構(gòu)建認(rèn)知模型 促進(jìn)思維發(fā)展

林立豪

［摘 要］酸堿中和滴定曲線的形式多變，考查內(nèi)容多樣，為此，在復(fù)習(xí)課中應(yīng)以問題為導(dǎo)向，以知識為載體引導(dǎo)學(xué)生感知和構(gòu)建認(rèn)知模型，并以任務(wù)為抓手，進(jìn)行針對性訓(xùn)練，促使學(xué)生深入理解和靈活運(yùn)用認(rèn)知模型，從而實(shí)現(xiàn)“知識→認(rèn)知→能力”進(jìn)階式提升，突破酸堿中和滴定曲線學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展，優(yōu)化復(fù)習(xí)效果，提升復(fù)習(xí)效率。

［關(guān)鍵詞］認(rèn)知模型；思維發(fā)展；滴定曲線；復(fù)習(xí)課

［中圖分類號］? ? G633.8? ? ? ? ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2023）05-0069-04

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》將“模型認(rèn)知”素養(yǎng)表述為：知道可以通過分析、推理等方法認(rèn)識研究對象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系，建立認(rèn)知模型，并能運(yùn)用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象，揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律。模型認(rèn)知是指用模型化的方法處理化學(xué)知識認(rèn)知發(fā)生和發(fā)展的過程，提取知識認(rèn)知過程中的要素和規(guī)律，獲得高度概括化、結(jié)構(gòu)化的核心知識。通過構(gòu)建認(rèn)知模型，能有效促進(jìn)學(xué)生應(yīng)用已有知識解決特定知識領(lǐng)域的問題，形成解決問題的思路和方法，培養(yǎng)嚴(yán)密的邏輯推理能力，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生認(rèn)識化學(xué)學(xué)科的本質(zhì)，提升學(xué)科核心素養(yǎng)。

化學(xué)反應(yīng)原理部分的教學(xué)常常會涉及圖像問題，而圖像題是歷年高考化學(xué)考查的熱點(diǎn)和難點(diǎn)，其涉及的知識內(nèi)容范圍廣，考查形式多變，如果復(fù)習(xí)備考僅僅停留在知識的梳理和羅列上，那么復(fù)習(xí)效果將大打折扣。下面筆者以“一元強(qiáng)堿與一元弱酸的滴定曲線”復(fù)習(xí)課為例，在分析滴定曲線的基礎(chǔ)上嘗試引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建認(rèn)知模型，以促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展，提升復(fù)習(xí)效率。

一、以問題為導(dǎo)向，感知認(rèn)知模型

一元酸堿中和滴定曲線是電解質(zhì)溶液中微粒變化的基礎(chǔ)圖像，認(rèn)識和掌握滴定曲線的分析方法，厘清滴定曲線問題的解題思路，是突破復(fù)雜酸堿中和滴定曲線問題的前提。在滴定曲線的教學(xué)過程中，如果只是由教師直接給出解題模型，那么它就只是知識，無法成為學(xué)生解決問題的有效工具，也無法有效提升學(xué)生的“模型認(rèn)知”素養(yǎng)。因此，在一元酸堿中和滴定曲線的復(fù)習(xí)過程中，教師應(yīng)以問題為導(dǎo)向，從學(xué)生的實(shí)際知識水平出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生自主分析，逐步進(jìn)行深度思考，使學(xué)生認(rèn)識滴定曲線的基本分析方法和模式，感知解決滴定曲線問題的認(rèn)知模型。

【例1】常溫下，用0.1000 mol·L-1 NaOH溶液滴定20.00 mL 0.1000 mol·L-1 CH3COOH溶液所得滴定曲線如圖1所示 （混合溶液的體積可看成混合前溶液的體積之和）。

請結(jié)合圖像分析、思考以下幾個問題：

（1）觀察滴定曲線，分析滴定過程中的溶液變化。

（2）分析點(diǎn)①溶液存在的溶質(zhì)。

（3）分析點(diǎn)①溶質(zhì)物質(zhì)的量間的關(guān)系。

（4）分析點(diǎn)①溶液中存在哪些平衡。

（5）分析點(diǎn)①溶液中Na+、CH3COOH、CH3COO-、H+、OH-各微粒的濃度大小關(guān)系。

（6）寫出點(diǎn)①溶液中存在的守恒關(guān)系（電荷守恒、物料守恒）。

學(xué)生由題干信息可知滴定過程中的溶液變化情況為：CH3COOH溶液→CH3COOH與CH3COONa的混合溶液→CH3COONa溶液→CH3COONa與NaOH的混合溶液。學(xué)生通過分析得出：曲線上點(diǎn)①溶液中存在的溶質(zhì)為CH3COOH和CH3COONa；若不考慮兩種溶質(zhì)的電離和水解，兩種溶質(zhì)的物質(zhì)的量之比為1∶1。CH3COOH為弱酸，存在電離平衡，而CH3COONa是可溶性鹽，可完全電離產(chǎn)生Na+和CH3COO-，CH3COO-為弱酸的酸根離子，存在水解平衡。根據(jù)曲線上點(diǎn)①溶液的pH<7（溶液呈酸性），說明CH3COOH的電離強(qiáng)于CH3COO-的水解，進(jìn)而可分析出溶液中各微粒的濃度大小關(guān)系和存在的守恒關(guān)系。對點(diǎn)①溶液的深入分析，使學(xué)生了解了滴定過程中特殊點(diǎn)的分析思路和方法，教師可在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生用類似的方法分析滴定曲線的起點(diǎn)、點(diǎn)②和點(diǎn)③，使學(xué)生進(jìn)一步熟悉和掌握滴定曲線的分析方法。

問題解決的過程，自始至終是一個思維的過程。在上述教學(xué)過程中，教師以問題為導(dǎo)向，以培養(yǎng)學(xué)生的解題思維為目標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生通過提取題干中的認(rèn)知要素，形成認(rèn)知規(guī)律，掌握該領(lǐng)域核心知識的認(rèn)知角度和思路。

二、以知識為載體，構(gòu)建認(rèn)知模型

模型是以客觀事實(shí)為依據(jù)建立起來的，是對事物及其變化的簡化描述或模擬。模型認(rèn)知是一種重要的科學(xué)研究方法，通過分析、推理、比較、歸納等認(rèn)識研究對象，構(gòu)建認(rèn)知模型并運(yùn)用模型揭示問題的本質(zhì)和規(guī)律，解決相關(guān)問題。模型認(rèn)知也是高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中的學(xué)科核心素養(yǎng)之一，它可以使龐雜的知識高度概括化、結(jié)構(gòu)化，并使之與問題建立聯(lián)系，將知識轉(zhuǎn)化為學(xué)生解決問題的思路和方法，從而實(shí)現(xiàn)“知識→認(rèn)知→能力”進(jìn)階式提升。

通過對例1中各特殊點(diǎn)的深入分析，引導(dǎo)學(xué)生自主整理，從問題中提煉NaOH溶液與CH3COOH溶液滴定曲線分析的本源知識，構(gòu)建思維模型。根據(jù)滴定過程中溶液的變化及各溶質(zhì)物質(zhì)的量的變化，得出滴定過程中各微粒的濃度大小關(guān)系（如圖2）。

學(xué)生根據(jù)所得的NaOH溶液與CH3COOH溶液滴定曲線分析模型，歸納出一元強(qiáng)堿與一元弱酸滴定曲線的分析過程，逐步形成解決問題的思路和方法，并構(gòu)建相關(guān)知識的認(rèn)知模型。

教師結(jié)合學(xué)生的分析情況，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建如下一元強(qiáng)堿與一元弱酸的滴定曲線解題模型。

（一）確定溶質(zhì)，關(guān)注比例

根據(jù)題干信息分析滴定過程中溶液的變化情況：酸溶液→酸與鹽的混合溶液→鹽溶液→鹽與堿的混合溶液。同時(shí)，關(guān)注溶液中各溶質(zhì)物質(zhì)的量的比例關(guān)系，為后續(xù)的離子濃度大小判斷提供依據(jù)。

（二）運(yùn)用原理，分析平衡

根據(jù)滴定過程中溶液溶質(zhì)的變化情況，確定溶液中存在的微粒種類，并分析這些微粒的電離平衡和水解平衡情況。

（三）結(jié)合圖像，判斷強(qiáng)弱

依據(jù)溶液中各微粒存在的平衡，結(jié)合圖像所提供的溶液pH數(shù)據(jù)，判斷各微粒在水中電離和水解的強(qiáng)弱。

（四）利用守恒，比較濃度

結(jié)合相關(guān)微粒電離和水解的強(qiáng)弱情況，根據(jù)溶液呈電中性的原則，得出溶液中各微粒間的電荷守恒關(guān)系式，進(jìn)而得出溶液中各微粒的濃度大小關(guān)系。

以電解質(zhì)知識為載體，滲透化學(xué)反應(yīng)原理，基于答題視角整合學(xué)科知識，確認(rèn)酸堿中和滴定過程中溶質(zhì)的變化，分析溶質(zhì)在水溶液中的電離和水解情況，并逐步進(jìn)階到酸堿中和滴定曲線分析模型的構(gòu)建，使學(xué)生學(xué)會從微觀粒子及其相互作用的視角認(rèn)識物質(zhì)及其變化規(guī)律，形成化學(xué)學(xué)科觀念，掌握科學(xué)思維方法，提升科學(xué)探究能力。

三、以任務(wù)為抓手，運(yùn)用認(rèn)知模型

模型是學(xué)生掌握化學(xué)基本理論和原理以及分析解決實(shí)際問題的重要手段?；瘜W(xué)學(xué)習(xí)離不開模型，能否熟練地構(gòu)建和運(yùn)用模型直接影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。教學(xué)過程中，教師再次通過例題設(shè)置相關(guān)任務(wù)，由淺入深地引導(dǎo)學(xué)生在原有模型的基礎(chǔ)上對知識進(jìn)行內(nèi)化和提升，并在新問題的解決過程中進(jìn)一步理解和掌握原有認(rèn)知模型。

教師在教學(xué)過程中應(yīng)結(jié)合學(xué)生模型認(rèn)知能力的進(jìn)階規(guī)律，基于學(xué)生的已有認(rèn)知水平識別學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，循序漸進(jìn)地提供由淺入深的教學(xué)情境，使學(xué)生逐步拓展思維的廣度和深度，幫助學(xué)生喚醒和激活基礎(chǔ)知識，提升思維品質(zhì)，進(jìn)而提升課堂教學(xué)的有效性。

四、以素養(yǎng)為核心，升華認(rèn)知模型

化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生必備的科學(xué)素養(yǎng)，它是在化學(xué)學(xué)科層面來落實(shí)的，是科學(xué)素養(yǎng)的深化和發(fā)展以及具體化和化學(xué)學(xué)科化。酸堿中和滴定曲線的分析對學(xué)生整合和加工信息的能力、分析問題和解決問題的能力有較高的要求，能多角度培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

【例3】常溫下，向25.00 mL 0.1000 mol·L-1 HSCN溶液中滴入0.1000 mol·L-1 NaOH溶液，溶液中由水電離出的c（H+）的負(fù)對數(shù)［-1gc水（H+）］與所加NaOH溶液體積的關(guān)系如圖4所示。試分析R、N、Q各點(diǎn)所含的溶質(zhì)、微粒所存在的平衡以及離子濃度間的守恒和大小關(guān)系。

學(xué)生根據(jù)題干信息可知本題仍然是一元堿滴定一元酸，滴定過程中溶液的變化情況為：HSCN溶液→HSCN與NaSCN的混合溶液→NaSCN溶液→NaSCN與NaOH的混合溶液。本題圖像的縱坐標(biāo)變成了由水電離出的c（H+）的負(fù)對數(shù)，而由水電離出的[c（H+）]與溶液的pH密切相關(guān)。教師可設(shè)置問題引導(dǎo)學(xué)生分析影響水電離平衡的因素。學(xué)生結(jié)合圖像可知，當(dāng)加入的NaOH溶液的體積小于[a] mL和大于[c] mL時(shí)水的電離被抑制，而加入的NaOH溶液的體積介于[a] mL與[c] mL之間時(shí)水的電離得到促進(jìn)。曲線的起點(diǎn)為HSCN溶液，由縱坐標(biāo)可知起點(diǎn)時(shí)由水電離出的[c水（H+）=c水（OH-）=10-11 mol/L]，而酸電離不產(chǎn)生OH-，此時(shí)溶液中的OH-都是由水電離產(chǎn)生的，所以[c（OH-）=c水（OH-）=10-11 mol/L]，HSCN溶液的pH=3，進(jìn)而推知HSCN為一元弱酸，而NaSCN溶液因SCN-的水解呈堿性。

接著，教師引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用類似曲線起點(diǎn)的分析方法對N、R、Q三點(diǎn)進(jìn)行分析，通過分析可得：

1.N點(diǎn)溶液中c水（H+）= c水（OH-），達(dá)到最大值，水的電離程度最大，此時(shí)溶液的溶質(zhì)只有NaSCN，SCN-的水解促進(jìn)了水的電離，使溶液呈堿性。

2.R點(diǎn)加入的NaOH溶液的體積小于N點(diǎn)， R點(diǎn)的溶質(zhì)為HSCN與NaSCN，溶液中存在HSCN的電離和SCN-的水解，由c水（H+）= c水（OH-）= 10-7 mol/L，可推知R點(diǎn)為中性點(diǎn)。

3.Q點(diǎn)加入的NaOH溶液的體積大于N點(diǎn)，Q點(diǎn)的溶質(zhì)為NaSCN和NaOH，溶液呈堿性。其中SCN-結(jié)合部分水電離出的H+，使溶液中的[c（H+）<10-7 mol/L]，而溶液中的OH-來自水的電離和NaOH，因此[c（OH-）>10-7 mol/L]。

在此基礎(chǔ)上運(yùn)用滴定曲線解題模型分析N、R、Q各點(diǎn)溶液中存在的電離和水解平衡，從而確定各點(diǎn)溶液中離子濃度間的守恒和大小關(guān)系，解決滴定曲線所涉及的問題，升華對認(rèn)知模型的理解和應(yīng)用。

以素養(yǎng)為核心的酸堿中和滴定曲線的教學(xué)超越了符號、邏輯的知識層次，向能力、意義層次進(jìn)階，建立解決復(fù)雜化學(xué)問題的思維框架，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象和解決復(fù)雜的化學(xué)問題，實(shí)現(xiàn)知識的遷移和能力的提升，促進(jìn)學(xué)生對化學(xué)學(xué)科本質(zhì)的理解。

綜上所述，酸堿中和滴定曲線是電解質(zhì)在水溶液中固有性質(zhì)的直觀反映，為我們分析酸、堿、鹽混合溶液中的微粒成分及微粒所存在的平衡提供了快捷、準(zhǔn)確的信息。因酸堿中和滴定的內(nèi)容多變，學(xué)生在解題過程中較難獲取有效信息，常常束手無策。對此，教師常試圖通過刷題來解決，然而大量重復(fù)、機(jī)械的習(xí)題訓(xùn)練雖能提升學(xué)生解題的熟練度，但會造成知識的碎片化、理解的膚淺化和思維的呆板化，在復(fù)雜滴定曲線問題的突破上常常事倍功半。因此，在化學(xué)復(fù)習(xí)課上教師應(yīng)注重對學(xué)生“模型認(rèn)知”素養(yǎng)的培養(yǎng)，以問題為導(dǎo)向，以知識為載體，以任務(wù)為抓手，讓學(xué)生感知和構(gòu)建認(rèn)知模型，并運(yùn)用模型解決具體問題，升華對相關(guān)認(rèn)知模型的理解，有效提升復(fù)習(xí)的效率。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?］

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（責(zé)任編輯 羅 艷）