基于模型認知的高三化學教學實踐研究

摘 要：模型認知是化學核心素養體系的要素之一。在高三化學復習教學中，作者嘗試引導學生運用多種模型來描述和解釋化學現象，依據物質變化的信息建構認知模型，將模型與思維發展、觀察制作、問題解決相結合，形成有序、系統思維，促進學生化學核心素養的提升。

關鍵詞：模型認知；模型建構；解模；高三化學

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：A

收稿日期：2017-02-28

作者簡介：王贊華（1976—），女，福建浦城人，一級教師，本科，研究方向：高中化學教學。

一、模型輔助與思維發展相結合，提升學生思維能力

在教學中，教師充分利用直觀的模型手段，讓學生在感性認識的基礎上得出結論是一種好辦法，但筆者認為對模型的認識不該只停留在教具等基礎上。模型不僅是教學的輔助工具，更是思維工具，模型方法可以使學生的認知水平從具體向抽象，從感性思維上升為理性思維，幫助學生理解和掌握一些抽象概念、理論，對于培養學生問題轉換能力、提升學生思維能力等大有裨益。

溶液中的守恒即電荷守恒、物料守恒是重難點，也是高考熱點。在這一課筆者嘗試建構模型輔助與思維發展相結合的課堂，提升學生思維能力。

1.建構模型——思維是需要激活的

為了幫助學生提煉“電解質溶液分析認知模型”，筆者拋出問題：①電解質在溶液中產生什么粒子？是否存在溶質分子？②溶劑水以什么粒子存在？③這些粒子間是否會相互影響？影響的程度有多大？結果如何？④如何用方程式表示？層層深入的問題，引發學生積極思考，建構起一幅“電解質溶液分析認知模型”：電解質加入水—若形成溶液—分析溶質電離出陰陽離子（考慮是否有溶質分子）和溶劑水的電離—陰陽離子是否影響水的電離—影響程度，溶液中的粒子種類、數目。認知模型為后面教學提供思路，也打開學生思維的閘門，為學生的思維提供了指引。

2.思維發展——尋找課堂令人怦然心動的感覺

以Na2CO3溶液為例，根據電解質溶液認知模型，將Na2CO3固體加入水中，溶液中粒子間會有哪些相互影響呢？請學生分析：

Na2CO3 = 2Na++CO32-

H2O=H++ OH-

CO32-+H2O=HCO3-+OH-

HCO3-+ H2O=H2CO3+ OH-

請學生觀察溶液中的粒子是否有規律可循。

引導一：把所有離子找出，陽離子放一邊，陰離子放一邊，學生知道溶液總是呈電中性，即陰離子所帶負電荷總數等于陽離子所帶正電荷總數，自然歸納出電荷守恒C（Na+）+C（H+）=2C（CO32-）+ C（HCO3-） +C（OH-） ， 依葫蘆畫瓢，學生分析NaHCO3溶液時很快列出電荷守恒式子。并自主小結書寫電荷守恒注意事項：一是準確找出溶液中所有離子；二是弄清楚離子濃度與電荷關系。

引導二：尋找元素比例關系，加入水中前：n（Na）=2n（C），加入水中后：鈉元素存在形式為Na+ ，而因為CO32-水解，碳元素以CO32-、HCO3-、H2CO3形式存在，總量未變，歸納出物料守恒：C（Na+）= 2[C（CO32-）+C（HCO3）+ C（H2CO3）]，依據認知模型，學生容易分析NaHCO3溶液并列出物料守恒，再遷移到混合溶液， 歸納出只要將溶液的中粒子找全，電離與水解分析全面，抓住溶液中關鍵元素量的關系，就能正確寫出物料守恒。

師生共同總結溶液中守恒規律特點：電荷守恒全是離子，物料守恒一邊含同種元素，一般不含H+ 、 OH-，如果式子中有H+ 、OH-又有分子，則用質子守恒分析，或將電荷守恒和物料守恒合并。筆者認為一節課最核心的地方是師生處理問題、形成精彩觀念的過程，幫助學生建構認知模型，建立解決化學問題的思維框架。

二、模型觀察與模型制作相結合，培養學生實踐能力

教師有計劃地組織學生觀察和動手制作模型，如圖像繪制、搭建分子球棍模型、利用軟件制作晶體模型等，既能發揮模型的教育作用，降低學習難度，又能培養學生實踐能力和想象能力。

在高三復習《速率與平衡圖像解析》一課，筆者嘗試通過圖表轉換、圖像繪制和典例分析引導學生觀察、發現問題和形成觀點、對圖像進行建模和解模解決實際問題，培養學生實踐能力。

例1：工業上利用反應N2（g）+ 3H2（g）=2NH3（g） ?H<0 合成氨；某小組為了探究外界條件對反應影響，以COmol/L H2參加反應合成氨氣，在a、b兩種條件下分別達到平衡，如圖1。求：①a條件下，0～t0的平均反應速率v（N2）= 。②相對a而言，b可能改變的條件是 。③a條件下，t1時刻將容器體積壓縮至原來的1/2，t2時刻重新建立平衡狀態。畫出t1～t2時刻C（H2）的變化曲線。

對于問題①學生錯答為（C0-C1）/ 3t0，引導分析答案是（C0-C1）/300t0，學生意識到讀圖需關注橫、縱坐標及含義。對于問題②學生錯答加壓，交流討論得出答案是增大氮氣濃度，得出讀圖需關注趨勢和曲線間的關系。問題③總結畫圖關鍵是確定起點和終點。在有針對性地分析例1的基礎上，進一步給出有悖于勒夏特列原理的例2，學生通過親自繪制圖像和正確答案的對比使思維處于憤、悱的狀態，筆者引導學生從定量角度研究平衡移動需比較QC和K的大小，平衡移動后，溫度不變，K不變，CO2濃度也就沒變，小結定量角度解讀圖像的思維方法。

例2：一定溫度1L密閉容器中放入足量草酸鈣（固體所占體積忽略不 計）發生反應：CaC2O4（s）=CaO（s）+

CO（g）+ CO2（g）。若某時刻達平衡時C（CO2）=C；t0時刻，將容器體積縮小為原來的一半并固定不變，在t1時刻再次達平衡，如圖2。請在圖中畫出t0后體系中CO2的濃度隨時間變化的圖像。

兩道例題均以圖像繪制作為學習支架，模型觀察與制作相結合，讓學生體驗畫圖過程，分析讀圖注意點，引導學生自主總結讀圖的思路和方法，建構化學圖像認知模型：軸（橫、縱坐標）—點（起點、終點、特殊點）—線（趨勢）—面（曲線關聯）。通過典例分析，筆者引導學生歸納圖像解模過程，從面—線—軸—點，快速準確找切入點，綜合運用定性分析和定量計算，培養學生實踐能力。

三、模型建構與問題解決相結合，培養學生創新精神

模型的教育意義是通過建構來實現的。模型建構需要學生確定對象，觀察、實驗，運用已學知識進行假設、推導、歸納，使對象直觀化和簡化，學生在活動思考中體會模型的建構方法，將模型方法轉化為認知圖式，解決實際問題，這對學生創新能力培養是很有好處的。

對于一些平衡問題，模型建構方法幾乎不可替代。例如：密閉容器中充入2mol NO2氣體，建立如下平衡：2NO2=

N2O4，測得NO2轉化率為a%，在溫度、體積不變時，再通入2mol NO2，待新平衡建立時，測得 NO2轉化率為b%，則a與b比較：（ ）

A.a=b B.ab D.無法確定

筆者引導學生在解題時建立虛擬平衡模型，問題就變得簡單許多，2mol NO2在1VL容器中，建立虛擬平衡模型 4mol NO2在2VL容器中，兩者等效，轉化率是相等的，而把4mol NO2在2VL容器中壓縮為VL，壓強增大，平衡右移，轉化率增大，故選B。

總之，教師在高中化學教學實踐中努力踐行，充分重視模型教學法，以教學目標和學生發展為主線，通過有效、合理的模型建構引導學生逐步思考問題，理解掌握核心概念和原理，在相關問題上獲得新知識，得到新方法，對促進學生化學核心素養的提升等大有裨益。

參考文獻：

[1]王寶斌.發展學生化學核心素養的三大策略[J].中學化學教學參考，2016（17）：10-12 .

[2]張 瓊.科學理論模型的建構[M].杭州：浙江科學技術出版社，1990：2-3.