基于宏微結(jié)合、模型認知核心素養(yǎng)探索高中化學課堂新路徑

劉美玲

(云南省曲靖市會澤縣實驗高級中學校 654200)

1 解讀：高中化學核心素養(yǎng)之宏微結(jié)合、模型認知

“宏觀辨識與微觀探析”要求學生從不同層次認識物質(zhì)多樣性，學生從元素、原子、分子水平認識物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、變化，建立“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”概念，才能真正應(yīng)用化學知識解決實際問題.而“證據(jù)推理與模型認知”，是學生解決化學問題的重要過程，基于在宏觀辨析與微觀探析中掌握的化學概念和實踐證據(jù)假設(shè)事物可能在結(jié)構(gòu)、組成、性質(zhì)方面發(fā)生的變化，隨后根據(jù)已知證據(jù)對假設(shè)展開推理驗證，討論觀點、證據(jù)與結(jié)論之間的邏輯關(guān)系，通過科學推理明確化學學科中事物變化的本質(zhì)特征與基本規(guī)律，學生發(fā)展“證據(jù)推理與模型認知”素養(yǎng)，為繼續(xù)通過證據(jù)推理和模型認知探究化學現(xiàn)象奠定基礎(chǔ)，有助于其“宏觀辨識與微觀探析”素養(yǎng)的進一步提升.

2 研析：宏微結(jié)合、模型認知視角下化學課堂

2.1 通過夯實宏微基礎(chǔ)積累模型認知證據(jù)

實現(xiàn)模型認知，學生首先需要掌握推理證據(jù)，而這一“證據(jù)”，需要在宏微結(jié)合的概念等學習中獲得，只有夯實了學生宏微結(jié)合的學習“證據(jù)”，才能促進其證據(jù)推理與模型認知的達成.

2.1.1 課堂宏微教學生活化

宏微結(jié)合下的高中化學課堂生活化教學，教師可以先將教材化學知識聯(lián)系生活實際，在生活實際中探尋與之存在相似特征的內(nèi)容，進而，通過形象比喻、文字類比等手段，讓宏觀辨識、微觀探析向生活化方向展開.這一由“教材理論化學習”到“遷移生活化學習”的轉(zhuǎn)變，較比傳統(tǒng)高中化學宏微結(jié)合方式更加符合學生心理和認知發(fā)展規(guī)律，能夠讓他們在微觀世界中更準確地發(fā)掘知識生長點，從而讓“宏微結(jié)合、模型認知”教學起到事半功倍的效果.

比如，人教版《化學反應(yīng)與能量》之“第二節(jié) 化學反應(yīng)的速率與限度”課堂教學，由淺入深從微觀原子反應(yīng)的視頻動畫抽象出有關(guān)的概念和原理，并通過宏觀表格數(shù)據(jù)為載體，從簡單到復(fù)雜，完成科學探究過程.在“生活”與“化學”間建立模型，也便提升了“宏微結(jié)合”與“模型認知”核心素養(yǎng)，增強了概念理解，夯實了深度推理、論證化學的基礎(chǔ).

再比如，在人教版“原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”課堂教學中，部分教師向?qū)W生講解“在原子核外相對有個很大的空間”這一原子核結(jié)構(gòu)特征，而“很大”，是個并不具體的表達方式，學生對“很大”的想象很難達成統(tǒng)一.此時，基于生活宏觀形象解釋化學原子核結(jié)構(gòu)特征，將“原子核外空間”比作海洋，將“原子核”比作海洋中的一條小魚，空間差異直接體現(xiàn)在學生腦海中，促進其對化學微觀原子的理解，也促進其模型建構(gòu)與認知發(fā)展.

2.1.2 課堂宏微教學情境化

情境化的課堂“宏微結(jié)合”教學不僅具有營造愉悅課堂氛圍的作用，還可以促進化學微觀知識的宏觀呈現(xiàn)，讓學生在直接的觀察中捕捉“證據(jù)”，促進其推理學習與模型建構(gòu)，使其認知能力在基于宏觀情境、指向微觀知識的證據(jù)推理中得到提升.因此，高中化學“宏微結(jié)合”與“模型認知”課堂教學新路徑，教師可以根據(jù)情境進行教學.并且，研讀“宏微結(jié)合”下的高中化學課堂教學要求，理解“通過觀察能辨識一定條件下物質(zhì)的形態(tài)及變化的宏觀現(xiàn)象”目標內(nèi)容，思索部分宏觀現(xiàn)象無法在課堂直接進行展示和闡述，教師也應(yīng)將情境應(yīng)用在課堂教學活動中，通過情境還原化學變化的宏觀現(xiàn)象.

比如，在人教版“離子反應(yīng)”課堂教學中，離子屬于微觀概念，離子反應(yīng)是微觀變化過程，但其反應(yīng)過程與影響可以在宏觀現(xiàn)象中體現(xiàn)，如H2SO4、NaOH、H2CO3等電解質(zhì)的電離現(xiàn)象.于是，教師在“離子反應(yīng)”課堂教學中，可以通過多媒體或希沃白板先播放與“電離”相關(guān)的化學反應(yīng)動畫，讓學生對動畫展開觀察，提取動畫中的化學反應(yīng)證據(jù).而后，使其對所獲得“證據(jù)”展開推理，通過“證據(jù)”解釋動畫中離子的反應(yīng)過程.學生根據(jù)情境宏觀現(xiàn)象說出離子的微觀反應(yīng)過程，在情境啟發(fā)和變化分析中構(gòu)建離子方程模型，“模型認知”與“宏微結(jié)合”核心素養(yǎng)得到發(fā)展.

2.2 通過建立化學模型促進宏微認知轉(zhuǎn)化

高中化學課程中，“宏微結(jié)合”與“模型認知”是相輔相成的兩部分，并且“模型認知”是聯(lián)系高中化學宏觀與微觀思維方式的重要橋梁.不僅基于宏觀與微觀結(jié)合的化學證據(jù)推理能夠促進學生知識模型的建立，基于模型建構(gòu)的化學分析也能促進學生對化學宏觀現(xiàn)象與微觀反應(yīng)的認識，加速其“宏微結(jié)合”核心素養(yǎng)的發(fā)展.所以，“宏微結(jié)合”融合“模型認知”的高中化學學習，學生其次需要參與到化學模型的建構(gòu)中，在模型建構(gòu)中轉(zhuǎn)化關(guān)于知識的宏觀、微觀認知.對此，實物教具具有簡單、便捷、規(guī)范的使用優(yōu)勢，自制材料具有激活學生創(chuàng)新思維和動手能力的功能，用來表征微粒的符號能夠?qū)⑽⒂^抽象知識形象化，三者均可被應(yīng)用起來.

2.2.1 建構(gòu)化學實物模型

在新課程改革環(huán)境下，高中化學課程憑借著科學內(nèi)涵在眾多學科之中占據(jù)重要地位，學校加大資金投入構(gòu)建更加符合現(xiàn)代化教育需要的高中化學教學環(huán)境，多種實物教具豐富了師生構(gòu)建模型的選擇，教師在課堂若能為學生提供足夠的實物教具，那么學生自然能夠靈活運用實物素材構(gòu)建化學模型，再通過模型理解、描述、解釋物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化，提升其微觀探析與宏觀辨識效率.

2.2.2 自制化學探究模型

每一次化學課堂學習都是高中生積累學習經(jīng)驗的過程，這提升了他們的思維邏輯水平，使其能夠在學習中做出一定創(chuàng)新，如自制化學探究模型.并且，該“自制”主要體現(xiàn)在兩個方面，即自制材料、自制模型建構(gòu)方案.就前者而言，教師引導(dǎo)學生運用生活中常見的材料如橡皮泥、牙簽等制作知識探究模型，既能夠降低課堂師生動手實踐難度，也可以降低學生微觀知識理解難度.就后者而言，自制實驗方案并根據(jù)實驗方案構(gòu)建化學模型，通過實驗?zāi)Ｐ屯评韺嶒炘怼⒎磻?yīng)過程和影響，學生思維得到更深層次的鍛煉，同樣能夠促進其“模型認知”與“宏微結(jié)合”核心素養(yǎng)的發(fā)展.但是由于自制材料與方案均易出現(xiàn)嚴謹性不足的問題，教師為更好地引導(dǎo)學生在自制化學探究模型中辨識、探析宏微觀知識，需加強對學生自制行為、自主思維的引導(dǎo)，充分發(fā)揮教師專業(yè)引導(dǎo)效用，提升學生模型構(gòu)建嚴謹性.

2.2.3 表征化學符號模型

化學式、化學方程式、電子式、原子結(jié)構(gòu)示意圖、電子排布式以及上文提及的結(jié)構(gòu)式，是高中化學中用來表征微粒的符號，也可用在模型建構(gòu)中.學生借助表征符號構(gòu)建化學模型，讓化學反應(yīng)、變化以稍顯形象的狀態(tài)，同樣有助其理解化學反應(yīng)內(nèi)涵，有助其宏觀辨識與微觀探析.因此基于“模型認知”與“宏微結(jié)合”相關(guān)性，教師可以利用化學表征符號建構(gòu)模型，并借此模型引導(dǎo)學生推理化學反應(yīng)原理與變化.

2.2.4 模型的構(gòu)建與檢驗

化學核心素養(yǎng)是學科化學對高中生的基本要求，宏觀辨識與微觀探析與化學核心概念所具有的構(gòu)建性具有相互促進的作用.宏觀視野、微觀分析和符號表征能力是高中生所應(yīng)具備的化學核心素養(yǎng)重要要素之一.綜上所述，在對學生建模假設(shè)進行引導(dǎo)建設(shè)后，教師應(yīng)進一步加強培育力度，督促學生順利完成知識的遷移，促使模型認知思維體系能夠得到進一步完善.通過這樣的方式，能夠使思維模式的檢驗得到有效強化，幫助學生開辟出問題解決的更多途徑.

以人教版高二化學選擇性必修2《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》“分子結(jié)構(gòu)與物質(zhì)的性質(zhì)”為例，在本課學習中，學生利用摩擦帶電玻璃棒接近水流，在實驗中發(fā)現(xiàn)水流方向有所改變，從宏觀角度分析論證了“水是極性分子”這一基本原理.接下來，同樣為論證四氧化碳的分子構(gòu)造，教師可帶領(lǐng)大家共同構(gòu)建模型，并對所構(gòu)建的模型進行實踐檢驗，由極性分子構(gòu)成的物質(zhì)易溶于極性溶劑中，這樣的溶劑反應(yīng)也被稱為“相似相溶規(guī)則”.在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學生從微觀角度分析這一現(xiàn)象，促使大家思考該如何分析分子有無極性.教師可利用化學式的兩種異構(gòu)體導(dǎo)入,從宏觀角度觀察分子電荷分布的不均勻，這樣的分子被稱作極性分子.極性鍵結(jié)合的多原子視分子空間結(jié)構(gòu)情況而定.為促使學生的思維能力實現(xiàn)發(fā)展，教師也可拋出問題，鼓勵大家觀察順式反式結(jié)構(gòu)，判斷哪一種在水中的溶解度最大.通過這樣的方式能夠幫助學生深刻理解分子空間構(gòu)型與物質(zhì)性質(zhì)的關(guān)系，進一步落實學生化學核心素養(yǎng)的培育.

2.3 通過建構(gòu)思維模型發(fā)展宏微認知素養(yǎng)

高中化學“模型認知”素養(yǎng)視角下的模型建構(gòu)，不僅包括以化學實驗、應(yīng)用、符號等為主的知識模型，還包括指向深層思維的思維模型，學生最后應(yīng)在思維模型的建構(gòu)中推理解決實際問題的基本方法，將所積累“證據(jù)”加以運用，讓微觀知識在宏觀的社會實踐環(huán)境中發(fā)揮作用，以此提升“模型認知”思維水平，同時加深“宏微結(jié)合”思維認知，從而顯著增強核心素養(yǎng)的融合發(fā)展效果.而從基于最近發(fā)展區(qū)的問題設(shè)計，到難度層次遞進的問題提出，均有促進學生深度思考之作用，可以鍛煉其深層思維.因此教師在高中化學“宏微結(jié)合”與“模型認知”核心素養(yǎng)為主導(dǎo)的課堂上，需優(yōu)化問題互動環(huán)節(jié).

在高中化學課堂教學中通過宏微結(jié)合與模型認知的融合培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)，是立德樹人教育背景下高中化學課堂教學的必然選擇，是素養(yǎng)為本教學視角下高中化學培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的必然趨勢.