模型在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用研究*

王 靚，衛(wèi)艷新，江樂霄

(1.合肥師范學(xué)院，安徽 合肥 230601；2.合肥市第四十六中學(xué)，安徽 合肥 230022)

模型在中學(xué)理科課程教學(xué)中一直都有很重要的作用。通過建構(gòu)模型進行教學(xué)，可以提高學(xué)生對學(xué)科知識的理解水平，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和學(xué)習(xí)能力。高中化學(xué)新課標準也明確提出要培養(yǎng)學(xué)生的模型認知能力，而且通過對中學(xué)化學(xué)教材內(nèi)容的研究，可以發(fā)現(xiàn)化學(xué)教學(xué)很大程度上就是化學(xué)模型的教學(xué)?？梢?，運用模型是學(xué)好化學(xué)的關(guān)鍵之一。

1 模型的含義及分類

模型就是以研究對象原型的各項認知特征為樣本，利用想象、類比等方法，建構(gòu)出來的、能夠集中反映客體本質(zhì)特征的概念或原理[1]。模型，作為將實際事物與科學(xué)理論聯(lián)系在一起的載體，具有三種功能：可以讓抽象的事物變具體；可以使復(fù)雜的問題簡單化；可以為現(xiàn)象的科學(xué)解釋和預(yù)測提供依據(jù)[2]。而化學(xué)模型，作為重要的科學(xué)模型之一，是人們在認識和利用事物的過程中所體現(xiàn)的具有化學(xué)學(xué)科特點的具體或抽象的表征[3]，是學(xué)生學(xué)好化學(xué)的重要方法之一。

在教學(xué)中運用模型，可以提高學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)水平，培養(yǎng)學(xué)生運用科學(xué)方法解決問題的能力。但是，模型的種類繁多，需要對其進行分類，以區(qū)分不同模型的用途和作用。目前中學(xué)階段的模型主要分為：思想模型、物質(zhì)模型、數(shù)學(xué)模型[4]。思想模型是根據(jù)原型的主要矛盾和特性，在人腦中形成的一種抽象的理想客體，是對事物的一種形象模擬；物質(zhì)模型是通過放大或縮小原型的尺寸，并對結(jié)構(gòu)進行精簡和抽象來實現(xiàn)對原型的模擬；數(shù)學(xué)模型則是采用特定的數(shù)學(xué)語言、字母、圖形等，進行組合，以此來展現(xiàn)事物的組成和變化規(guī)律的模型。建構(gòu)主義認為，對于學(xué)習(xí)者來說，有意義學(xué)習(xí)的最有效策略之一就是學(xué)習(xí)者將自己所學(xué)的知識進行模型建構(gòu)，這將有助于他們更加透徹的理解知識的本質(zhì)和內(nèi)在的變化規(guī)律，提高解決問題的能力[5]。

2 模型在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

為了進一步促進學(xué)生認識的發(fā)展，提高學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，教師需要在日常教學(xué)中注重模型的應(yīng)用[2]。運用模型進行教學(xué)的關(guān)鍵就在于要結(jié)合具體的教學(xué)內(nèi)容選擇合適的模型，充分發(fā)揮出模型的教育價值。

2.1 運用思想模型構(gòu)建知識框架

思想模型，簡單的來說，就是通過文字來抽象概括出認識對象的本質(zhì)特征，是一種展現(xiàn)知識內(nèi)在聯(lián)系的模型。常見的化學(xué)概念圖就是典型的思想模型之一。例如，在教學(xué)物質(zhì)的量這一課時所涉及的物理量較多，學(xué)生可能會對相關(guān)的物理量之間的關(guān)系產(chǎn)生混淆或者遺忘，這時教師就可以引導(dǎo)學(xué)生以“物質(zhì)的量”為橋梁，構(gòu)建出宏觀物質(zhì)與微觀粒子之間的思想模型，形成知識框架，讓學(xué)生明確了解物質(zhì)的質(zhì)量(m)、氣體的體積(V)、溶液的物質(zhì)的量濃度(c)，以及粒子數(shù)(N)與物質(zhì)的量(n)之間的關(guān)系，然后再根據(jù)所建構(gòu)的思想模型進行物質(zhì)的量的相關(guān)題型的練習(xí)，這樣學(xué)生就可以充分理解和掌握該知識點。另外，思想模型在化學(xué)專題的復(fù)習(xí)中也有很大的作用，老師可以讓學(xué)生把整個專題的重要內(nèi)容總結(jié)提煉出來，然后引導(dǎo)他們自己去建構(gòu)一個專題的思想模型。在這個過程中，學(xué)生可以更加直觀地了解整個專題的主要學(xué)習(xí)內(nèi)容，有重點的進行復(fù)習(xí)鞏固，讓整個專題的復(fù)習(xí)更加高效。

2.2 運用物質(zhì)模型表達抽象概念

物質(zhì)模型是以實物和圖畫的形式呈現(xiàn)知識點，形象、直觀的呈現(xiàn)出抽象意義，以趣味方式引起學(xué)生的注意力和探究欲望，從而讓學(xué)生收到更好的學(xué)習(xí)效果。中學(xué)化學(xué)中比較典型的物質(zhì)模型有分子的球棍模型和比例模型、實驗裝置圖、生產(chǎn)設(shè)備模型等。

以甲烷的教學(xué)為例，作為中學(xué)階段學(xué)習(xí)的重要有機化合物之一，許多學(xué)生都知道甲烷是正四面體結(jié)構(gòu)。但是對于這個知識點的變式卻不能掌握，不能理解取代反應(yīng)中的舊鍵的斷裂和新鍵的形成，對于這些知識多采用死記硬背的方式，所以幫助學(xué)生建構(gòu)甲烷的物質(zhì)模型是十分重要的。在進行教學(xué)時，可以首先介紹甲烷的分子組成和結(jié)構(gòu)，然后再向?qū)W生展示甲烷分子的球棍模型和比例模型，同時提出“為什么甲烷是正四面體結(jié)構(gòu)而不是其他的結(jié)構(gòu)”這一問題讓學(xué)生進行思考，并利用四個氣球的動態(tài)演示實驗來解釋正四面體結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定這一特性。在此基礎(chǔ)上，再讓學(xué)生自己動手對甲烷和氯氣的分子模型進行拆分和組合，以此來理解取代反應(yīng)的實質(zhì)。在這一教學(xué)過程中，物質(zhì)模型的運用使甲烷抽象的分子結(jié)構(gòu)具體化，并幫助學(xué)生形成了正確的化學(xué)概念。

在日常的教學(xué)中，教師還可以和學(xué)生一起動手去制作物質(zhì)模型。比如，使用彩泥、小木條、塑料瓶等等一些可利用的材料來制作物質(zhì)模型。學(xué)生在親自動手制作物質(zhì)模型的過程中不僅會對所要學(xué)習(xí)的抽象知識有更加深刻的理解，同時也有助于培養(yǎng)了他們的動手操作能力。

2.3 運用數(shù)學(xué)模型解決化學(xué)問題

數(shù)學(xué)模型是一種運用數(shù)學(xué)語言或數(shù)學(xué)方法去呈現(xiàn)問題的模型。許多復(fù)雜的化學(xué)問題都可以通過建構(gòu)數(shù)學(xué)模型去解決。中學(xué)化學(xué)中常見的數(shù)學(xué)模型有化學(xué)方程式、元素符號、數(shù)表圖等。在初中化學(xué)的學(xué)習(xí)中，數(shù)軸是一種比較常見的數(shù)學(xué)模型，但往往也是會被人們忽視的一種模型。在數(shù)軸上可以顯示出一個化學(xué)變化過程由大到小，或者由小到大的一個對應(yīng)關(guān)系，很方便學(xué)生的理解記憶。例如，稀溶液酸堿性的強弱，常用溶液的酸堿度來衡量，表示為溶液的pH。但由于不同溶液的pH數(shù)值是不一樣的，直接記憶學(xué)生可能會產(chǎn)生差錯，這時候老師就可以建構(gòu)一個數(shù)軸模型來表示不同溶液的pH，這樣常見溶液的酸堿度就可以十分清楚的展現(xiàn)出來，有助于學(xué)生的記憶與運用。另外，數(shù)軸也可以用來表示金屬活動性順序和溶解度，對于九年級的學(xué)生來說，簡單的數(shù)軸圖就可以幫助他們解決許多復(fù)雜的化學(xué)問題，幫助學(xué)生樹立了學(xué)習(xí)化學(xué)的信心。

在化學(xué)的學(xué)習(xí)中，還有許多應(yīng)用到數(shù)學(xué)模型的地方，如用集合展示四大基本反應(yīng)之間的關(guān)系；用直角坐標系表示吸放熱反應(yīng)的原理以及經(jīng)典的理想氣體的狀態(tài)方程等等；都是數(shù)學(xué)模型在化學(xué)中運用的典例。使用數(shù)學(xué)模型不僅可以更好的展現(xiàn)化學(xué)問題的本質(zhì)，也讓學(xué)生在化學(xué)學(xué)習(xí)中的思維更加開闊靈活，豐富了解決問題的方法。

3 運用模型的教學(xué)范式

運用模型教學(xué)有利于學(xué)生建立起知識內(nèi)容間的聯(lián)系，從深層次把握問題的核心，提高問題解決的效率。因此，教師需要充分分析教材知識內(nèi)容梳理出科學(xué)系統(tǒng)的知識體系，提供一個合理的運用模型進行教學(xué)的范式。

3.1 選擇與感知模型

這一階段，教師首先需要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容選擇合適的模型。通過對化學(xué)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生已有知識經(jīng)驗的分析，選擇能很好解決教學(xué)重難點的模型。然后讓學(xué)生對所要學(xué)習(xí)的知識內(nèi)容進行初步的感知理解，并引導(dǎo)他們對所學(xué)知識進行具體化的模型想象，以此在學(xué)生頭腦中初步建立起模型與知識之間的聯(lián)系。

3.2 理解與建構(gòu)模型

建構(gòu)模型的前提是理解模型，這一階段學(xué)生需要在教師的引導(dǎo)下理解知識內(nèi)容與模型之間邏輯關(guān)系，并了解模型的建構(gòu)過程。教師可以采用具體的情境或者語言，引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)出所需要的模型。通過這一教學(xué)過程可以加深學(xué)生對所學(xué)知識點的理解。

3.3 遷移與運用模型

這一環(huán)節(jié)中，要求學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中必須具備一定的知識結(jié)構(gòu)和思維能力，并且教師通過模型方法的構(gòu)建活動，嘗試讓學(xué)生將已有的認知與化學(xué)模型進行有效的結(jié)合，以此來運用模型來解決實際的新問題，進而深化對化學(xué)模型方面的認知。簡單的來說，就是在教學(xué)過程當中，教師需要創(chuàng)設(shè)一定的真實情境，引導(dǎo)學(xué)生從復(fù)雜的化學(xué)問題中提煉關(guān)鍵要點，然后根據(jù)建構(gòu)的化學(xué)模型去解決問題。通過教學(xué)，可以讓學(xué)生學(xué)會將模型遷移運用到其他的化學(xué)問題中，初步形成運用化學(xué)模型解決問題的能力，有效培養(yǎng)學(xué)生的模型認知素養(yǎng)。

3.4 評價與調(diào)整模型

模型的評價與調(diào)整階段是在教學(xué)實踐中運用化學(xué)模型解決問題后，讓學(xué)生對模型的使用進行反饋評價，以此來對化學(xué)模型方法的使用進行反思的過程。通過對化學(xué)模型方法的評價反思，讓學(xué)生在利用化學(xué)模型學(xué)習(xí)時，不僅能夠?qū)瘜W(xué)模型的方法進行恰當?shù)脑u價，而且也會反思總結(jié)在建構(gòu)化學(xué)模型過程當中其模型的建立方法以及模型的推導(dǎo)策略是否正確，并對已經(jīng)建構(gòu)好的模型的效果進行整體性的評定。所以，在實際的教學(xué)過程當中，應(yīng)當將化學(xué)模型的反思評價融合于整個教學(xué)過程當中，讓學(xué)生能夠及時有效的的調(diào)整自身的學(xué)習(xí)方法，并完善自身的已有的知識結(jié)構(gòu)以及認知。

4 對模型教學(xué)的建議

4.1 提高化學(xué)老師的模型教學(xué)意識和能力

為了培養(yǎng)學(xué)生運用模型學(xué)習(xí)化學(xué)的能力，化學(xué)教師需要有運用模型進行教學(xué)的意識，能夠自主的去研究建構(gòu)模型并在日常的教學(xué)中選用合適的模型進行教學(xué)。但研究表明，目前運用模型進行教學(xué)的實際開展情況并不理想，教學(xué)過程中還存在不足之處。所以化學(xué)教師應(yīng)該重視模型教學(xué)，要加強模型教學(xué)的理論和實踐研究，在教學(xué)方式上進行鉆研，并且通過培訓(xùn)和專家指導(dǎo)，進行積極反思，設(shè)計出符合自身教學(xué)經(jīng)驗的模型教學(xué)實施策略與解決問題的程序。

4.2 引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)模型，發(fā)揮學(xué)生的主體性

在化學(xué)課堂運用模型進行教學(xué)中，老師要能引起學(xué)生的探究欲望，讓學(xué)生自己能夠通過對知識的歸納、推理，總結(jié)得出結(jié)論，以此來感知模型建構(gòu)的過程。比如，在教學(xué)電解質(zhì)的電離知識時，可以給學(xué)生講解哪些物質(zhì)是電解質(zhì)，哪些是非電解質(zhì)，然后通過啟發(fā)暗示，讓學(xué)生自己分析電解質(zhì)和非電解質(zhì)之間的關(guān)系，最終建立起電解質(zhì)的電離知識的理論模型。這種教學(xué)過程，對培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)素養(yǎng)有實際的效果。

4.3 用發(fā)展的眼光看待模型

隨著時代的快速發(fā)展和知識的不斷更新，我們建構(gòu)出來的模型不一定就是最佳的，所以我們要正確認識到模型是有缺陷的，教學(xué)中建構(gòu)的模型是需要我們不斷地去修改的?；瘜W(xué)教師需要深入的研究模型，在工作中去驗證模型的有效性，也要引導(dǎo)學(xué)生去有意識地對模型進行檢驗修正，不斷地發(fā)展優(yōu)化模型，這樣有利于發(fā)展學(xué)生的批判性思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

5 結(jié)語

模型在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中運用具有多方面的優(yōu)勢，不僅有利于學(xué)生理解抽象的化學(xué)概念和解決化學(xué)問題，而且對教師開展教學(xué)工作也有一定的幫助。教師應(yīng)當有意識的去研究如何運用模型，全面把握不同化學(xué)模型的功能作用，充分發(fā)揮其在中學(xué)階段的積極作用，不斷推動化學(xué)學(xué)科向前發(fā)展。