基于模型認知的課堂教學策略

何兆銘

【摘要】? 通過對普通高中化學選擇性必修模塊1《化學反應原理》中“原電池”（第1課時）教學研究，以建構主義教學理論為指導，認為促進學生模型認知素養發展的課堂教學策略為： 創設問題情境，初步建構模型;開展實驗探究，發展模型認知;深入微觀探析，深度理解模型;遷移應用模型，解決實際問題。

【關鍵詞】? 模型認知 課堂教學 策略

【中圖分類號】? G633.8? ? ? ? ? ? ? ?? ? 【文獻標識碼】? A 【文章編號】? 1992-7711（2020）13-151-02

一、問題的提出

《普通高中化學課程標準（2017年版）》提出課程的基本理念第一條是：以發展化學學科核心素養為主旨。模型認知是化學學科核心素養的重要方面，化學學科核心素養具體體現了化學學科育人價值。學生通過化學的學習，逐步形成正確價值觀念、必備品格、關鍵能力。因此，化學課堂教學要積極探索有效的教學策略，促進學生學科核心素養的發展。

模型認知素養的內涵可以理解為：通過分析、推理、歸納、論證等思維方法，認識研究對象的本質、特征，認識構成各要素及其相互關系，建立認知模型，運用模型去解釋相關現象，應用模型揭示現象的本質或規律。

二、模型認知的課堂教學理論依據

建構主義理論認為，知識是在一定的情境下，通過教師、同伴的幫助，利用一定的學習資源，通過協作、對話等方式，學習者主動建構知識意義的過程。建構主義教學觀認為：在教師指導下，以學生為中心的學習，既發揮學生的主體作用，又發揮教師的指導作用，教師是意義建構的促進者。

學習包含新舊知識經驗的沖突，引發認知結構的重組，是新舊知識經驗之間相互作用的過程。根據建構主義理論，模型認知的課堂教學思路：教師創設真實問題情境，啟發學生聯想已有的知識、經驗，引導學生主動探索、主動交流討論;引導學生主動發現問題，主動建構模型，應用模型解決問題。

三、模型認知的課堂教學策略探究

本文通過對普通高中化學選擇性必修模塊1《化學反應原理》中“原電池”（第1課時）教學為例研究，探討基于模型認知的課堂教學策略。

（一）創設問題情境，初步建構模型

任務一：分析問題，初步設計原電池模型。

1.試判斷下列裝置，是否能構成原電池？

2.什么是原電池？構成原電池的條件是什么？

通過學生思考分析以上兩個問題，讓學生聯想原有的必修模塊中原電池相關知識，初步總結原電池的模型是：原電池把化學能轉化為電能的裝置;構成原電池的條件是：（1）兩個導體做電極，（2）有電解質溶液，（3）形成閉合電路，（4）有自發的氧化還原反應;這些要素共同作用構成原電池。

（二）開展實驗探究，發展模型認知

任務二：實驗探究，改進原電池。

1.提出實驗探究問題：

能否以反應Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu為原理設計原電池？提供實驗用品：鋅片、銅片、硫酸銅溶液、電流表、燒杯、鹽橋、導線等。

學生自主設計原電池實驗，進行實驗探究活動，實驗完成后，進行討論分析。

2.實驗探究過程與分析：

（1）發現問題：學生按圖1裝置進行實驗，發現電流不穩定，

電流逐漸變小，鋅片上有紅色物質析出。

（2）提出問題，進行猜想與假設：鋅片有銅析出導致電流不穩定。

（3）交流討論，設計實驗：如何設計可以提供穩定電流的原電池？

經過學生交流討論，設計出如圖2的改進原電池裝置。

（4）進行實驗，收集證據：改進原電池裝置觀察到電流穩定，銅片有紅色物質析出。

（5）解釋與結論：改進原電池裝置鋅片無銅析出，

改進后的原電池可以提供穩定電流。

（6）得出結論：圖1原電池裝置鋅片有銅析出導致

電流不穩定假設成立。

（7）改進原電池實驗對比電解質溶液的溫度變化。

用手持技術實驗，測試對比圖1、圖2原電池裝置中電解質溶液的溫度變化（如圖3）。

通過實驗對比圖1、圖2實驗裝置中電解質溶液的溫度變化，讓學生直觀理解：圖1電池裝置，負極Zn可與CuSO4直接發生反應，導致部分化學能轉化為熱能。圖2電池裝置，負極不與所接觸的電解質溶液反應，化學能在轉化為電能時損耗較小，電流保持穩定，能量轉化效率更高。從能量轉化度，深化單液原電池與雙液原電池能量轉化的模型認知。

通過學生探究實驗活動，設計單液原電池改進為雙液原電池，提高了化學反應的能量利用率，充分將化學能轉化為電能，培養綠色化學思想，原電池模型的建構簡單從到復雜，促進學生的認知能力和實驗探究關鍵能力的提升。

（三）深入微觀探析，深度理解模型

任務三：用微觀視角，理解原電池模型。

將圖2實驗裝置設計成動畫，演示電子、離子的運動與流向。通過動畫演示，對原電池工作原理進行討論、分析、歸納，從本質、規律深度理解原電池模型。

1.電極判斷及電極反應：

負極：失去電子，發生氧化反應;負極反應式：Zn-2e-=Zn2+.

正極：得到電子，發生還原反應;正極反應式：Cu2++2e-=Cu.

2.電流方向：由正極流向負極。

3.電子定向移動方向：由負極流出，經過導線，流入正極，形成外電路，與電流方向相反。

4.離子定向移動方向：在電解質溶液中，陽離子向正極定向移動，陰離子往負極定向移動，形成內電路。

構建原電池模型如圖3.

通過對原電池工作原理的微觀視角的分析，讓學生認識原電池發生氧化還原反應的本質，圖2實驗電池總反應為：Zn+Cu2+=Zn2++Cu，從具體的化學反應，認識構成物質的分子、原子、離子、電子等微觀粒子在原電池中的變化規律。認識化學變化的本質是：化學鍵的斷裂和形成，化學變化都伴隨能量變化，在化學變化過程中，質量和能量守恒，多視角全面理解原電池原理，促進學生對原電池模型的意義建構。

（四）遷移應用模型，解決實際問題

任務四：遷移應用原電池模型，解決社會實際問題。

學業質量評價：試以鋁、鉑網、空氣、海水為材料，設計一個燃料原電池，試寫出有關電極反應式、電池反應總式，分析Al3+和電子的流向。

分析：運用圖3原電池模型，解決相關問題。燃料原電池設計為：用鋁作負極，空氣和鉑網作正極，海水作電解質溶液組成原電池：

負極反應式：4Al-12e-=4Al3+

正極反應式：3O2+6H2O+12e-=12OH-

電池反應總式：4Al+3O2+6H2O=4Al（OH）3

Al3+在海水電解質溶液中流向正極（鉑網），電子由外電路流向正極。

通過學生設計鋁空氣燃料原電池，運用剛學過的原電池原理和原電池模型，去解決實際問題。我國以鋁-空氣-海水為能源的新型電池，已經應用于海上做航標燈，讓學生增長見識，學以致用，從化學走向社會。認識化學是創造性的科學，化學推動了現代社會文明進步，讓學生感悟化學的發展，領會化學給社會創造文明。

四、結語

（一）知識與技能是模型建構的基石

化學基礎知識與基本技能是模型建構的基石，沒有豐富的化學知識的作為基礎，思想、方法就成為空中樓閣，學習是在原有的認知基礎上建構，由淺表知識上升為模型認知，需要將基礎知識、基本技能、基本方法等關聯起來，找到相互聯系，找到規律，這就要學生的研究物質及其變化時，積極參與，運用基礎知識與基本技能去發現問題。當學生認識水平在學習活動中不斷提升，才能容易從具體的知識中提煉出方法，認識物質及其變化的本質，上升為模型認知。

（二）思維方法是模型建構的關鍵

學習是在一定的問題情境下，進行意義建構的。基于模型認知的教學，教師根據教學內容創設真實的問題情境，用問題驅動引導學生進行探究性實踐活動。在學生學習實踐活動，運用科學的分類組合、分析推理、分析猜測、歸納論證等思維方法，去發現問題、分析研究問題、解決問題。通過高階思維活動，找到事物的本質規律，抽象到理性認識，建構模型，促進學生深度學習。

（三）活動體驗是模型建構的有效途徑

化學是以實驗為基礎的科學，學生親身參與實踐活動、動手操作實驗獲得感性認識，在感性認識的基礎上，經過分析、比較、抽象、推斷、預測等高階思維加工，對事物獲得深刻的認識，對知識的本質、規律有深度的理解，從感性認識上升到理性認識。學生參與實驗與探究活動，體驗知識建構、模型建構的過程，將相關信息整合到自己原有的認知當中，促進學生模型認知素養的提高。

[ 參? 考? 文? 獻 ]

[1]教育部.普通高中化學課程標準（2017版）[M].北京：人民教育出版社，2018：2，3，4.

[2]李志厚.變革課堂教學方式——建構主義學習理念及其在教學中的應用[M].廣州：廣東教育出版社，2010：13.