基于認(rèn)知模型的高中生化學(xué)概念學(xué)習(xí)研究

摘 要：化學(xué)概念學(xué)習(xí)需要學(xué)生具備一定的邏輯思維能力。通過認(rèn)知模型的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，學(xué)生可以鍛煉自己的邏輯思維能力，學(xué)會(huì)從復(fù)雜的信息中提煉出關(guān)鍵要點(diǎn)，形成清晰的思維脈絡(luò)。這種能力不僅有助于學(xué)生在化學(xué)學(xué)科中取得好成績，還能為他們在其他學(xué)科的學(xué)習(xí)和生活中提供有力支持。通過學(xué)習(xí)認(rèn)知模型，學(xué)生能夠深入理解化學(xué)概念的本質(zhì)和內(nèi)在聯(lián)系，而不僅僅是停留在表面記憶。這種深度理解有助于學(xué)生將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際問題中，提高解決問題的能力。同時(shí)，對化學(xué)概念的深度理解還能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和持續(xù)性。

關(guān)鍵詞：高中化學(xué)；概念學(xué)習(xí)；認(rèn)知模型；元素周期律

化學(xué)概念具有高度抽象性、概括性的特征，且是高中化學(xué)課程教學(xué)的重難點(diǎn)。如何界定化學(xué)，化學(xué)有哪些原理，這些知識(shí)點(diǎn)非常復(fù)雜，多數(shù)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)概念時(shí)存在吃力的情況[1]。所以，如何提升高中化學(xué)概念教學(xué)質(zhì)量，是現(xiàn)階段化學(xué)教育的重點(diǎn)問題。從中學(xué)化學(xué)的考查狀況來看，在解決化學(xué)問題過程中，需要學(xué)生有獨(dú)立思考的能力。因此，在中學(xué)化學(xué)學(xué)習(xí)中，要強(qiáng)化學(xué)生的認(rèn)知方式，便于從整體層面培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)素養(yǎng)[2]。認(rèn)知模型是描述人類如何理解、存儲(chǔ)、處理和應(yīng)用知識(shí)的一種理論框架。在高中化學(xué)概念學(xué)習(xí)中，認(rèn)知模型強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者主動(dòng)構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，形成系統(tǒng)的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。通過運(yùn)用認(rèn)知模型，學(xué)生能夠更好地理解化學(xué)概念的內(nèi)在聯(lián)系，提高學(xué)習(xí)效果。本文以人教版必修第一冊《元素周期律》課程為例，剖析認(rèn)知模型下的高中生化學(xué)概念學(xué)習(xí)路徑。

一、提出問題

（一）元素周期律學(xué)習(xí)難點(diǎn)與問題

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)操作與觀察對于概念學(xué)習(xí)具有重要意義。學(xué)生應(yīng)積極參與實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，通過觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，加深對化學(xué)概念的理解。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)操作還能培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。作為高中化學(xué)的一個(gè)核心概念，元素周期律對高中生認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)與元素性質(zhì)及其相關(guān)變化規(guī)律具有指導(dǎo)作用。歸納總結(jié)高中化學(xué)中的元素周期律概念、原理，重點(diǎn)在于研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與用途的關(guān)系；元素位置、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系、物質(zhì)與元素的遞變規(guī)律。不管是比較物質(zhì)性質(zhì)或是預(yù)測元素性質(zhì)，都要求學(xué)生必須了解周期表內(nèi)核心元素的位置與微觀結(jié)構(gòu)[3]。整理當(dāng)前高中生在化學(xué)課堂中的學(xué)習(xí)資料發(fā)現(xiàn)，對元素周期律的認(rèn)識(shí)不足主要表現(xiàn)為：（1）概念模糊，思維混亂。盡管學(xué)生理解了從材料特性出發(fā)來證明化學(xué)特性的遞變定律，但也很容易將它們搞混，難以準(zhǔn)確地將它們區(qū)別開來。（2）認(rèn)知片面，輕重不分。學(xué)生在學(xué)習(xí)元素周期規(guī)律知識(shí)點(diǎn)過程中，對物質(zhì)用途、物質(zhì)結(jié)構(gòu)以及性質(zhì)推斷極為關(guān)注，但很少去探究元素結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及位置關(guān)系。（3）思想不成體系。在預(yù)測未知因素的屬性時(shí)，缺乏合理的推斷和系統(tǒng)的分析思想。對材料特性的研究也只限于對材料的存儲(chǔ)和分類，預(yù)測未知物時(shí)，過度依賴元素位置，很少去分析物質(zhì)結(jié)構(gòu)。

（二）元素周期律認(rèn)知模型的構(gòu)建

對于高中化學(xué)概念教學(xué)來說，學(xué)習(xí)進(jìn)階理論可描述高中生理解某核心概念和技能掌握，這就需要化學(xué)教師注重學(xué)生技能和概念學(xué)習(xí)方向、方法以及各階段水平要求，繼而分析學(xué)生的元素周期律規(guī)律認(rèn)知層次。

為使學(xué)生以系統(tǒng)、有序的思維體驗(yàn)展開學(xué)習(xí)，從知識(shí)維度、本體維度和問題維度三個(gè)方面，建立適合于高中的元素周期律的認(rèn)知模式。這一模型以元素周期律為認(rèn)知對象，主要為物質(zhì)維度、元素維度[4]。元素維度的核心要素為結(jié)構(gòu)、位置與性質(zhì)，而物質(zhì)維度核心要素則為結(jié)構(gòu)組成、用途及性質(zhì)，任務(wù)維度有分析型、設(shè)計(jì)型，采用數(shù)據(jù)分析與方案設(shè)計(jì)方式進(jìn)行元素周期律的論證。

（三）元素周期律學(xué)習(xí)路徑

該課程學(xué)習(xí)前，大部分學(xué)生對元素周期定律的認(rèn)知都停留在1級或者2級，即以分類觀點(diǎn)和代表性來了解有關(guān)材料的特性。大多數(shù)學(xué)生在前面學(xué)習(xí)元素化合物的時(shí)候，就以核心元素和代表物為主要線索，并在一定程度上掌握了一些科學(xué)探索和元素化合物的知識(shí)，但還沒有從元素屬性演化的核心要素出發(fā)[5]。

從最近發(fā)展區(qū)理論分析，當(dāng)前的高dxO8HTy7URlSWwkf/RlpiA==中生所掌握元素周期律大多集中在水平3、水平4層面，也就是借助元素性質(zhì)、元素位置以及元素結(jié)構(gòu)進(jìn)行其遞變規(guī)律的論證，繼而向水平5進(jìn)階。探究、論證元素周期律的過程，為高中生提供了活動(dòng)主線。

二、教學(xué)設(shè)計(jì)

由于化學(xué)概念固有的定義性、抽象性和具體性等特點(diǎn)，使其在中學(xué)化學(xué)概念運(yùn)用上呈現(xiàn)出一些共同的特點(diǎn)。為此，對元素周期律的化學(xué)概念教學(xué)做出以下教學(xué)設(shè)計(jì)：

（一）教學(xué)目標(biāo)

研究發(fā)現(xiàn)，元素的周期規(guī)律是人類在經(jīng)過論證和推理之后，根據(jù)不同的事實(shí)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出的一個(gè)科學(xué)理論，該過程極為漫長。高中化學(xué)元素周期律教學(xué)目標(biāo)為：（1）學(xué)生在科學(xué)論證活動(dòng)中，創(chuàng)建元素周期律的認(rèn)知模型，自物質(zhì)維度、元素維度理解和掌握物質(zhì)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、用途的關(guān)系與元素結(jié)構(gòu)、位置、性質(zhì)的關(guān)系。（2）論證過程中，全面轉(zhuǎn)化學(xué)生的錯(cuò)誤認(rèn)知與迷思理念。（3）對元素周期律探究過程進(jìn)行深入感知，加深對“演繹法”“分類”和“歸納”等概念的理解，明白所有科學(xué)理論都需要經(jīng)過實(shí)踐認(rèn)證。

（二）教學(xué)流程

記憶是概念學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，而有效的復(fù)習(xí)策略則能幫助學(xué)生鞏固所學(xué)知識(shí)。學(xué)生可以采用聯(lián)想記憶、繪制思維導(dǎo)圖等方法，提高記憶效果。同時(shí)，制訂合理的復(fù)習(xí)計(jì)劃，定期回顧已學(xué)內(nèi)容，有助于保持對化學(xué)概念的持久記憶。將“元素周期律”設(shè)計(jì)為三課時(shí)教學(xué)，教學(xué)問題主線為元素周期律發(fā)現(xiàn)過程，以此對教學(xué)流程進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體包括：（1）溫

故知新。以重溫元素周期表的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)為核心主題，元素周期律學(xué)習(xí)任務(wù)為重溫元素周期表的結(jié)構(gòu)，對同主族原子結(jié)構(gòu)、元素性質(zhì)之間關(guān)系進(jìn)行總結(jié)。（2）問題聚焦。以探索元素周期律形成路徑——聚焦問題、論點(diǎn)提煉為核心主題，該環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)任務(wù)主要包括元素組成物質(zhì)、元素的共同屬性、元素排列規(guī)律、元素規(guī)律排列因素等。（3）論證過程。核心主題包括：a.元素結(jié)構(gòu)、元素位置和元素性質(zhì)之間的關(guān)聯(lián)性——分析、論證數(shù)據(jù)，該環(huán)節(jié)學(xué)習(xí)任務(wù)為外層電子數(shù)、電子層周期性變化；化合價(jià)周期性變化以及元素原子半徑；元素非金屬性、金屬性的周期變化；b.物質(zhì)性質(zhì)、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、物質(zhì)用途之間的關(guān)聯(lián)性——設(shè)計(jì)、論證實(shí)驗(yàn)，該環(huán)節(jié)學(xué)習(xí)任務(wù)為論證元素之間的金屬性強(qiáng)弱，具體為：鋁、鎂、鈉的單質(zhì)和酸、水反應(yīng)，最高價(jià)堿堿性比較。元素非金屬性強(qiáng)弱論證，具體為：氯、硅、磷、硫的單價(jià)與氫氣反應(yīng)，最高價(jià)含氧酸酸性比較；（4）理論提升。a.核心主題為元素結(jié)構(gòu)、元素位置、元素性質(zhì)的認(rèn)知模型，學(xué)習(xí)任務(wù)為總結(jié)元素結(jié)構(gòu)、元素位置和元素性質(zhì)之間的關(guān)聯(lián)度，原子結(jié)構(gòu)決定著元素性質(zhì)和元素位置；b.核心主題為物質(zhì)結(jié)構(gòu)、用途、性質(zhì)的認(rèn)知模型，學(xué)習(xí)任務(wù)為總結(jié)物質(zhì)性質(zhì)、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、物質(zhì)用途之間的關(guān)聯(lián)度，論證元素性質(zhì)與物質(zhì)性質(zhì)有著十分緊密的關(guān)系；c.元素周期律預(yù)測作用為核心主題，學(xué)習(xí)任務(wù)為基于元素周期律的認(rèn)知模型，對未知元素性質(zhì)進(jìn)行預(yù)測與論證。

（5）學(xué)習(xí)反饋。核心主題為真題演練，學(xué)習(xí)任務(wù)為通過元素周期律認(rèn)知模型展開高考選擇題的分析。

（三）教學(xué)過程

首先，對資料進(jìn)行詳細(xì)研究。證明原子外部電子的排列方式，元素的價(jià)態(tài)和半徑的周期性改變。

學(xué)生活動(dòng)A：填寫人教版化學(xué)教材表格。例如：以一至十八個(gè)元素為橫軸，以其最外層的電子數(shù)為縱軸，以元素的化合價(jià)為縱軸，繪制柱狀圖，并進(jìn)行觀測。

學(xué)生活動(dòng)B：依照教材表格的原子半徑數(shù)據(jù)，以原子量為橫軸，以原子半徑為縱軸，畫出折線，從點(diǎn)、線、面等多個(gè)層面對資料進(jìn)行剖析，并總結(jié)出其規(guī)律性。

學(xué)生活動(dòng)C：采用數(shù)據(jù)分析與圖表制作的方式論證元素周期律。在原子序數(shù)持續(xù)增加的情況下，會(huì)改變元素的半徑、最外層的電子排列及原子的價(jià)態(tài)。

其次，實(shí)驗(yàn)證據(jù)。對金屬、非金屬周期性變動(dòng)情況進(jìn)行論證。

學(xué)生D：總結(jié)堿性元素內(nèi)部的金屬性判定標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，得出了鋁、鈉、鎂等元素的金屬性，其中，方案一：分析鹽溶液和金屬單質(zhì)是否會(huì)有置換反應(yīng)；方案二：分析空氣中金屬單質(zhì)的燃燒程度；方案三：分析金屬單質(zhì)和等濃度稀鹽酸反應(yīng)程度；方案四：分析氧化物對應(yīng)堿性，方案一～三的實(shí)驗(yàn)依據(jù)為金屬單質(zhì)還原性強(qiáng)弱順序、金屬活動(dòng)順序；方案四的實(shí)驗(yàn)依據(jù)為Al（OH）3、NaOH及Mg（OH）2的化學(xué)性質(zhì)。學(xué)生以小組的形式來討論這個(gè)計(jì)劃的可行性，使用活動(dòng)C進(jìn)行試驗(yàn)的記錄和檢驗(yàn)，分析金屬單質(zhì)還原性強(qiáng)弱，同時(shí)論證元素金屬性。

學(xué)生E：比較判斷鹵族元素非金屬性標(biāo)準(zhǔn)，通過實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，證明了其非金屬性的強(qiáng)弱次序。每個(gè)學(xué)生都在討論這個(gè)計(jì)劃的可行性，并在課本的基礎(chǔ)上，對該問題進(jìn)行驗(yàn)證。

學(xué)生F：通過課本上的“科學(xué)探究”，證明隨著原子序數(shù)的增加，元素的屬性呈現(xiàn)出了周期變化。在此基礎(chǔ)上，通過元素周期表的有關(guān)理論，歸納出元素結(jié)構(gòu)對主族元素的傳遞、相似性和循環(huán)等規(guī)律的影響，建立元素的性質(zhì)、位置和結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，以及材料的性質(zhì)。通過對材料的結(jié)構(gòu)和功能之間的聯(lián)系，構(gòu)建對材料的周期規(guī)律的認(rèn)識(shí)[6]。

三、教學(xué)反思

隨著學(xué)習(xí)的深入和知識(shí)的積累，學(xué)生需要對已有的認(rèn)知模型進(jìn)行不斷優(yōu)化和創(chuàng)新。這包括補(bǔ)充新的化學(xué)概念、完善知識(shí)結(jié)構(gòu)、更新信息處理方式等。通過不斷優(yōu)化和創(chuàng)新認(rèn)知模型，學(xué)生可以更好地適應(yīng)化學(xué)學(xué)科的發(fā)展需求，提高自己的學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力。學(xué)習(xí)效果評估是檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)成果的重要手段。學(xué)生可以通過做題、參加測試等方式，檢驗(yàn)自己對化學(xué)概念的掌握情況。同時(shí)，教師應(yīng)及時(shí)給予學(xué)生反饋，指出學(xué)習(xí)中的不足和需要改進(jìn)的地方，幫助學(xué)生更好地調(diào)整學(xué)習(xí)策略[7]。在教學(xué)研究過程中，根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)程的相關(guān)理論，建立了元素周期律核心理念的認(rèn)知模式。項(xiàng)目研究有助于建立起“元素周期規(guī)律”的認(rèn)知模式，深化“結(jié)構(gòu)影響品質(zhì)”這一基本科學(xué)問題的理解。在此基礎(chǔ)上，提出了“狀態(tài)—結(jié)構(gòu)—性質(zhì)”的概念，并提出了解決問題的方法。專題研究部分是以“工程”類型問題為主要內(nèi)容的探索性研究，旨在提高對“結(jié)構(gòu)—屬性—用途”的認(rèn)識(shí)。在開展科學(xué)研究活動(dòng)中，通過對“控變量法”的學(xué)科理念的學(xué)習(xí)，收集了許多實(shí)驗(yàn)，確立科學(xué)的基本思路，并通過文獻(xiàn)資料的檢索、資料的分析，增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐意識(shí)[8]。在課堂上，化學(xué)教師應(yīng)注意任務(wù)的系統(tǒng)與層次性，高度重視學(xué)生的學(xué)習(xí)方向、路徑及各層次的需求?；谡J(rèn)知模型的高中生化學(xué)概念學(xué)習(xí)是一種有效的學(xué)習(xí)策略，通過構(gòu)建和應(yīng)用認(rèn)知模型，學(xué)生可以更好地理解和掌握化學(xué)概念體系，深入理解微觀結(jié)構(gòu)與性質(zhì)以及宏觀變化與規(guī)律之間的關(guān)系，提高實(shí)驗(yàn)觀察和推理能力，掌握定量分析與計(jì)算的方法，并將所學(xué)應(yīng)用于實(shí)際問題解決中。同時(shí)，不斷優(yōu)化和創(chuàng)新認(rèn)知模型也是提高學(xué)習(xí)效果和創(chuàng)新能力的重要途徑。

結(jié)束語

認(rèn)知模型是個(gè)體在認(rèn)知過程中所構(gòu)建的知識(shí)結(jié)構(gòu)和信息處理方式，它幫助人們理解、解釋和預(yù)測現(xiàn)象。在化學(xué)學(xué)習(xí)中，認(rèn)知模型對于高中生系統(tǒng)地掌握化學(xué)概念、原理及規(guī)律具有重要意義。通過構(gòu)建認(rèn)知模型，學(xué)生可以更好地理解化學(xué)知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系，提高學(xué)習(xí)效率和解決問題的能力?？偠灾?，隨著學(xué)習(xí)的深入和知識(shí)的積累，學(xué)生應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對認(rèn)知模型進(jìn)行優(yōu)化升級。這包括調(diào)整概念框架、完善知識(shí)體系、改進(jìn)學(xué)習(xí)策略等方面。通過不斷優(yōu)化認(rèn)知模型，學(xué)生能夠更好地適應(yīng)化學(xué)學(xué)習(xí)的需要，提高學(xué)習(xí)效率和質(zhì)量。基于認(rèn)知模型的高中生化學(xué)概念學(xué)習(xí)是一種科學(xué)而有效的學(xué)習(xí)方法。通過運(yùn)用這種方法，學(xué)生能夠更好地理解化學(xué)概念，提高學(xué)習(xí)效果，為未來的化學(xué)學(xué)習(xí)和科學(xué)研究奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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