基于“模型認(rèn)知”的高中化學(xué)教學(xué)策略研究

陳騰杰

(福建省廈門市海滄中學(xué) 361026)

在《化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年)》中將化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)劃分為5個維度， “證據(jù)推理與模型認(rèn)知”是其中之一.學(xué)習(xí)化學(xué)需要具有化學(xué)學(xué)科特質(zhì)的思想和方法，即需要通過基于證據(jù)推理和模型認(rèn)知來解釋化學(xué)現(xiàn)象，揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律.“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”是化學(xué)學(xué)習(xí)不可或缺的認(rèn)知能力，是學(xué)生必須具備的關(guān)鍵能力和品格.在課堂教學(xué)中如何建基于“模型認(rèn)知”的解決化學(xué)問題的思維框架和模型呢？

一、認(rèn)識“模型認(rèn)知”的涵義

化學(xué)中的模型指當(dāng)客觀對象并不能直接研究時，利用想象、抽象、類比等方法，以觀念形態(tài)描述原型的某些特征、性質(zhì)、規(guī)律的抽象概念或理論，建構(gòu)的一個既簡化又能集中反映客體本質(zhì)關(guān)系的模型，如分子、原子模型，原電池與電解池模型，酸堿滴定模型等等.“模型認(rèn)知”在化學(xué)學(xué)科背景下，可以理解為是基于某種“模型”的“認(rèn)知”.《化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年)》對“模型認(rèn)知”是這樣描述的：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.因此“模型認(rèn)知”可看成是一種科學(xué)認(rèn)知方式，是學(xué)生在學(xué)完化學(xué)概念、原理后，留下的高級思維方式，是學(xué)生必備的一種能力.“模型認(rèn)知”通?？梢苑譃閮深?，其一是通過結(jié)構(gòu)模型直觀形象地認(rèn)識物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和組成，其二是為解決特定問題，通過抽象再現(xiàn)原型，建構(gòu)新型客體的科學(xué)方法.

二、構(gòu)建“模型認(rèn)知”的依據(jù)

奧蘇貝爾的學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，采用建模思想，將化學(xué)問題中次要的、非本質(zhì)的信息舍去，可使本質(zhì)的知識變得清晰，更容易納入學(xué)習(xí)者已有的知識框架中，使學(xué)生在解決化學(xué)問題時，遷移更容易.

化學(xué)的學(xué)習(xí)離不開模型，模型匹配策略是高中生解決化學(xué)問題最常用的的解決問題策略之一.利用模型匹配策略解決化學(xué)問題，通常按這樣的步驟來進(jìn)行：先分析問題，明確問題的特點(diǎn)和要求，再依據(jù)問題的特征，依據(jù)自身的認(rèn)知水平搜索與問題相匹配的模型，再依據(jù)模型去解決問題.如果不能解決問題，這時模型需要重新構(gòu)建，直至解決問題為止.

三、構(gòu)建“模型認(rèn)知”的策略

1.引領(lǐng)學(xué)生樹立模型意識

化學(xué)教學(xué)要引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行模型認(rèn)知，首先要讓學(xué)生在學(xué)習(xí)活動中認(rèn)識到模型的應(yīng)用價值，并把它當(dāng)成自己的一種學(xué)習(xí)方式，并逐漸固化.這就要求教師在教學(xué)中要設(shè)計(jì)好各類模型，要適時引導(dǎo)學(xué)生通過建模來解決問題獲取知識，并能用一定的方法使模型顯化為學(xué)生所接受.其次，教師要指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己的認(rèn)知水平選擇合適的模型，真正體會到模型的學(xué)習(xí)價值，進(jìn)而增強(qiáng)建模的意識和能力.

2.基于模型的活動提升能力

模型方法體現(xiàn)了思維的抽象和概括能力，在教學(xué)中不應(yīng)簡單展示模型，而應(yīng)做到模型展示與模型建構(gòu)相結(jié)合，從而提升學(xué)生的思維能力.如在苯的結(jié)構(gòu)教學(xué)中，可以讓學(xué)生先根據(jù)分子式來推斷結(jié)構(gòu)，再讓學(xué)生依據(jù)苯的性對自己所畫結(jié)構(gòu)進(jìn)行評價，最后教師再來介紹苯的結(jié)構(gòu)模型，這樣即可以提高學(xué)生對結(jié)構(gòu)的理解，還可以促進(jìn)學(xué)生思維能力的提升.此外，還可以通過模型制作來提升學(xué)生的實(shí)踐能力，通過模型演變來培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神，通過模型構(gòu)建與問題解決相結(jié)合來提升學(xué)生的解決問題能力.

四、基于“模型認(rèn)知”的教學(xué)設(shè)計(jì)

基于核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)在確定教學(xué)目標(biāo)時，需將對學(xué)生總體的素養(yǎng)期望具體化為課時教學(xué)目標(biāo)，并以此來確定教學(xué)內(nèi)容，選擇教學(xué)活動方式，即需要對核心素養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行解構(gòu).例如，在進(jìn)行“原電池”教學(xué)時，“模型認(rèn)知”這一素養(yǎng)轉(zhuǎn)化為具體課時目標(biāo)：以銅鋅原電池為案例，組織學(xué)生展開分析，發(fā)展學(xué)生對原電池工作原理的認(rèn)識，轉(zhuǎn)變迷思概念，構(gòu)建原電池模型，建立系統(tǒng)分析思路.

(1)分析原型.在講“原電池”時，可選擇銅鋅原電池為原型，從氧化還原反應(yīng)的角度來分析該裝置，較活潑的材料為負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，電子由負(fù)極流出經(jīng)導(dǎo)線流向正極，形成閉合的回路，溶液中的陽離子向正極方向移動.

(2)構(gòu)建模型.在分析的基礎(chǔ)上收集證據(jù)，對要點(diǎn)進(jìn)行歸納，抽取其實(shí)質(zhì)特征，在認(rèn)知系統(tǒng)中進(jìn)行歸類，建立相應(yīng)該原理的模型.要形成原電池需滿足以下幾點(diǎn)：①有自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)，發(fā)生氧化反應(yīng)的負(fù)極，反之，則為正極；②形成閉合回路；③有導(dǎo)電介質(zhì).模型構(gòu)建好后，學(xué)生就可以依據(jù)經(jīng)典原電池模型，只要將陌生的的反應(yīng)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的裝置與模型中的要素相匹配，問題就會迎刃而解.

(3)模型應(yīng)用.化學(xué)問題的設(shè)計(jì)總是依托一定的化學(xué)原理，很多學(xué)生在解答化學(xué)問題時思路不清，究其原因，是因其不懂化學(xué)本源知識、不理解化學(xué)原理，無法依據(jù)已有的模型來分析題目.在教學(xué)中，教師要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會構(gòu)建模型.例如：高考中常出現(xiàn)的涉及新型燃料電池的題，涉及新材料、新裝置，實(shí)際上這些題目主要考查的是學(xué)生能否依據(jù)物質(zhì)及其變化的信息建構(gòu)模型，并依據(jù)模型解決化學(xué)問題.燃料電池也是原電池，根據(jù)原電池原理，可以判斷一般在正極上發(fā)生還原反應(yīng)的物質(zhì)都是O2，引導(dǎo)學(xué)生建立氧氣得電子的思維模型，抓住氧元素的化合價變化規(guī)律，得電子后首先變成了O2-，只是隨著電解質(zhì)溶液的不同，其電極反應(yīng)有所不同.再根據(jù)電池的總反應(yīng)和正、負(fù)極反應(yīng)之間的關(guān)系,可以快速解答此類題型.

總之，一個好的認(rèn)知模型應(yīng)該是：能夠把復(fù)雜凌亂的內(nèi)容化繁為簡，把抽象難以觀察的內(nèi)容顯化，能夠幫助學(xué)生掌握知識本質(zhì)和核心.

*廈門市第四批基礎(chǔ)教育課程改革重點(diǎn)課題《學(xué)科核心素養(yǎng)培育視角下學(xué)科教學(xué)設(shè)計(jì)的研究》(編號Z401)的研究成果之一.

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