基于“模型認知”的高中化學教學策略研究

陳騰杰

(福建省廈門市海滄中學 361026)

在《化學課程標準(2017年)》中將化學學科核心素養劃分為5個維度， “證據推理與模型認知”是其中之一.學習化學需要具有化學學科特質的思想和方法，即需要通過基于證據推理和模型認知來解釋化學現象，揭示現象的本質和規律.“證據推理與模型認知”是化學學習不可或缺的認知能力，是學生必須具備的關鍵能力和品格.在課堂教學中如何建基于“模型認知”的解決化學問題的思維框架和模型呢？

一、認識“模型認知”的涵義

化學中的模型指當客觀對象并不能直接研究時，利用想象、抽象、類比等方法，以觀念形態描述原型的某些特征、性質、規律的抽象概念或理論，建構的一個既簡化又能集中反映客體本質關系的模型，如分子、原子模型，原電池與電解池模型，酸堿滴定模型等等.“模型認知”在化學學科背景下，可以理解為是基于某種“模型”的“認知”.《化學課程標準(2017年)》對“模型認知”是這樣描述的：知道可以通過分析、推理等方法認識研究對象的本質特征、構成要素及其相互關系，建立認知模型，并能運用模型解釋化學現象，揭示現象的本質和規律.因此“模型認知”可看成是一種科學認知方式，是學生在學完化學概念、原理后，留下的高級思維方式，是學生必備的一種能力.“模型認知”通常可以分為兩類，其一是通過結構模型直觀形象地認識物質的結構和組成，其二是為解決特定問題，通過抽象再現原型，建構新型客體的科學方法.

二、構建“模型認知”的依據

奧蘇貝爾的學習理論認為，采用建模思想，將化學問題中次要的、非本質的信息舍去，可使本質的知識變得清晰，更容易納入學習者已有的知識框架中，使學生在解決化學問題時，遷移更容易.

化學的學習離不開模型，模型匹配策略是高中生解決化學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問題，通常按這樣的步驟來進行：先分析問題，明確問題的特點和要求，再依據問題的特征，依據自身的認知水平搜索與問題相匹配的模型，再依據模型去解決問題.如果不能解決問題，這時模型需要重新構建，直至解決問題為止.

三、構建“模型認知”的策略

1.引領學生樹立模型意識

化學教學要引領學生進行模型認知，首先要讓學生在學習活動中認識到模型的應用價值，并把它當成自己的一種學習方式，并逐漸固化.這就要求教師在教學中要設計好各類模型，要適時引導學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生所接受.其次，教師要指導學生根據自己的認知水平選擇合適的模型，真正體會到模型的學習價值，進而增強建模的意識和能力.

2.基于模型的活動提升能力

模型方法體現了思維的抽象和概括能力，在教學中不應簡單展示模型，而應做到模型展示與模型建構相結合，從而提升學生的思維能力.如在苯的結構教學中，可以讓學生先根據分子式來推斷結構，再讓學生依據苯的性對自己所畫結構進行評價，最后教師再來介紹苯的結構模型，這樣即可以提高學生對結構的理解，還可以促進學生思維能力的提升.此外，還可以通過模型制作來提升學生的實踐能力，通過模型演變來培養學生的科學精神，通過模型構建與問題解決相結合來提升學生的解決問題能力.

四、基于“模型認知”的教學設計

基于核心素養的教學設計在確定教學目標時，需將對學生總體的素養期望具體化為課時教學目標，并以此來確定教學內容，選擇教學活動方式，即需要對核心素養目標進行解構.例如，在進行“原電池”教學時，“模型認知”這一素養轉化為具體課時目標：以銅鋅原電池為案例，組織學生展開分析，發展學生對原電池工作原理的認識，轉變迷思概念，構建原電池模型，建立系統分析思路.

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

(2)構建模型.在分析的基礎上收集證據，對要點進行歸納，抽取其實質特征，在認知系統中進行歸類，建立相應該原理的模型.要形成原電池需滿足以下幾點：①有自發進行的氧化還原反應，發生氧化反應的負極，反之，則為正極；②形成閉合回路；③有導電介質.模型構建好后，學生就可以依據經典原電池模型，只要將陌生的的反應、結構復雜的裝置與模型中的要素相匹配，問題就會迎刃而解.

(3)模型應用.化學問題的設計總是依托一定的化學原理，很多學生在解答化學問題時思路不清，究其原因，是因其不懂化學本源知識、不理解化學原理，無法依據已有的模型來分析題目.在教學中，教師要引導學生學會構建模型.例如：高考中常出現的涉及新型燃料電池的題，涉及新材料、新裝置，實際上這些題目主要考查的是學生能否依據物質及其變化的信息建構模型，并依據模型解決化學問題.燃料電池也是原電池，根據原電池原理，可以判斷一般在正極上發生還原反應的物質都是O2，引導學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律，得電子后首先變成了O2-，只是隨著電解質溶液的不同，其電極反應有所不同.再根據電池的總反應和正、負極反應之間的關系,可以快速解答此類題型.

總之，一個好的認知模型應該是：能夠把復雜凌亂的內容化繁為簡，把抽象難以觀察的內容顯化，能夠幫助學生掌握知識本質和核心.

*廈門市第四批基礎教育課程改革重點課題《學科核心素養培育視角下學科教學設計的研究》(編號Z401)的研究成果之一.

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