基于模型認知素養能力培養的高中化學教學實踐研究

摘?要：本文立足教學實踐，闡明模型認知的內涵，通過教學實踐研究建立認知模型能力的路徑，提出可行性措施，在高中化學教學中落實模型認知核心素養。

關鍵詞：模型認知;建模能力;高中化學

2021年福建省實施“3+1+2”新高考模式，不再編寫考綱，只有新課標。高考化學試題必然注重對學科核心素養的考查，化學學科核心素養之一為證據推理與模型認知，這是化學素養的思維核心，是考查的重點，本文立足本校教學實踐闡明如何發展和提升學生的建立模型認知能力。

一、?模型認知素養培養現狀分析

立足本校化學教學實際，第一學期期末分別對本校三個年段進行調查分析如下：

（一）高一學生無法有效建立相關核心知識體系的思維模型

讓學生從必修一金屬元素鈉鎂鋁鐵中任選一種元素畫出物質轉化的思維模型導圖，大部分學生只能做到對課本知識的復述而無法建構元素化合物相關知識體系思維模型，導致元素化合物知識無法系統化。元素化合物知識在高一上新課時學生就感覺知識點多且零散，高三復習時總是費時費力，一輪二輪復習過后又易忘記，使元素化合物的復習課停留在較低的認知水平，效率極低。

（二）高二學生無法有效建立相關化學理論深層次思維模型

讓學生分析化學平衡體系中平衡常數Kp、Ka、Kb、Kh、Ksp之間的關系，學生思維一片混亂，對平衡體系的深層次的模型認知能力不夠，無法利用勒夏特列原理，將化學平衡相關的知識進行深層次的思維建模。

（三）高三學生沒有構建很好的解題模型，導致解題能力薄弱，無法深度學習

高三綜合題信息量大，解題能力速度要求高，面對復雜轉化或綜合知識解決問題時，學生欠缺必備的化學思維，缺乏方法類的解題模型作支撐。許多學生無法突破思維瓶頸順利解題。

從學生實際出發，為發展學生模型認知的核心素養能力，在課堂教學的設計和實施中具體做法，策略探討如下。

二、?模型認知的內涵

新課標關于模型認知的表述簡明扼要：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。大部分師生對模型認知的認識只停留在淺層的模型一詞，如有機物分子結構模型，金屬晶體的基本堆積模型，氯化鈉、氯化銫、金剛石、石墨晶體結構模型等，模型的內涵遠比這深遠得多。

（一）模型認知的內涵

模型是按實物比例和結構制成的物品，也指人的大腦形成的意識形態，通過表達形成的物件。思維模型用簡單易懂的圖形符號結構化語言等表達人們思考和解決問題的形式。可見模型可以是抽象化的化學概念、化學符號等。

（二）模型認知的功能

幫助學生面對抽象的復雜的化學知識時，提取主要因素進行思維建模，快速理清現象與本質的聯系。這種認知模型的功能強大，可以解決一類化學題。

（三）模型認知的類型

模型認知的類型分為淺層的模型認知和深層的思維建模。

淺層的模型認知如教學中常用的甲烷、乙烯、乙炔的比例模型、球棍模型，均為淺層的模型制作。根據實物與模型之間共有的特征，把抽象的原子、分子用模型表達，便于學生理解。

深層的思維建模就是學生的認知活動，是大腦的系統工程，涉及觀察、分析、探究、推理、演繹、歸納、總結等各種思維活動，把復雜的龐大的化學知識系統化。如構建硫元素價類二維圖，此類模型認知具有系統性，難度大。

三、?建立認知模型能力的路徑

（一）重視培養學生對模型的認知

學生建立認知模型十分重要，它是學生在面對物質世界的認識過程中采用的科學研究的方法，借助于實物模型和思維模型，將物質組成、結構、化學性質及變化規律融合，構建成解決實際問題的思維模型，學生通過模型認知自覺進行建模解決實際問題，充分理解并體會到模型價值，最終認知模型將升華為學生重要的學習方法和思維模式。學生的學習過程與化學家的研究過程是一樣的，都是建構模型認知的過程。從已有的知識經驗出發，通過動手實驗、觀察現象，提取有用信息分析原因，建立認知模型，解釋現象的本質和規律。要重視并強化培養學生對模型的認知，培養創新思維。實踐證明，學生只要形成對某一系統知識的認知模型，遇到類似的問題時，學生將會自覺地運用已有的認知模型去分析和解決問題，即借助建構認知模型進行學習與遷移，對原有的認知模型或強化或修正，將已建立起來的認知模型從簡略的模型發展成較完整的認知模型。

教師必須清楚學生建立認知模型的重要性，重視培養學生對模型的認知。研究近幾年高考題，我們會發現試題所選的素材廣泛，經常是最新科研論文直接摘取出來的情景。教師要有意識地創設相關的問題情境，引導學生自主合作學習，培養學生自覺建模的意識。在模型的認知建構和應用過程中，教師不要傾囊相授，知識點講的越多越細越深越好，而是要引導學生實現主動學習，讓學生渴望從已知達到未知，在這個過程中進行自我思維建模，實現從現象到本質的跨越。教師在教學中充分引導，不僅要關注學生已有的知識經驗，更要關注在真實情境中模型的發展演變，促進學生對化學學科概念的建模和學習。

（二）重視培養學生參與建模過程

學生參與建模過程就是要讓學生動手動腦，通過構建和應用模型理解現象與本質。好比一個人學游泳，光聽教練的講解不可能學會游泳，學習者一定要在水里不斷劃水，換氣，練習才能學會。同樣學生不可能通過老師在黑板上完美的演繹就能理解并應用化學原理、化學概念，學生一定要參與建模過程。把學習的主動權交給學生，相信學生，創造機會讓學生在已有的知識結構體系中建立初步的思維模型，在不斷學習過程中積極調整和修改原有知識結構，進行自我知識再建構，內化相關化學知識和學習方法，這就是學生建構知識體系過程中最有效的方法。如粗鹽的提純，高一學生已學會過濾蒸發等分離操作，在此經驗基礎上可進行分組實驗，小組討論得出粗鹽中含有的雜質有鈣離子、鎂離子、硫酸根離子，老師引導，學生討論選用適合的除雜試劑依次為碳酸鈉、氫氧化鈉、氯化鋇、鹽酸。師生分析討論，碳酸鈉一定要在氯化鋇后面加，考慮除雜順序用量初步得出思維模型圖。老師再引導能否優化方案，如簡化步驟，學生討論修正，師生再歸納除雜一般規律，先判斷雜質類型，選擇合適的除雜試劑，除雜過程需考慮科學性、順序、用量、步驟簡單、經濟、環保等，再進行分離提純，如此循序漸進層層深入，就是學生建立除雜認知模型的過程。師生互動啟發學生主動思維，注重思考過程，促進學生自主建構有邏輯的化學模型，推動學生的模型認知水平向縱深方向發展。如元素化合物知識點多且凌亂，一定要引導學生通過思維導圖進行建模，找出元素結構決定物質性質，物質性質決定物質用途這條主線，把元素分族分類進行歸納，構建價類二維關系圖，自主構建與發展“元素觀”“分類觀”“轉化觀”價類二維關系圖是元素化合物知識結構化的工具。如鋁三角、鐵三角思維導圖是一種概括性的化學符號建立起來的模型，學生通過此模型對元素之間的轉化能有清晰簡單扼要的理解，讓學生動手畫價類二維圖，自覺主動建模，也可以按氧化還原反應原理和離子反應原理兩大理論對元素化合物知識進行思維建模，模型可以多樣化，在這個過程中，依托教材靈活運用教材，在教材中尋找切入點進行深入挖掘，所建的模型有代表性和規律性，學生可以很好地內化所學知識，具有典型特征，形成一定的思維慣性和思維深度。學生建立認知模型，評價模型，修正模型，最終建立科學的思維模型。

（三）重視培養學生程序化建模能力

所謂程序化就是按照一定的規律，一定的順序，一定的方法，尋求解決問題的一種思維方式。程序化建模能力可以通過化學相關知識進行強化訓練。高中化學適合建模的系統知識如元素周期率位構性認知模型，化學平衡中的平衡常數三部曲計算、Kp計算、主族元素化合物知識、電化學方程式書寫、化學實驗題、化學工藝流程題等解題模型。思維模型、解題模型或簡單或形象或煩瑣，適合就好，好的思維建模可以幫助學生學會并使用解決復雜問題的程序性知識，方便學生解決問題，有一個可遵循的路徑和一種程序化的思維，從而優化教學，形成方法，提升能力。

加強學生程序化建模能力思維方法訓練，建立多種有效的解題模型，使學習更有針對性和有效性，提高學生綜合解題能力。強調解題模型，實際上就是要學會靈活的運用各種化學概念原理，各種物質性質以及反應規律，通過學習活動分類建立適合自己的解題模型。如電化學方程式的書寫可通過分析歸納電極反應式書寫技巧的模型認知，讓學生在真題練習中互評互判，強化方法技巧的理解與掌握，培養程序化的建模能力。建模如下：提取信息，確定電極;列出物質，標出得失，負極反應（或陽極反應）：還原劑-ne-氧化產物，正極反應（或陰極反應）：氧化劑+ne-還原產物;看清環境，配平守恒，根據介質補充電極反應式，符合三大守恒。一般根據電荷守恒補充為突破口，酸性介質補充H+和H2O，堿性介質補充OH-和H2O，金屬氧化物介質補充O2-，熔融碳酸鹽介質補充CO2-3。利用此程序化的電化學解題模型，學生解相關題型能力迅速提高，最終固化為一種自己的學習方法。

四、?結語

高中化學大部分專題內容，知識點都適合建構思維模型。但是化學中的思維建模很容易固化學生的思維，遇到類型題用同一種思路同一種方法，都是套路，有其局限性。教師應當注意，除了引導學生思維模型，還要通過評價模型、修正模型來激發學生獨立的思維，充分挖掘學生的潛力，讓學生自覺地在學習過程中建構化學模型并加以創新，只有這樣才能優化學生的思維，提高學生思維建模的能力，達到優化高中化學教學的目的，內化高中學生的化學核心素養。

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作者簡介：

陳花，中學一級，福建省漳州市，福建省云霄第一中學。