師在模型認(rèn)知階段要充分利用情境創(chuàng)設(shè)的辦法，通過(guò)溫故知新的方式，將鋅片、銅片放入溶液中的過(guò)程展示出來(lái)，并在展示前詢(xún)問(wèn)學(xué)生：二者在反應(yīng)的過(guò)程中有何相同和不同之處？學(xué)生給出表面析出固體顏色有差異的回答后，教師利用多媒體將兩個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程還原，證明其說(shuō)法是否精準(zhǔn).而后，繼續(xù)提出問(wèn)題：那么分別將兩種金屬放置于稀硫酸中，其又會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象？同樣在回答鋅片表面有氣泡、銅片沒(méi)有反應(yīng)后，給出檢驗(yàn)的視頻.此舉是為了更好地引導(dǎo)學(xué)生感知不同還原劑的強(qiáng)弱差異，從而在腦海中調(diào)取關(guān)于氧化還原反應(yīng)的模型，進(jìn)而幫助其更好地過(guò)渡到原電池的模型上.隨后，展示火力發(fā)電的圖片，說(shuō)明化學(xué)能可轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能，進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽@其中可將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置可稱(chēng)之為原電池.

通過(guò)引入環(huán)節(jié)情景的創(chuàng)設(shè)，學(xué)生已經(jīng)明確了本節(jié)課所要探究的內(nèi)容，接著可以通過(guò)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展進(jìn)一步開(kāi)展教學(xué)，在實(shí)驗(yàn)開(kāi)展的過(guò)程中，可以借助一些教學(xué)策略如PDEODE教學(xué)策略，為學(xué)生提供思考、交流、解釋、展示的時(shí)間和平臺(tái)，使得學(xué)生能夠依據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行大膽的猜測(cè)、充分的交流，并將不同的觀點(diǎn)進(jìn)行展示解釋?zhuān)诖诉^(guò)程中通過(guò)思維的碰撞、相互的質(zhì)疑，最終結(jié)合所觀察到的宏觀現(xiàn)象對(duì)原電池的工作原理進(jìn)行解釋說(shuō)明.以基于PDEODE教學(xué)策略探究Fe|稀H2SO4|Cu原電池實(shí)驗(yàn)裝置為例，通過(guò)以下問(wèn)題串：1.此裝置和銅鋅原電池的實(shí)驗(yàn)裝置有哪些區(qū)別？2.請(qǐng)你預(yù)測(cè)導(dǎo)線(xiàn)接通后可能的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象？3.你觀察到了哪些具體的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象？4.怎樣解釋這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象？5.請(qǐng)寫(xiě)出Fe|稀H2SO4|Cu電池的電極反應(yīng)式.6.試著思考原電池構(gòu)成的條件都有哪些？這些問(wèn)題串穿插在PDEODE教學(xué)策略的六個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中，為學(xué)生的思考、實(shí)驗(yàn)操作、現(xiàn)象觀察、交流、解釋、質(zhì)疑、展示等提供了充分的保證，通過(guò)此實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程，學(xué)生能夠?qū)⒑暧^現(xiàn)象作為證據(jù)對(duì)原電池的微觀原理進(jìn)行解釋?zhuān)诖诉^(guò)程中進(jìn)行原電池模型的初步建構(gòu)，加深對(duì)氧化還原反應(yīng)的認(rèn)知水平.

2.大膽求證，驗(yàn)證假設(shè)模型

從“是什么”的情境中過(guò)渡到驗(yàn)證和修正模型的階段需要教師積極予以引導(dǎo)，運(yùn)用問(wèn)題情境創(chuàng)設(shè)和小組討論的模式，提出逐漸深入的問(wèn)題，以此為討論的主題，學(xué)生在不斷的分析環(huán)節(jié)中自然對(duì)模型中與本質(zhì)屬性間不相符的部分有所認(rèn)識(shí)，同時(shí)在教師的指導(dǎo)下，將逐漸進(jìn)入到模型深化的層面上，踐行“為什么”的要求.與此同時(shí)，教師應(yīng)當(dāng)為證據(jù)的提出和分析創(chuàng)建良好的氛圍，通過(guò)反問(wèn)、追問(wèn)等方式，引導(dǎo)學(xué)生自主提出論證的證據(jù)，以此實(shí)現(xiàn)模型修正和驗(yàn)證的目標(biāo).

繼續(xù)以原電池模型的構(gòu)建為例，在驗(yàn)證模型的環(huán)節(jié)，教師要給出高溫熔融鹽電池、手機(jī)鋰離子電池、氧氫燃料電池、堿性鋅錳干電池的工作原理圖，結(jié)合以上幾個(gè)圖片所展示的信息，判定下列說(shuō)法是否正確：（1）原電池中必須有溶液;（2）原電池的正極一定得電子;（3）原電池的正負(fù)極活性存在差異.學(xué)生積極反饋，結(jié)合之前所構(gòu)建的模型，并結(jié)合干電池的工作原理，看出這幾個(gè)說(shuō)法均不正確，主要原因在于原電池的正負(fù)極材料并無(wú)限制，其可由同種材料構(gòu)成，自然在活性上也保持一致，并且正極不一定為氧化劑.高溫熔融鹽電池中不包含溶液，其電解質(zhì)為熔融狀態(tài).給出這幾個(gè)問(wèn)題是為了讓學(xué)生對(duì)原電池構(gòu)成的充要條件有更為深入的認(rèn)識(shí)，明確在原電池能夠出現(xiàn)電子轉(zhuǎn)移的情況只要能夠保證電子定向移動(dòng)且形成閉合電路即可，并保證其所發(fā)生的反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)，由此對(duì)之前的模型進(jìn)行修正，形成圖1所示的結(jié)構(gòu)，使得模型更為科學(xué).

3.解讀內(nèi)涵，完成模型應(yīng)用

科學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)的最終目的是作用于實(shí)際生活中，為達(dá)成這一目標(biāo)，在電化學(xué)模塊知識(shí)教學(xué)的過(guò)程中，教師要最終將所形成的模型引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用到實(shí)際生活中，建立起知識(shí)與實(shí)踐之間的橋梁，保證知識(shí)的應(yīng)用效果.

在將原電池模型構(gòu)建后，要保證應(yīng)用的效果，因此教師要通過(guò)與生活建立起聯(lián)系的方式，從而提升與應(yīng)用的效果.提出問(wèn)題：在制取氫氣的過(guò)程中，常用稀硫酸與鋅反應(yīng)制得，其中在選擇反應(yīng)物的過(guò)程中，常選擇含有鉛、銅等雜質(zhì)的粗鋅，那么請(qǐng)你說(shuō)一說(shuō)如此選擇的理由？學(xué)生聯(lián)想到要想制取氫氣需要保證反應(yīng)的速率和純度，雜質(zhì)并不與稀硫酸發(fā)生反應(yīng)，那么選擇粗鋅的理由是要將鋅與其他雜質(zhì)，在稀硫酸的環(huán)境下形成原電池，從而加快反應(yīng)的速率.追問(wèn)：那么同學(xué)們思考一下，在生活中你是否見(jiàn)過(guò)原電池的應(yīng)用？試著和其他同學(xué)分享一下.學(xué)生想到了生銹，由于水附著在鐵制器皿的表面，而且氧氣具有溶于水的性質(zhì)，因此鐵制器皿中的碳和鐵就在氧氣的環(huán)境中形成了原電池，加快了生銹的速率.通過(guò)與生活實(shí)際聯(lián)系，進(jìn)而提升對(duì)此門(mén)學(xué)科的學(xué)習(xí)積極性.

綜上所述，在高中化學(xué)電化學(xué)模塊的教學(xué)中要重視對(duì)證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)的培養(yǎng)，通過(guò)創(chuàng)建真實(shí)的實(shí)驗(yàn)或者生活情景，將學(xué)生帶入到模型認(rèn)知的環(huán)境中，使其初步對(duì)模型有所了解，明確本節(jié)課的研究重點(diǎn)，而后運(yùn)用問(wèn)題串設(shè)置、啟發(fā)式教學(xué)、小組探討交流等方法，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)所構(gòu)建的模型進(jìn)行論證和修正，最后運(yùn)用到實(shí)際生活中，提高模型認(rèn)知能力，促進(jìn)證據(jù)推理與模型認(rèn)知核心素養(yǎng)的提升.

參考文獻(xiàn)：

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[責(zé)任編輯：季春陽(yáng)]