培養(yǎng)學(xué)生“模型認(rèn)知”素養(yǎng)的教材分析研究

摘 要：通過分析教材，尋找人教版教材必修一、必修二中關(guān)于“模型”的內(nèi)容，對“模型”進(jìn)行分類和功能分析，并進(jìn)行認(rèn)知模型的功能實效性預(yù)測.在此基礎(chǔ)上，改進(jìn)原有認(rèn)知模型，構(gòu)建高階認(rèn)知模型，制定出教學(xué)策略，設(shè)計新的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式，以此來提升教學(xué)質(zhì)量，發(fā)展學(xué)生的素養(yǎng)水平.

關(guān)鍵詞：認(rèn)知模型；模型構(gòu)建；教材分析；高中化學(xué)

中圖分類號：G632"" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A"" 文章編號：1008-0333（2023）03-0125-03

1 研究內(nèi)容

1.1 化學(xué)教材中涵蓋的“模型”類型分析化學(xué)建模思想是指在解決化學(xué)問題時，為了揭示事物的本質(zhì)以及研究的方便，用化學(xué)語言和方法，從復(fù)雜的問題、條件和現(xiàn)象中經(jīng)過簡化抽象得出化學(xué)模型的過程.通過分析人教版化學(xué)教材中各章節(jié)內(nèi)容的呈現(xiàn)新式，挖掘出教材編寫者所運(yùn)用的模型思想，并對模型的形式進(jìn)行了分類，分為圖表模型、數(shù)學(xué)模型、結(jié)構(gòu)模型、規(guī)律模型等類別，各章節(jié)所包含模型類別見表1.

1.2 教材中化學(xué)模型的功能價值

圖表模型主要包括圖片與表格兩種方式.化學(xué)教材中含有大量的圖片內(nèi)容，它們的作用主要是直觀展示化學(xué)儀器、物質(zhì)形態(tài)、實驗裝置、操作步驟、特殊現(xiàn)象、變化過程、工業(yè)生產(chǎn)、生活應(yīng)用等.表格內(nèi)容主要存在于教材內(nèi)容的資料卡片、實驗探究、實踐活動、科學(xué)視野、課后歸納總結(jié)中，其作用主要包括：列舉關(guān)鍵數(shù)據(jù)，給出關(guān)鍵性質(zhì)，記錄實驗過程（包含實驗步驟、現(xiàn)象、結(jié)論、反應(yīng)方程式等），進(jìn)行實驗對照，歸納總結(jié)知識等.這種對知識的呈現(xiàn)方式，能夠激發(fā)學(xué)習(xí)者產(chǎn)生本學(xué)科的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)習(xí)者快速獲取有效信息，掌握關(guān)鍵技能，形成學(xué)科邏輯思維.

數(shù)學(xué)模型主要集中在《化學(xué)計量在實驗中的應(yīng)用》這一章節(jié)，圍繞“物質(zhì)的量”給出的幾個計算公式，以及由此衍生的一系列化學(xué)計算方式，充分凸顯了“物質(zhì)的量”是宏觀聯(lián)系微觀的“橋梁”，也彰顯了“物質(zhì)的量”在化學(xué)計算的重要作用.化學(xué)作為理科的重要組成學(xué)科，學(xué)習(xí)、應(yīng)用和應(yīng)試考查之中均包含了大量的數(shù)學(xué)計算，要求學(xué)習(xí)者具有較強(qiáng)的運(yùn)算能力，數(shù)學(xué)公式模型將幫助學(xué)生提升運(yùn)算能力，加深對概念的理解.

結(jié)構(gòu)模型在教材中按照原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)、物質(zhì)結(jié)構(gòu)的順序發(fā)展，包含元素周期表、原子結(jié)構(gòu)示意圖、化學(xué)式、電子式、結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)簡式、鍵線式、空間構(gòu)型、球棍模型、比例模型等內(nèi)容，從微觀和宏觀兩個層面揭示了化學(xué)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，給學(xué)習(xí)者建立起“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途，性質(zhì)反映結(jié)構(gòu)”的化學(xué)觀念.

規(guī)律模型主要包含物質(zhì)的類別、性質(zhì)、化學(xué)概念、反應(yīng)類型、反應(yīng)原理、認(rèn)知方式、思維方法和正確觀念等.例如氧化還原反應(yīng)原理、元素周期律、原電池反應(yīng)原理、化學(xué)平衡等內(nèi)容的學(xué)習(xí)，都采用規(guī)律模型的方式呈現(xiàn)和總結(jié)，對于認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)具有促進(jìn)作用.

2 研究成果與教學(xué)策略分析

2.1 現(xiàn)有模型結(jié)構(gòu)下的教學(xué)效果評測

通過分析研究教材中模型構(gòu)建的類型與特點，不難發(fā)現(xiàn)，這些模型對應(yīng)的知識難度是比較簡單的，對學(xué)生的能力要求也是相對比較容易的.換言之，在教師的引導(dǎo)下，按部就班地完成教學(xué)任務(wù)，可以很容易促進(jìn)學(xué)生掌握基本知識和技能，實現(xiàn)學(xué)生A、B層次能力（見表2）的發(fā)展，但是，在素養(yǎng)導(dǎo)向和能力探查的現(xiàn)行高考體制下，以及未來社會對人才高標(biāo)準(zhǔn)選擇的競爭壓力趨勢下，對學(xué)生素養(yǎng)和能力的培養(yǎng)要提高標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)法促進(jìn)學(xué)生C層次水平能力的發(fā)展.

2.2 高階認(rèn)知模型的構(gòu)建與教學(xué)策略分析

2.2.1 以“元素化合物”板塊教學(xué)為例，要對原有課本中各章節(jié)的零散知識分布進(jìn)行系統(tǒng)整合

高度抽象出認(rèn)識對象、化學(xué)問題、能力任務(wù)、認(rèn)識角度等重要的認(rèn)識變量，加深學(xué)生對知識內(nèi)容的系統(tǒng)歸納和高階認(rèn)識，如圖1所示.

2.2.2 以“原電池工作”原理的認(rèn)知，可以將其從課本中的圖表模型（如圖2所示），深度融入電化學(xué)反應(yīng)原理的多重認(rèn)知角度，整合為高階認(rèn)知模型（如圖3所示），方便學(xué)生從根本上認(rèn)識原電池工作的基本原理，有利于學(xué)生建構(gòu)解決電化學(xué)問題的基本思維模型.

2.2.3 價類二維圖是元素化合物教學(xué)中幫助學(xué)生建構(gòu)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)式思維方式最常見的工具，其橫坐標(biāo)是物質(zhì)類別，縱坐標(biāo)是元素化合價.以“元素及其化合物的轉(zhuǎn)化”為內(nèi)容構(gòu)建的模型——價類二維圖，可以加深學(xué)生對于物質(zhì)類別、物質(zhì)轉(zhuǎn)化、氧化還原反應(yīng)等知識的認(rèn)識，大力促進(jìn)能力水平的發(fā)展.例如，價類二維圖在元素化合物教學(xué)“氮及其重要化合物”中的作用，

以氮元素為例，可以將所有含氮化合物按照物質(zhì)類別和氮元素化合價放入價類二維圖中，教師在授課環(huán)節(jié)可以讓學(xué)生自主完成價類二維圖，再進(jìn)行補(bǔ)充.價類二維圖在元素化合物教學(xué)中主要的功能是從物質(zhì)類別和元素化合價角度預(yù)測陌生物質(zhì)的性質(zhì)及物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化，幫助學(xué)生建立認(rèn)識物質(zhì)的角度.本節(jié)課需要完成的知識目標(biāo)是一氧化氮和二氧化氮，教師可以從驚蟄過后開始播種這樣的生活情境引入課堂，并逐步引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到在放電條件下氮氣和氧氣結(jié)合生成了一氧化氮.在二氧化氮溶于水的產(chǎn)物判斷時用到了價類二維圖，首先通過學(xué)生實驗讓學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象，再讓學(xué)生結(jié)合價類二維圖預(yù)測產(chǎn)物.這樣教學(xué)的優(yōu)勢在于一方面讓學(xué)生對含氮元素化合物有了全面系統(tǒng)的認(rèn)識，另一方面培養(yǎng)學(xué)生預(yù)測陌生物質(zhì)性質(zhì)的能力，落實了化學(xué)學(xué)科思維方法.

2.3 基于發(fā)展“模型認(rèn)知”素養(yǎng)的實驗教學(xué)實例，如有機(jī)實驗教學(xué)：搭建常見有機(jī)物分子球棍模型

2.3.1 實驗?zāi)康?/p>

在有機(jī)物的學(xué)習(xí)和研究之中，對于有機(jī)物分子的結(jié)構(gòu)了解是研究其性質(zhì)的基礎(chǔ)，因為大部分有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)空間構(gòu)型復(fù)雜，學(xué)生理解起來比較抽象，成為學(xué)習(xí)中的障礙.而借助球棍模型的搭建，可以讓學(xué)生更加具象地認(rèn)識有機(jī)物的結(jié)構(gòu).學(xué)生通過搭建一系列有機(jī)物分子的實物模型，觀察原子間連接的順序，識別結(jié)構(gòu)中的官能團(tuán)，分析化學(xué)鍵的特點，建立起對有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)的深刻認(rèn)識.

2.3.2 實驗儀器

環(huán)保型中學(xué)有機(jī)球棍模型套裝（26套），橡皮泥30袋，牙簽（木小棍）26盒.

2.3.3. 實驗要求

2.3.3.1 進(jìn)入實驗室禁止大聲喧嘩，服從實驗老師安排；愛護(hù)公物，嚴(yán)禁私自把實驗用具帶出實驗室；兩位同學(xué)分為一個小組；注意實驗安全.

2.3.3.2 按照要求、分小組完成以下分子結(jié)構(gòu)模型的制作，注意觀察各物質(zhì)的成鍵方式，觀察原子的空間分布情況.

2.3.3.3 每個小組派出一名代表分享本小組分子模型制作的過程，展示成果.

2.3.4 實驗步驟及任務(wù)（見表3）

參考文獻(xiàn)：

［1］ 盧勝彬.高中化學(xué)建模教學(xué)的研究［D］. 桂林：廣西師范大學(xué)， 2015.

［2］ 張美芳.建模思想在高中化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用［D］.蘇州：蘇州大學(xué)，2015.

［3］ 朱心奇.建模思想與解決化學(xué)問題能力的培養(yǎng)［J］.化學(xué)教育，2005（05）：31-33.

［責(zé)任編輯：季春陽］

收稿日期：2022-10-25

作者簡介：高曉彤（1993.2-），女，甘肅省莊浪人，本科，中學(xué)二級教師，從事高中化學(xué)教學(xué)研究；

李德高（1992.6-），男，甘肅省隴南人，本科，中學(xué)一級教師，從事高中化學(xué)教學(xué)研究.