核心素養(yǎng)視域下培養(yǎng)化學(xué)模型認(rèn)知能力的探索

摘 要：建構(gòu)化學(xué)模型是進(jìn)行化學(xué)教學(xué)的重要方式之一，依據(jù)核心素養(yǎng)視域視角，尋求培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)模型認(rèn)知能力的途徑和方法.文章首先針對模型認(rèn)知能力對學(xué)生學(xué)習(xí)能力的意義進(jìn)行探討；其次立足教材文本，挖掘基于課堂教學(xué)內(nèi)容的模型認(rèn)知；最后聚焦創(chuàng)新思想，從想象力和應(yīng)用力的角度優(yōu)化培養(yǎng)學(xué)生模型能力的基本策略，最終得出相應(yīng)構(gòu)建學(xué)生化學(xué)模型認(rèn)知能力的重要經(jīng)驗和方法，有效促進(jìn)了化學(xué)教學(xué)的質(zhì)效.

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；認(rèn)知能力；模型；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）24-0108-03

收稿日期：2023-05-25

作者簡介：易傳波（1970.7-），男，江蘇省盱眙人，本科，中學(xué)高級教師，從事高中化學(xué)教學(xué)研究.

在化學(xué)教學(xué)中，建構(gòu)化學(xué)模型讓學(xué)生將復(fù)雜抽象的化學(xué)知識通過化學(xué)模型進(jìn)行形象通俗化理解，使學(xué)生對具有同質(zhì)效應(yīng)的問題形成相對固定的化學(xué)模型，既能促進(jìn)學(xué)生輕松理解化學(xué)知識，更能提升解題效率、培養(yǎng)學(xué)生良好的思維品質(zhì)、發(fā)展學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng).

1 指向?qū)W習(xí)能力，探析模型認(rèn)知能力的意義

1.1 掌握微觀結(jié)構(gòu)，發(fā)展抽象思維在化學(xué)教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的模型認(rèn)知能力既有助于學(xué)生深度理解新知，更可培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維，讓學(xué)生將微觀的化學(xué)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成大腦中的化學(xué)模型，進(jìn)而輕松理解微觀世界的知識^［1］.

如在“微粒之間的相互作用力”這一節(jié)中，學(xué)生要學(xué)習(xí)到球棍模型相關(guān)的知識，此時教師可以先為學(xué)生出示幾幅物質(zhì)的球棍模型圖，讓學(xué)生初步感知這一模型框架，然后再去掌握其他物質(zhì)的球棍模型.課堂教學(xué)中，教師首先為學(xué)生出示HCl球棍模型，其中棍的一端連接較小的表示氫離子的球體，棍的另一端連接到較大的表示氯離子的球體，在此基礎(chǔ)上，教師讓學(xué)生推理水分子的球棍模型，學(xué)生自然能夠得出，水分子應(yīng)當(dāng)是由氧原子在中間，氫原子分別和氧原子相連接這樣的結(jié)構(gòu)組成，從而繪制出一個大球通過兩根棍連接到兩個較小的球上.通過球棍模型結(jié)構(gòu)，清晰地將微觀世界的物質(zhì)結(jié)構(gòu)展示在學(xué)生眼前，賦予抽象知識直觀鮮活的色彩，也在潛移默化中培養(yǎng)了學(xué)生的抽象思維.

1.2 整理零散知識，形成科學(xué)體系

化學(xué)知識龐雜而瑣碎，這也導(dǎo)致很多學(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)時產(chǎn)生凌亂、張冠李戴的現(xiàn)象.如何將這些零散、看似毫無關(guān)聯(lián)的知識串聯(lián)起來，形成一個嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)、有邏輯關(guān)系的知識體系，既是學(xué)生綜合能力的體現(xiàn)，也是教師在教學(xué)中應(yīng)認(rèn)真思考的課題.而通過培養(yǎng)學(xué)生模型認(rèn)知能力，可以起到以點帶面、以面促點的良好效果.

如在“物質(zhì)的分散系”這一節(jié)中，學(xué)生要學(xué)習(xí)到與分散系相關(guān)的分類知識，此時教師就可以利用學(xué)生已有的模型認(rèn)知框架進(jìn)行零散知識的整理.在學(xué)習(xí)分散系的過程中，學(xué)生已經(jīng)形成了對于分散系、分散質(zhì)、分散劑的分類，需要以溶液、溶質(zhì)、溶劑為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行類比這樣的認(rèn)知模型，那么對于濁液、膠體、溶液三個概念的整理，教師也可以引導(dǎo)學(xué)生采用類比的認(rèn)知模型進(jìn)行記憶，形成相應(yīng)的知識體系：“我們可以將濁液、膠體、溶液看作成往水中加入不同大小的沙粒，當(dāng)沙粒大于100 nm時，我們稱之為濁液，當(dāng)在1～100 nm時，我們稱作膠體，當(dāng)沙粒特別微小，直徑甚至小于1 nm時，我們就可以將其稱作溶液了.我們也可以理解成買飲料時的大杯、中杯、小杯，分別是不同大小顆粒物形成的分散系.”這樣學(xué)生就通過類比的方式形成知識體系，教師讓學(xué)生將這樣的知識體系繪制出來，并在其中提示：“對于膠體，我們還需要注意當(dāng)光束通過膠體時，我們可以在垂直于光線的方向看到一條光亮的通路，我們可以稱之為丁達(dá)爾效應(yīng).”讓學(xué)生再將這些零碎的知識補(bǔ)充完整，促使學(xué)生對溶液類問題形成了完整的認(rèn)知.

2 立足教材文本，挖掘滲透模型認(rèn)知的內(nèi)容

2.1 在化學(xué)計算中形成模型意識

模型認(rèn)知能力對于化學(xué)教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)能力的提升具有重要意義，也是落實核心素養(yǎng)中培養(yǎng)學(xué)生關(guān)鍵能力的重要舉措.化學(xué)計算是化學(xué)學(xué)習(xí)中不可回避的環(huán)節(jié)，針對同質(zhì)類問題，在化學(xué)計算教學(xué)中融入模型認(rèn)知思想，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合問題實際進(jìn)行綜合分析，構(gòu)建程式化解題模型，不僅可以幫助學(xué)生快速解決化學(xué)問題，提升解題效率，更能促進(jìn)學(xué)生系統(tǒng)化、綜合化思維的發(fā)展^［2］.

如在“物質(zhì)的化學(xué)計量”這一節(jié)中，學(xué)生要學(xué)習(xí)到與如何計量化學(xué)物質(zhì)相關(guān)的知識，此時學(xué)生建立起的框架是1 mol純凈物中含有多少個分子、離子這樣的認(rèn)知模型，即所有的以“mol”表示的純凈物量都可以轉(zhuǎn)化為分子、離子、原子數(shù)量來計量，此時教師就可以進(jìn)行提問：“1 mol O₂中含有多少個氧原子？1 mol NaOH中含有多少個離子？兩種離子分別有多少？”學(xué)生此時就會依據(jù)已知條件展開分析，已知1 mol=6.02×10²³個分子或原子，那么1 mol氧氣中肯定含有6.02×10²³個氧分子，但是教師提問的卻是原子數(shù)量，因此需要進(jìn)行變化計算，最終得出有12.04×10²³個氧原子，而對于NaOH溶液，雖然其在水溶液中解離成了兩種離子，但是基本的量卻沒有發(fā)生改變，因此還是只有1 mol的Na⁺和OH^-的量.學(xué)生形成了對1 mol的數(shù)量認(rèn)知模型，在解題中只需清晰認(rèn)知物質(zhì)中各種微粒的結(jié)構(gòu)組成，則可快捷輕松解決問題.

2.2 在物質(zhì)分類中構(gòu)建集合概念

分類能力也是學(xué)生能力的一種.化學(xué)分類要求學(xué)生明確不同物質(zhì)間具體的、細(xì)微的差別，厘清各物質(zhì)之間的區(qū)別與聯(lián)系，這就要求學(xué)生在深刻記憶知識的基礎(chǔ)上熟悉每種知識、每個概念的特點，將不同種類的知識分門別類的形成集合，從集合的角度思考不同知識類別之間的細(xì)微差異，從而有效促進(jìn)學(xué)生清晰化學(xué)概念.在此過程中，借助模型，構(gòu)建起物質(zhì)間完善的認(rèn)知體系^［3］.

如在“物質(zhì)及其分類”這一節(jié)中，學(xué)生要學(xué)習(xí)到與物質(zhì)分類相關(guān)的化學(xué)知識，此時教師就可以讓學(xué)生通過物質(zhì)分類建立集合的概念.教師首先對學(xué)生講述：“我們生活中的物質(zhì)有多種多樣，按照物質(zhì)的存在狀態(tài)來分可以分為氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)等，但在我們化學(xué)概念上，物質(zhì)只分為混合物和純凈物兩類.大家思考一下以下物質(zhì)都是什么類別呢？”接著為學(xué)生出示幾幅圖片，有沙土、礦泉水、金單質(zhì)、氯化鈉晶體，學(xué)生此時就會開始思考，想到混合物和純凈物的分類標(biāo)準(zhǔn)和框架就是是否有其他物質(zhì)一同存在.基于這一認(rèn)知模型，學(xué)生判斷含有不同沙粒的沙土和含有多種礦物質(zhì)的礦泉水中都包含有多種物質(zhì)，所以都是混合物；而金單質(zhì)和氯化鈉晶體則都僅僅含有一種物質(zhì)，因此是純凈物.厘清問題中包含的物質(zhì)個數(shù)，搞清楚混合物、純凈物、化合物的概念，建立起相關(guān)概念的模型，學(xué)生在界定時即可輕松進(jìn)行分類，梳理出概念的集合.

3 聚焦創(chuàng)新思想，優(yōu)化培養(yǎng)模型能力的策略

3.1 鼓勵想象，高效解題

模型能力的培養(yǎng)需要教師創(chuàng)新教學(xué)理念，優(yōu)化教學(xué)方法.在化學(xué)課堂上，教師要充分發(fā)揮學(xué)生的想象力，讓學(xué)生進(jìn)行知識暢想，并根據(jù)學(xué)生的想象內(nèi)容引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行假設(shè)和驗證，在驗證過后對學(xué)生的想象做出反饋，從而有效促進(jìn)學(xué)生的想象力發(fā)展，幫助學(xué)生建構(gòu)模型認(rèn)知能力.

如在“研究物質(zhì)的實驗方法”這一節(jié)中，教師可以利用如何針對物質(zhì)進(jìn)行分離提純引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行想象并進(jìn)行驗證.教師首先對學(xué)生簡述：“我們將混合物進(jìn)行分離提純時可以利用混合物中各組分的差異特點，例如狀態(tài)、沸點、水溶性等，主要原則是盡量減少物質(zhì)的損失.”接著教師提出幾個問題：“如果現(xiàn)在有兩種物質(zhì)組成的固體混合物，一種可溶一種不可溶，我們應(yīng)當(dāng)如何提純？”學(xué)生此時就會開始想象，想到可以利用可溶性，加適量的水讓可溶的物質(zhì)溶于水中，然后就可以過濾出難溶于水的成分.教師接著提問：“這樣的話我們只得到了一種難溶于水的物質(zhì)，那么另一種怎么辦？”學(xué)生此時又會開始想象，想到可以利用蒸發(fā)結(jié)晶得到另一種成分.教師繼續(xù)講述：“大家很聰明，那么現(xiàn)在有一種新情況了，如果兩種物質(zhì)都溶于水，但是兩種物質(zhì)的溶解度隨溫度變化有較大差異，我們應(yīng)當(dāng)怎么處理？”由于前面學(xué)生已經(jīng)掌握物質(zhì)的溶解度隨溫度變化這一模型特點，他們很容易思考只要控制溫度即可析出不同的物質(zhì)，這樣既發(fā)揮了學(xué)生的想象力，又提高了學(xué)生解決實際問題的能力.

3.2 實踐應(yīng)用，內(nèi)化鞏固

應(yīng)用是培養(yǎng)學(xué)生模型認(rèn)知能力的有效延伸，學(xué)生在掌握了知識框架和認(rèn)知體系后，只有應(yīng)用這種框架和體系解決化學(xué)問題才能夠真正發(fā)揮模型認(rèn)知能力的作用，教師在課堂教學(xué)中一般利用生活現(xiàn)象引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行應(yīng)用^［4］.

如在“防止二氧化硫?qū)Νh(huán)境的污染”這一節(jié)中，學(xué)生要學(xué)習(xí)到與如何防治二氧化硫相關(guān)的知識，此時教師就可以讓學(xué)生應(yīng)用已有的模型框架進(jìn)行生活現(xiàn)象的解釋.教師首先對學(xué)生講解：“大家已經(jīng)了解過與硫化物、二氧化硫相關(guān)的知識，也已經(jīng)形成了自己的認(rèn)知框架，在工業(yè)上一般使用石灰石粉末加水制作成漿液與煙氣混合進(jìn)行脫硫，大家可以寫出其中的化學(xué)方程式嗎？”學(xué)生因為此前已經(jīng)掌握了含二氧化硫氣體的脫硫方法，此時教師可將其演繹為“石灰石-石膏法”化學(xué)模型，此時，學(xué)生將二氧化硫與碳酸鈣結(jié)合形成硫酸鈣和二氧化碳的化學(xué)方程式寫出來，從而實現(xiàn)了對生活現(xiàn)象的解釋和知識的應(yīng)用，既達(dá)到鞏固內(nèi)化知識的目的，更拉近了化學(xué)與生活的距離.

化學(xué)教學(xué)中，將化學(xué)知識系統(tǒng)化為某一化學(xué)模型，用以解決生活問題既是踐行化學(xué)新課標(biāo)“能有意識運用所學(xué)的知識或?qū)で笙嚓P(guān)證據(jù)參與社會性議題的討論”的具體體現(xiàn)，也是落實化學(xué)源于生活、服務(wù)生活基本理念的重要渠道.

高中化學(xué)五大核心素養(yǎng)中“證據(jù)推理和模型認(rèn)識” 指出：高中化學(xué)教學(xué)要能使得學(xué)生認(rèn)識化學(xué)現(xiàn)象和模型之間的聯(lián)系，能運用多種認(rèn)知模型來描述和解釋物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，性質(zhì)和變化，預(yù)測物質(zhì)及其變化的可能結(jié)果……，在高中化學(xué)教學(xué)中，教師要注重學(xué)生模型認(rèn)知能力的培養(yǎng)，既促進(jìn)學(xué)生思維不斷邁向縱深，更發(fā)展學(xué)生的綜合能力，真正實現(xiàn)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的漸進(jìn)式提升.

參考文獻(xiàn)：

［1］ 楊波.培養(yǎng)模型認(rèn)知能力提升化學(xué)核心素養(yǎng)研究［J］.成才之路，2020（4）：92-93.

［2］ 尤麗君.關(guān)于培養(yǎng)“模型認(rèn)知”的化學(xué)核心素養(yǎng)的探索［J］.高考，2019（23）：127-127.

［3］ 季春旭.高中化學(xué)核心素養(yǎng)教學(xué)研究：“模型認(rèn)知”思維的融入分析［J］.文理導(dǎo)航，2018（10）：57，59.

［4］ 邱立清.整合課程資源 聚焦核心素養(yǎng)：例談初中化學(xué)模型認(rèn)知能力的培養(yǎng)［J］.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2017（8）：2-3.

［責(zé)任編輯：季春陽］