認知模型的建構在高中化學教學中的研究

摘 要：基礎教育課程改革倡導以學生為本全面提高學生的科學素養(yǎng)，強調(diào)在完成知識與技能培養(yǎng)的同時，也要培養(yǎng)學生化學學科核心素養(yǎng).本文以“不同價態(tài)含硫物質(zhì)的轉(zhuǎn)化”為例，論述了在化學教學中，教師建構認知模型，按照模型進行教學，從而達到知識系統(tǒng)化、結構化、科學化的目的.

關鍵詞：認知模型；高中化學；高中教學

中圖分類號：G632

文獻標識碼：A

文章編號：1008-0333（2024）30-0116-03

收稿日期：2024-07-25

作者簡介：付含竹（2002.2—），女，吉林省四平人，碩士，從事中學化學教學研究；

趙麗娜（1975.8—），女，吉林省四平人，博士，教授，碩士生導師，從事中學化學教學研究.

基金項目：吉林省高等教育教學改革研究課題“地方高校應用化學專業(yè)‘校企合作’人才培養(yǎng)模式可持續(xù)發(fā)展及效果研究評價”（編號：20224BRZ12P004T）.

在《普通高中化學課程標準（2017年版）》中，化學學科核心素養(yǎng)中的模型認知素養(yǎng)要求學生能夠通過分析、推理等方法來認識研究對象的本質(zhì)特征、構成要素及其相互關系，從而構建出認知模型，并能夠運用模型來解釋化學現(xiàn)象，揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律.在高中教學中，教師需要幫助學生形成全面的知識體系^［1］，創(chuàng)建精準的認知模型，使知識更加結構化、系統(tǒng)化.

1 教材分析

人教版高中化學必修第二冊第五章的內(nèi)容是化工生產(chǎn)的重要非金屬元素.以前教師們習慣的元素化合物整體教學，大致是從存在、性質(zhì)、結構、用途等方面展開知識的梳理歸納，并搭配典型的習題進行鞏固練習.由于部分教師認知思路的缺乏和視角的單一，導致授課缺乏知識的整體關聯(lián)性，因此很難將其運用到真實問題情境中.在學習過程中，學生也會覺得元素化合物知識繁、亂、雜、難.

2 教學思想

在素質(zhì)教育的背景下，教師由“知識的傳授者”向“課程的創(chuàng)造者”“課程的開發(fā)者”進行角色轉(zhuǎn)換，同時面臨著新的考驗，教師必須以“素養(yǎng)為本”的教學理念為指導，用創(chuàng)新的理論思路來提高化學課堂質(zhì)量，從而促進學生化學學科核心素養(yǎng)的提升.教師要引導學生利用價態(tài)觀和物質(zhì)分類觀，幫助學生建立一系列完整的認知模式^［2］.

教師通過上述手段，讓學生了解氯、氮、硫及其他重要的化合物的基本特性^［3］和它們在生產(chǎn)生活中的用途，以及它們對生態(tài)環(huán)境的影響，這是一個重要課題.

3 建構認知模型

硫及其化合物之間的轉(zhuǎn)化是構建在氧化還原知識基礎之上的.通過構建認知模型，按照嚴謹?shù)倪壿嬀€去進行教學，可以達到更好的教學效果，幫助學生順利完成知識的整合，從而學以致用，達到舉一反三的效果，讓學生自如地解決問題.針對本次教學，建立認知模型如圖1.

4 教學目標

（1）展開新視角，以物質(zhì)所屬類別和化合價為分類依據(jù)，探究含硫物質(zhì)的轉(zhuǎn)化的規(guī)律.

（2）學生應用氧化還原和復分解反應原理，書寫含硫物質(zhì)間轉(zhuǎn)化的化學方程式和離子方程式.

（3）通過分析——綜合——再分析——再綜合的科學方法構建認知模型，梳理知識網(wǎng)絡.

5 教學過程

5.1 聯(lián)系實際，情境帶入

［情境導入］ 展示自然界中豐富的硫元素，從火山爆發(fā)處產(chǎn)生的硫、朱砂HgS、硫鐵礦FeS₂等天然硫礦物.這些物質(zhì)在空氣中可轉(zhuǎn)化為SO₂、SO₃，有的被植物和動物分解產(chǎn)生含硫蛋白和H₂S等.

［教師活動］ 自然界中含有大量的硫化物，元素是組成物質(zhì)的基本成分，而硫是一個豐富物質(zhì)體系的重要組成部分.如此絢麗多彩的物質(zhì)世界，是怎樣完成的物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化呢？

設計意圖：執(zhí)行認知模型中回顧舊知和問題解決步驟，在情境中激發(fā)學生認知發(fā)展，建立起“物質(zhì)是由元素組成，但元素是不變的”守恒觀，這些觀點在這節(jié)課的學習中扮演“先行組織者”的角色^［4］.

5.2 利用認知模型，展開教學

［活動1］列舉不同價態(tài)含硫物質(zhì)，根據(jù)價態(tài)判斷其性質(zhì).

［學生活動］復習硫元素的化合價，依據(jù)氧化還原口訣去對應物質(zhì)的氧化性或還原性.

［教師活動］與學生一起回顧氧化還原知識，化合價能夠升高的物質(zhì)，具有還原性，化合價能夠降低的物質(zhì)，具有氧化性.

設計意圖：通過任務驅(qū)動的方式，教師引導學生自主建立起含硫物質(zhì)間相互轉(zhuǎn)換觀點，為建立硫及各化合物之間的相互轉(zhuǎn)化知識網(wǎng)絡奠定基礎.

［活動2］布置任務，讓學生小組合作自主繪制價態(tài)二維圖.

［學生活動］學生小組合作并展開討論，以物質(zhì)類別為橫坐標，以硫元素化合價為縱坐標，繪制完成硫的價態(tài)二維圖.

［教師活動］對學生小組合作完成的價態(tài)二維圖進行檢查對照，評價并鼓勵學生積極探索，以形成嚴謹?shù)倪壿嬎季S.繪制出完整的硫的價態(tài)二維圖，如圖2.布置下一個任務：讓學生對物質(zhì)進行分類，并書寫出相應的物質(zhì)轉(zhuǎn)化的化學方程式.

設計意圖：執(zhí)行建構認知模型的步驟，以學生為主體進行教學，以問題探究的方式幫助學生建立相互轉(zhuǎn)化思想^［5］.這樣提供了教學新視角，挖掘了教學中蘊涵的“分類思想”“轉(zhuǎn)化思想”“本質(zhì)規(guī)律”.

［學生活動］回顧必修一所學的物質(zhì)分類及轉(zhuǎn)化，對上述硫的化合物進行分類，按照自身的思維或邏輯順序書寫相應的化學方程式.含硫物質(zhì)的連續(xù)氧化如下：

H₂S少量O₂S O₂SO₂O₂SO₃H₂O" H₂SO₄

［教師活動］物質(zhì)類別可以幫助我們理解它們的性質(zhì)，不同價態(tài)的含硫化合物之間的關系與反應規(guī)律是密切相關的.

設計意圖：回顧舊知，利用直觀的圖像呈現(xiàn)物質(zhì)價態(tài)，從而完成知識的整合，使以語言文字呈現(xiàn)的知識變得生動，便于學生記憶和探索物質(zhì)轉(zhuǎn)化的規(guī)律.

［教師活動］請同學們觀察含硫化合物的轉(zhuǎn)化中元素化合價的變化規(guī)律.

［學生活動］觀察硫的價態(tài)二維圖，發(fā)現(xiàn)當硫元素化合價升高或降低時，一般升高或降低到相鄰價態(tài)，如圖3.

［教師活動］總結并展開新視角，物質(zhì)間硫元素處于相鄰價態(tài)時一般不發(fā)生氧化還原反應.

［學生活動］在腦海中建構認知模型，利用模型整合元素及其化合物的知識，將知識融會貫通.

［教師活動］和學生一起梳理硫相關物質(zhì)轉(zhuǎn)化的化學方程式，使得知識呈現(xiàn)清楚并條理清晰.

設計意圖：再現(xiàn)知識，知識重復出現(xiàn)的頻率越高，出現(xiàn)形式越直觀，越有利于學生記憶、遷移和應用.

［教師活動］尋找例題，檢驗知識的遷移程度和學生的掌握程度，對疑難部分再次進行復盤講解.

設計意圖：執(zhí)行認知模型中的知識遷移步驟，在實際應用中培養(yǎng)學生化學學科核心素養(yǎng).

5.3 聯(lián)系生活生產(chǎn)實際，解決問題并小結

［教師活動］回憶情境導入，通過對硫及其化合物知識的整合，我們可以解釋物質(zhì)的循環(huán)和轉(zhuǎn)化了嗎？

［學生活動］硫可以和金屬、氫氣、氧氣等物質(zhì)化合，轉(zhuǎn)變?yōu)楹蚧衔?，再通過一系列氧化還原反應，形成豐富的物質(zhì).

設計意圖：聯(lián)系生活生產(chǎn)實際，激發(fā)學生深入挖掘的學習興趣，使知識整合更加完善.以后其他知識的學習和整合，如果有了認知模型的輔助，也會更加游刃有余、事半功倍^［6］.

6 教學效果與反思

知識點放在認知模型中，便于學生理解掌握和挖掘知識的多重價值，對于挖掘?qū)W生潛力、激發(fā)學生對化學學習的興趣有重要意義，這也要求教師擁有更好的教學能力、更強的自身素質(zhì)、扎實的專業(yè)技能.在教學過程中采用情境創(chuàng)設法、小組討論法，有利于學生學習和身心發(fā)展，可以增強對知識的整體把控，幫助學生逐步理解知識的內(nèi)涵和真諦.

7 結束語

綜上，利用認知模型進行高中知識教學，可以適應高中階段課程及學生特點.認知模型具有適用性與合理性，認知模型的建構對于提高學生學習效率和學生發(fā)展水平具有重要意義.這樣更能培養(yǎng)學生化學學科核心素養(yǎng)，使學生養(yǎng)成嚴密清晰的邏輯，從而培養(yǎng)出具有創(chuàng)新精神和實踐能力、能應對未來社會挑戰(zhàn)的人.

參考文獻：

［1］ 劉婷.基于“價-類二維圖”的“硫及其化合物的轉(zhuǎn)化”高三一輪復習課［J］.中學化學教學參考，2023（17）：59-63.

［2］ 馬艷輝，梅才宏.“素養(yǎng)為本”的高中化學課堂教學設計與實踐研究：以《硫及其化合物》的單元教學設計為例［J］.安徽教育科研，2023（14）：36-38.

［3］ 池美釵.基于化學觀念建構的主題式進階復習教學策略：以“硫及其化合物”復習為例［J］.化學教與學，2022（21）：54-57.

［4］ 喻華.學科大觀念引領元素化合物性質(zhì)的深度學習：“硫及其化合物”的課例研究［J］.化學教與學，2022（20）：58-60.

［5］ 李博寧，揭佳莉.基于“價-類二維”模型的硫及其化合物的教學設計［J］.數(shù)理化學習（高中版），2022（8）：61-64.

［6］ 符吉霞，陳程.指向深度學習的高中化學單元教學設計研究：以“硫及其化合物”為例［J］.教育與裝備研究，2022，38（7）：28-33.

［責任編輯：季春陽］