基于模型認(rèn)知的高三化學(xué)復(fù)習(xí)

許美蓮

摘要： 模型認(rèn)知是化學(xué)核心素養(yǎng)的要素之一。在高三化學(xué)復(fù)習(xí)教學(xué)研究中，致力于構(gòu)建知識模型、思維模型、答題模型等多種認(rèn)知模型，不斷引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用模型來描述化學(xué)現(xiàn)象并解釋化學(xué)原理，有利于促進(jìn)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的全面提升。

關(guān)鍵詞： 模型認(rèn)知; 高三化學(xué); 復(fù)習(xí)教學(xué)

文章編號： 1005-6629（2019）2-0075-05??????????? 中圖分類號： G633.8??????????? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

1? 問題的提出

2009年，美國正式提出21世紀(jì)核心技能，其中包括學(xué)習(xí)與創(chuàng)新技能（創(chuàng)造力與創(chuàng)新、批判思維與問題解決、交流溝通與合作），而運(yùn)用批判思維進(jìn)行問題解決往往需要構(gòu)建模型[1]。《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中指出與模型構(gòu)建相關(guān)的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)水平是： 能對復(fù)雜的化學(xué)問題情境中的關(guān)鍵要素進(jìn)行分析以建構(gòu)相應(yīng)的模型;能選擇不同模型綜合解釋或解決復(fù)雜的化學(xué)問題;能指出所建模型的局限性，探尋模型優(yōu)化需要的證據(jù)[2]。

在傳統(tǒng)的高三復(fù)習(xí)備考中，學(xué)生的認(rèn)知僅停留在對知識點(diǎn)的梳理和羅列，解題能力的提升依賴重復(fù)而機(jī)械的題海訓(xùn)練。這些雖能提升學(xué)生解題的熟練程度，但這種基于知識記憶的淺層復(fù)習(xí)會造成知識的碎片化、理解的膚淺化、思維的呆板化[3]。化學(xué)復(fù)習(xí)教學(xué)中若缺乏對“模型認(rèn)知”素養(yǎng)的意識，不注重引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)知識模型、思維模型，學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)便得不到提升。高三化學(xué)復(fù)習(xí)中亟需幫助學(xué)生形成認(rèn)知模型，使知識結(jié)構(gòu)化、思維可視化，提升學(xué)生的整合思維和深度學(xué)習(xí)能力。復(fù)習(xí)課的重要任務(wù)之一是幫助學(xué)生建構(gòu)基礎(chǔ)知識框架和各種思維模型[4]。

2? 構(gòu)建教學(xué)模型，提高復(fù)習(xí)效率

模型認(rèn)知是指人類用化學(xué)方法探索未知世界時(shí)，除了對客觀實(shí)驗(yàn)事實(shí)進(jìn)行橫向比較、縱向歸納外，還應(yīng)通過抽象和簡化的方法建構(gòu)認(rèn)知模型，再利用模型進(jìn)一步認(rèn)知未知物質(zhì)及其規(guī)律的過程[5]。

2.1? 構(gòu)建知識模型，夯實(shí)基礎(chǔ)知識

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)的知識變得更為清晰，更容易納入學(xué)習(xí)者已有的知識框架中，使教師在教學(xué)時(shí)，正向遷移變得更容易。

引導(dǎo)學(xué)生在建構(gòu)模型的過程中，使知識系統(tǒng)化、組織化和結(jié)構(gòu)化，有助于學(xué)生對化學(xué)知識的記憶、貯存、再現(xiàn)和遷移，引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)知識模型，增強(qiáng)學(xué)生對高中化學(xué)基礎(chǔ)知識的記憶。

元素及其化合物這部分內(nèi)容多，建構(gòu)知識模型，記憶效果會讓人感到妙不可言。如金屬單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)及有關(guān)化學(xué)方程式的復(fù)習(xí)，以金屬鈉的化學(xué)性質(zhì)為基準(zhǔn)構(gòu)建模型（見圖1）。

學(xué)生在教師的指引下完成以上模型的相關(guān)內(nèi)容后，讓學(xué)生畫出鈉、鎂、鋁的原子結(jié)構(gòu)示意圖并寫出元素化合價(jià)，比較它們的活動性;再讓學(xué)生根據(jù)金屬單質(zhì)的通性，動腦動筆推出鎂、鋁、鐵、銅的共性相關(guān)的化學(xué)方程式;再鼓勵學(xué)生在結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的思想指導(dǎo)下，在“個性”的層面上下功夫。如反應(yīng)條件、金屬的活動性、元素化合價(jià)等方面的不同，在“共性”基礎(chǔ)上加上“個性”，如鎂加上與CO2、 N2的反應(yīng)，鋁加上跟強(qiáng)堿反應(yīng)、鋁熱反應(yīng)……這樣，學(xué)生復(fù)習(xí)鈉，通過聯(lián)想推理進(jìn)而復(fù)習(xí)了鎂、鋁、鐵和銅四種金屬單質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)及有關(guān)化學(xué)方程式。

“共性”與“個性”的巧妙結(jié)合，將多種物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)及幾十條化學(xué)方程式的記憶內(nèi)容通過最簡單的方式呈現(xiàn)，給學(xué)生感性上的認(rèn)識，而且是學(xué)生親自動手完成，更利于學(xué)生對此知識點(diǎn)的體會與識記。“學(xué)一得五”，突破了化學(xué)要記的東西多不好記的難點(diǎn)，還培養(yǎng)了學(xué)生構(gòu)建知識模型的能力。

化學(xué)教學(xué)中學(xué)生在掌握分子、原子、離子等概念時(shí)，從宏觀深入到微觀有一定的困難，教學(xué)中若不致力于化學(xué)模型的建構(gòu)，就會既割斷宏觀現(xiàn)象與微觀結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系，也割斷了認(rèn)識發(fā)展與學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、形成知識結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系。其結(jié)果是造成學(xué)生化學(xué)基本觀念的匱乏，造成化學(xué)教學(xué)科學(xué)素養(yǎng)教育價(jià)值的貧乏。解決這一矛盾的有效方式之一，就是利用模型建構(gòu)促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)，在化學(xué)教學(xué)中形成物質(zhì)性質(zhì)及其變化的規(guī)律知識與化學(xué)模型的相互融合，促進(jìn)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的提高[6]。圍繞學(xué)科知識結(jié)構(gòu)和思維方法展開復(fù)習(xí)教學(xué)，處理好物質(zhì)性質(zhì)的共性與個性的關(guān)系，以化學(xué)“宏微符”三重表征理論為指導(dǎo)，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)、理解化學(xué)變化時(shí)能夠把化學(xué)內(nèi)容所包含的宏觀、微觀、符號三個表征方式有機(jī)地結(jié)合起來，深刻認(rèn)識研究對象，對知識、技能和能力的遷移以及創(chuàng)造性解決問題，都會有很大的幫助。

2.2? 建構(gòu)思維模型，提高思維品質(zhì)

化學(xué)模型的大部分內(nèi)容都是思維的產(chǎn)物，這就要求我們在化學(xué)模型的建構(gòu)中要從最簡單的問題開始，即從思維的起點(diǎn)開始，學(xué)習(xí)具體知識、掌握化學(xué)思想和方法、探尋答案，循序漸進(jìn)構(gòu)建化學(xué)認(rèn)知模型[7]。

我們在教學(xué)中難免會出現(xiàn)錯誤，如以偏概全的經(jīng)驗(yàn)型錯誤、簡單遷移的想當(dāng)然型錯誤、專業(yè)匱乏的科學(xué)性錯誤、忽視細(xì)節(jié)的定勢思維型錯誤等。為了科學(xué)地解決這些教學(xué)問題，就意味著要在提出（明確）問題的基礎(chǔ)上，做出科學(xué)的假設(shè)，選擇并運(yùn)用合適的方法，收集充足的、有根據(jù)的事實(shí)性證據(jù)材料，再通過分析、歸納和論證，收獲探究結(jié)論。因此，我們的教學(xué)也應(yīng)該逐步地從傳授事實(shí)、掌握學(xué)科知識層面上升到使用事實(shí)、發(fā)展學(xué)科觀念、建構(gòu)思維模型上來。

2.2.1? 建構(gòu)整體思維模型

硝酸與金屬反應(yīng)的相關(guān)化學(xué)方程式以及綜合計(jì)算，對學(xué)生的要求較高。學(xué)生難以主動將新課所學(xué)的內(nèi)容整合形成系統(tǒng)的認(rèn)識。復(fù)習(xí)課的重要任務(wù)之一是幫助學(xué)生建構(gòu)基礎(chǔ)知識和整體思維模型。硝酸與金屬反應(yīng)的思維模型如圖2所示。

在進(jìn)行硝酸與金屬反應(yīng)的復(fù)習(xí)教學(xué)時(shí)我們需要用系統(tǒng)、整體的思維。以硝酸為思考起點(diǎn)，以硝酸中氮元素為核心經(jīng)過知識點(diǎn)的全面梳理幫助學(xué)生進(jìn)一步理解硝酸與金屬反應(yīng)的本質(zhì)，進(jìn)而對酸的性質(zhì)、原子守恒、得失電子守恒和離子方程式整合形成一個充分體現(xiàn)學(xué)科內(nèi)在邏輯的知識框架和思維結(jié)構(gòu)。

2.2.2? 建構(gòu)有序思維模型

培養(yǎng)學(xué)生的有序思維，理解化學(xué)平衡圖像（見圖3）。

將分析問題的過程與思維可視化，有利于幫助學(xué)生組織相關(guān)知識和信息，引導(dǎo)學(xué)生清晰而有邏輯地思考，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識分析和解決相關(guān)問題。

2.2.3? 建構(gòu)創(chuàng)新思維模型

在化學(xué)教學(xué)中，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的重要載體，若教師能對教材實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一些改進(jìn)，時(shí)常給予學(xué)生一些改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新機(jī)會，不僅能豐富課堂教學(xué)、優(yōu)化復(fù)習(xí)教學(xué)效果，對學(xué)生創(chuàng)新意識的喚醒和創(chuàng)新思維的鍛煉也是大有裨益的[8]。

如根據(jù)防倒吸原理創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置（以用水吸收氨氣為例），引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考，提出進(jìn)一步改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的設(shè)想。經(jīng)過學(xué)生一輪熱烈的討論和設(shè)計(jì)，得到以下三種類型創(chuàng)新裝置： （1）肚容式（圖4中的發(fā)散源及Ⅰ和Ⅱ）;（2）接收式（圖4中的Ⅲ、 Ⅳ、 Ⅴ）;（3）隔離式（圖4中的Ⅵ、 Ⅶ）。

在實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中，適時(shí)引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和形式上進(jìn)行一些力所能及的創(chuàng)新，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新熱情。發(fā)揮創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的教育功能，努力培育學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和創(chuàng)新精神。

2.2.4? 建構(gòu)推理思維模型

引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行嚴(yán)密的邏輯推理，建構(gòu)推理思維模型。能依據(jù)各類物質(zhì)及其反應(yīng)的不同特征尋找充分的證據(jù)，解釋證據(jù)與結(jié)論之間的關(guān)系;能對復(fù)雜的化學(xué)問題情境中的關(guān)鍵要素進(jìn)行分析以建構(gòu)相應(yīng)的模型[9]。如圖5所示為幫助學(xué)生建立判斷化學(xué)平衡移動方向的思維模型。

2.3? 建構(gòu)解題模型，理清解題思路

2.3.1? 根據(jù)守恒定律建模，突破電化學(xué)綜合計(jì)算

電化學(xué)綜合計(jì)算，如幾個電解池串聯(lián)的計(jì)算，學(xué)生往往將每個電解池的總化學(xué)方程式寫出來配平后才找到各物質(zhì)間的物質(zhì)的量的關(guān)系，導(dǎo)致解題過程耗時(shí)多。現(xiàn)分析該解題思路如下。

（1） 解題關(guān)鍵： 根據(jù)得失電子守恒定律建立起已知量與未知量之間的橋梁，構(gòu)建計(jì)算所需的關(guān)系式。

（2） 思維建模： 如以通過4mole-為橋梁可構(gòu)建如圖6的思維模型。

該思維模型具有總攬電化學(xué)計(jì)算的作用和價(jià)值，準(zhǔn)確判斷電極產(chǎn)物，便能快速解答常見的電化學(xué)計(jì)算問題，使思維過程化繁為簡。

2.3.2? 根據(jù)解題思路建模，突破工藝流程題

化學(xué)工藝流程題是將化工生產(chǎn)中的生產(chǎn)流程用框圖形式表示出來，并根據(jù)生產(chǎn)流程中有關(guān)的化學(xué)知識步步推進(jìn)，是無機(jī)框圖題的一種創(chuàng)新。它以現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)為基礎(chǔ)，與化工生產(chǎn)成本、產(chǎn)品提純、環(huán)境保護(hù)等相融合，考查物質(zhì)的制備、檢驗(yàn)、分離或提純等基本實(shí)驗(yàn)原理在化工生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用，具有較強(qiáng)的綜合性，學(xué)生在解答這類無機(jī)化學(xué)工藝流程題時(shí)往往無從下手。

提高學(xué)生對這類題的解題能力，就是幫助學(xué)生建構(gòu)無機(jī)化學(xué)工藝流程題的解題思維模型： 原材料→核心化學(xué)反應(yīng)→產(chǎn)品分離提純，化整為零巧破題。如： [2015新課標(biāo)全國卷Ⅰ，27節(jié)選]硼及其化合物在工業(yè)上有許多用途，以鐵硼礦（主要成分為Mg2B2O5·H2O和Fe3O4，還有少量的Fe2O3、 FeO、 CaO、 Al2O3、 SiO2等）為原料制備硼酸（H3BO3）的工藝流程如圖7所示。

本題解題思路模型如圖8所示。

在建模教學(xué)中，要注意引導(dǎo)學(xué)生形成從物質(zhì)或流程本身出發(fā)去分析問題的思維模式，切不可脫離實(shí)際問題談模型。這樣，一旦建立了某一工藝流程的模型，就把流程中涉及的物質(zhì)的性質(zhì)、設(shè)備或裝置的使用、副產(chǎn)物的分離利用、資源的回收等問題有機(jī)地結(jié)合起來，各部分知識交互運(yùn)作，避免知識的遺忘和模型的錯誤匹配，形成知識的“螯合反應(yīng)”[10]。

講究規(guī)范，追求細(xì)節(jié)。細(xì)節(jié)決定成敗，因此在復(fù)習(xí)中還要注意抓表達(dá)、解題、實(shí)驗(yàn)等細(xì)節(jié)，幫助學(xué)生建構(gòu)答題模型，促使答題規(guī)范化，逐步提高化學(xué)學(xué)習(xí)質(zhì)量。

其一，教師做規(guī)范的模范。教師的語言表達(dá)要嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)、準(zhǔn)確，實(shí)驗(yàn)操作示范到位等。

其二，學(xué)生做規(guī)范的典范。嚴(yán)格要求，使學(xué)生的表達(dá)、解題、實(shí)驗(yàn)規(guī)范、正確。

3? 反思總結(jié)

嘗試基于模型認(rèn)知的高三化學(xué)復(fù)習(xí)，改變過去傳統(tǒng)的按課本內(nèi)容“炒冷飯”式的回顧整理知識點(diǎn)的高三化學(xué)復(fù)習(xí)模式，將零散的化學(xué)知識進(jìn)行整合，讓學(xué)生在建構(gòu)知識模型的同時(shí)，加深對知識的理解。優(yōu)化學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，有助于學(xué)生對有關(guān)化學(xué)的問題作出符合科學(xué)倫理的結(jié)論和形成認(rèn)知模型，提升學(xué)生的整合思維，培養(yǎng)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)能力，使我們的教學(xué)逐步從傳授事實(shí)、掌握學(xué)科知識層面上升到使用事實(shí)、發(fā)展學(xué)科觀念、建構(gòu)思維模型上來。引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)思維模型，形成有序的系統(tǒng)思維，提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，從而大大提高高三化學(xué)復(fù)習(xí)效率。

課堂教學(xué)的過程就是師生互動的過程。若教師缺乏較高的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)，對所教內(nèi)容理解不深刻，在建模時(shí)不遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，對偶發(fā)問題處理不到位，就無法深入淺出地給學(xué)生以啟發(fā)、引領(lǐng)，也就不可能正確有效地指導(dǎo)和支持學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)也就成為一紙空談[11]。學(xué)生的核心素養(yǎng)要得到有效培養(yǎng)，其關(guān)鍵在于教師應(yīng)該具有核心素養(yǎng)。只有教師具有核心素養(yǎng)，學(xué)生的核心素養(yǎng)發(fā)展才有可能性。因此，化學(xué)教師需要加強(qiáng)學(xué)習(xí)，提高自身化學(xué)專業(yè)水平，努力成為創(chuàng)新型、學(xué)者型教師，這不僅有利于培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，同時(shí)還培養(yǎng)了高中化學(xué)教師的核心素養(yǎng)，促進(jìn)教師專業(yè)的發(fā)展。

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