基于模型構(gòu)建的高中化學教學探究

摘 要：高中化學知識點多，內(nèi)容繁雜，學生往往難以形成有效的學科知識體系。為了解決以上問題和有效培養(yǎng)學生的學科核心素養(yǎng)，作者基于模型構(gòu)建進行教學研究，在了解模型構(gòu)建的內(nèi)涵與功能基礎(chǔ)上，提出了物理模型構(gòu)建、概念模型構(gòu)建和數(shù)學模型構(gòu)建這三個教學策略。

關(guān)鍵詞：模型構(gòu)建;高中化學;教學探究

中圖分類號：G427? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：2095-9192（2022）09-0041-03

引? 言

在化學學科核心素養(yǎng)中，模型認知是非常重要的內(nèi)容，是化學學科思想與方法的重要組成部分，也是使學生從具體認知轉(zhuǎn)變?yōu)槌橄笳J知、從感性思維轉(zhuǎn)變?yōu)槔硇运季S的重要手段。作為發(fā)展學生學科核心素養(yǎng)的主要陣地，在高中化學課堂教學中如何進行教學設(shè)計，直接影響到核心素養(yǎng)的落實程度，也直接影響著教學效果。因此，在實際教學中，教師需要轉(zhuǎn)變自身的教學理念，把培養(yǎng)學生的模型認知作為重要的教學目標。基于模型構(gòu)建，教師在傳授化學知識和技能的同時，能切實提高學生的化學學習興趣與自信心，提升學生的思維品質(zhì)，有效發(fā)展學生的學科核心素養(yǎng)。

一、模型構(gòu)建的內(nèi)涵與功能

（一）模型構(gòu)建的內(nèi)涵

模型構(gòu)建在不同領(lǐng)域中的定義存在一定差異。簡單來講，“模型”就是以科學分析為基礎(chǔ)，突出事物的主要特征，省略其非本質(zhì)特性的一種簡單化、標準化的描述。學生在教師的引領(lǐng)下經(jīng)歷“文本解讀→原型提煉→模型創(chuàng)建”的這個過程，稱之為“模型構(gòu)建”[1]。模型構(gòu)建的對象既可以是具體的實物，也可以是抽象的概念。

（二）模型構(gòu)建的功能

模型構(gòu)建實際上就是對模型進行建構(gòu)的過程，屬于一種高效的學科思維方法，也是學生系統(tǒng)掌握知識及相關(guān)解題策略的重要學習工具。構(gòu)建教學具有把教材中煩瑣的語言進行簡化描述，轉(zhuǎn)化成符號、圖表等模型化語言的功能，不僅可以將一些抽象結(jié)構(gòu)利用實物進行模型假想，達到對其內(nèi)在結(jié)構(gòu)特點進行形象解釋的功能，還可以借助已經(jīng)構(gòu)建的模型，利用遷移、對比、推理等方式，檢驗構(gòu)建的模型是否具有合理的遷移推理應用功能。構(gòu)建的模型屬于一種直觀的教學手段。通過對模型進行研究，學生可以加深對知識的理解與掌握，激發(fā)學習興趣與自信心，提高學習效率，有效提升分析和解決問題的能力。

二、在高中化學課堂中應用模型構(gòu)建的重要性

高中化學知識點多，內(nèi)容繁雜，知識體系比較散亂，實際化學問題的解決也需要多種方法與策略。教師通過模型構(gòu)建，能有效分解化學原理型知識模塊，更加直觀、清晰地講解知識點，幫助學生更好地對知識進行加工并應用于解題中[2]。無論是在概念教學中，還是在理論規(guī)律教學中，抑或是在化學反應教學中，樹立模型構(gòu)建思想，把復雜的化學知識變得具有層次化和模式化，更易于學生對化學知識的理解、掌握與應用。教師在高中化學教學中應用模型構(gòu)建，不僅可以幫助學生梳理化學知識，使其通過構(gòu)建模型理解化學知識，形成多樣性、全面性的認識，還可以使其通過構(gòu)建模型解決化學問題，提高解題的規(guī)范性和準確性。

三、基于模型構(gòu)建的化學教學策略

（一）構(gòu)建物理模型，培養(yǎng)學生的“宏微結(jié)合”思維

物理模型可以分為實物物理模型和虛擬物理模型。在高中化學教學的應用中，前者主要是指利用實物或者畫圖，直觀表達出所要描述的對象;后者是在對前者形成概念性認知的基礎(chǔ)上，進一步虛（模）擬出新化學物質(zhì)的微觀（抽象）空間結(jié)構(gòu)，甚至預測其具有某些性質(zhì)的能力。教師在引導學生構(gòu)建物理模型開展教學活動時，需要注重教學內(nèi)容和素材的選擇，可以讓學生利用身邊常見的材料，直接展示實物物理模型或動手搭建形象卻表示微觀（抽象）空間結(jié)構(gòu)的虛擬物理模型。學生通過親手搭建宏觀模型，既能加深對相關(guān)知識的理解，又能拓展對化學物質(zhì)的想象空間，豐富自身的學習體驗，從而有效提升對化學物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)認識。物理模型構(gòu)建的過程不僅可以幫助學生更加深入地理解化學知識，還可以有效提升學生的動手操作能力，并引導學生預測物質(zhì)的性質(zhì)，提升學生的學科思維水平，發(fā)展學生的化學學科核心素養(yǎng)。

以“有機化合物的結(jié)構(gòu)”為例，判斷有機物的空間結(jié)構(gòu)要求學生具有較強的想象力，而利用文字描述平面模型，無法幫助學生創(chuàng)建對有機物空間結(jié)構(gòu)的認識。因此，在教學過程中，教師可以引導學生進行物理模型構(gòu)建，通過手工制作的方式，對有機物的分子結(jié)構(gòu)進行構(gòu)建模擬。這不僅可以為課堂增添生動氣息，還可以促使學生更加深入地理解有機物分子結(jié)構(gòu)。例如，在講解“乙烷、乙烯和乙炔的空間結(jié)構(gòu)比較”時，教師可以指導學生利用球棍制作實物模型，在實物模型的構(gòu)建中，促使學生意識到乙烷的空間性、乙烯的平面性和乙炔的直線性，從而掌握烷、烯、炔烴的空間結(jié)構(gòu)特點，初步形成構(gòu)建虛擬模型的能力。然后，教師可以要求學生在紙上畫出較為復雜的有機物，如丙烯的空間結(jié)構(gòu)，進一步鍛煉學生的模型構(gòu)建能力，增強學生對有機物的模型認知能力。

在選修模塊“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”有關(guān)晶體晶胞的教學中，教師僅用教材中的晶胞平面圖片及相關(guān)的文字描述，無法幫助學生迅速認識晶胞中微粒的配位數(shù)、微粒連成的多面體的空間構(gòu)型及特定微粒所在的坐標參數(shù)等。因此，在晶胞結(jié)構(gòu)的教學過程中，教師需引導學生通過用球棍制作晶胞模型等手工制作方式進行物理模型構(gòu)建，再通過小組合作探究，將多個晶胞拼接堆積成晶體。在這種實物模型的構(gòu)建中，經(jīng)過教師的點撥，學生自然可以掌握晶胞中微粒的配位數(shù)、相關(guān)微粒連成的四面體或八面體及晶體內(nèi)特定微粒所在的坐標參數(shù)等知識，同時培養(yǎng)空間想象力，豐富自身的感官體驗，有效加深對化學物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的認識。

（二）構(gòu)建概念模型，提升學生的知識歸納能力

概念模型主要是指利用文字、符號、表格等元素，構(gòu)建流程圖或思維導圖，進而描述和展示所要表達的事物規(guī)律，具有簡潔化、直觀化的特點。在實際教學中，教師利用概念模型，能夠使學生清楚了解化學知識的形成過程，促使學生對化學知識的基本原理和研究方法進行深入探索，提升自身對知識的歸納總結(jié)能力，從而獲得學習能力的進一步提升。雖然高中化學知識點零散，但是化學知識之間具有明確的種屬關(guān)系。教師如果沒有明確知識點之間的邏輯性與關(guān)聯(lián)性，就無法有效提高學生的學習質(zhì)量。因此，在認識模型階段，教師可以通過構(gòu)建思維導圖，使冗雜的化學知識呈現(xiàn)出簡明概要的相互聯(lián)系，以便于學生掌握[3]。在完成課堂教學后，教師可以引導學生構(gòu)建概念模型，總結(jié)歸納知識點，構(gòu)建完整的知識結(jié)構(gòu)圖，幫助學生形成完整的知識體系，提升學生的學習品質(zhì)。

例如，以“化學反應原理”為例，為了實現(xiàn)幾種平衡體系系統(tǒng)化的教學，教師可以引導學生構(gòu)建概念模型，設(shè)計關(guān)于化學平衡體系的思維導圖（如圖1），明確幾種平衡體系之間的相互聯(lián)系，使其通過思維導圖充分了解平衡的概念，理解平衡移動的影響因素，掌握平衡常數(shù)的表達式等，從而系統(tǒng)地掌握相關(guān)知識，構(gòu)建一個完整的高中化學平衡體系。

又如，在選修模塊“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”關(guān)于微粒間作用力的教學中，為了讓學生能精準掌握幾種微粒間作用力的概念、表征、判斷及應用，教師可以引導學生構(gòu)建概念模型，設(shè)計相關(guān)知識體系的思維導圖（圖2），引導學生全面理解幾種作用力之間的區(qū)別與聯(lián)系，掌握常用的微粒間作用力的表征，并能利用相關(guān)信息要素準確判斷各種作用力的存在，預測物質(zhì)的性質(zhì)，從而準確掌握解決相關(guān)類型題的思維模式。

（三）構(gòu)建數(shù)學模型，協(xié)助學生突破數(shù)形結(jié)合瓶頸

數(shù)學模型主要是利用數(shù)字符號（包括坐標、數(shù)軸、數(shù)式等）創(chuàng)建的數(shù)學結(jié)構(gòu)表達式。在高中化學教學中，教師利用的數(shù)學模型主要有以下兩種類型，其一為數(shù)式模型，其二為圖形模型。在高中化學教學中，教師要善于引導學生構(gòu)建數(shù)學模型，運用數(shù)學工具分析化學問題，提升學生對圖形的辨識能力及對圖文之間的信息轉(zhuǎn)換能力，協(xié)助學生突破數(shù)形結(jié)合的瓶頸。

例如，在講解“化學反應的方向”相關(guān)知識點時，教師可以引導學生利用數(shù)式模型，對化學反應是否可以自發(fā)進行分析，通過吉布斯等溫方程式△G=△H-T△S這一數(shù)式模型，促使學生更加深入地掌握反應自發(fā)性的知識。又如，在“放熱反應與吸熱反應”教學中，教師可以引導學生利用圖形模型進行學習，對能量變化圖進行構(gòu)建，圖中需包括放熱反應、吸熱反應中所要掌握的知識點。這樣，學生在遇到該類問題后，便可以在腦海中構(gòu)建該類圖形模型，進而提升解題能力。

在“鹽類水解”的教學中，教師可以引導學生構(gòu)建數(shù)學圖形模型，從定量的角度分析鹽類水解的本質(zhì)特點。教師可以引導學生畫出常溫下pH約為5的0.1mol/L的NH4Cl溶液在水解前后溶液中存在的微粒種類及其濃度相對大小的柱形圖，幫助學生分析鹽類水解過程的微觀變化，從而加深對鹽類水解程度知識的理解。此外，教師還可以借助圖形幫助學生理解鹽類水解的本質(zhì)，掌握鹽類水解的符號表征，使學生更加熟練地應用相關(guān)知識體系來解題。

（四）構(gòu)建程序模型，消除學生解題思路的障礙

在化學教學過程中構(gòu)建程序模型，是指在解答綜合性的化學問題時，將大問題分解成幾個簡單的、基礎(chǔ)的問題或步驟。教師可以引導學生通過對簡單問題的解答或?qū)A(chǔ)步驟的處理，使其順利地解答整個問題。

例如，在講解“新型化學電源電極反應式的書寫”時，教師可將電極反應式的書寫分解成三個步驟：（1）根據(jù)題目提供的信息分別找出發(fā)生氧化反應和還原反應的反應物和生成物，初步寫出電極反應式;（2）結(jié)合電解質(zhì)溶液的酸堿性配平電極反應式;（3）檢查電極反應式的原子守恒和電荷守恒。學生在處理分解步驟的過程中，自然而然地可以使新型電池的“神秘感”消失，從而達到化繁為簡、解決問題的目的。又如，在講解“有關(guān)難溶電解質(zhì)的沉淀溶解平衡圖像題”時，教師可將對圖形的分析大致分解成下列幾個問題：（1）橫、縱坐標的含義是什么？（2）曲線的含義是什么？（3）題干中所指的點處于什么狀態(tài)？（4）特定的點移動到某曲線上需要改變什么條件或發(fā)生什么變化？在解答這些問題的過程中，學生就會加深對題目的理解和對圖形的認識，從而明確解題的切入點，找到正確的解題方法。故而，在類似的高中化學習題教學中，教師要善于引導學生構(gòu)建程序模型，從而降低問題的難度，消除學生解題思路的障礙，提升學生的綜合解題能力，在增強學生自信心的同時，促進學生證據(jù)推理和模型認知素養(yǎng)的發(fā)展。

結(jié)? 語

總之，由于受多種因素影響，高中化學教學還存在一些問題，嚴重影響學生的學習效果，而學科核心素養(yǎng)的提出正是教學改革的契機。因此，在實際工作中，教師要打破傳統(tǒng)教學模式的束縛，把模型構(gòu)建作為基礎(chǔ)，結(jié)合學生的實際情況，利用多樣化的教學手段，開展化學教學活動，從根本上提升學生的綜合素養(yǎng)，促進學生全面發(fā)展。

[參考文獻]

[1]李靈敏.基于模型認知與構(gòu)建的高中化學教學策略[J].化學教與學，2020（01）：18-20，13.

[2]方華.例談化學模型構(gòu)建的常見模式[J].中小學教學研究，2021（01）：28.

[3]劉桂清.高中化學教學中構(gòu)建“模型認知”能力的研究[J].新課程（中學），2019（09）：202.

作者簡介：林妹英（1975.8-），女，福建莆田人，任教于福建省莆田第六中學，中學一級教師，本科學歷。