基于“證據推理與模型認知”的高三復習課模式初探

黃 熙

【摘要】 以化學學科核心素養“證據推理與模型認知”為根本，利用建模思想引導學生建構一種解決化學問題的常用思維框架：選擇原型——建構模型——應用模型，提高高三復習課效率，培養學生化學學科核心素養。

【關鍵詞】 證據推理與模型認知 選擇原型——建構模型——應用模型 前測 后測

【中圖分類號】 G633.8

【文獻標識碼】 A

【文章編號】 1992-7711（2020）02-069-030

1.問題的提出

《普通高中化學課程標準（2017年版）》明確指出普通高中化學課程是以發展化學學科核心素養為主旨，因此如何在高三復習課中落實化學學科核心素養的培養，是每位高三老師必備的課題。對于高三一輪復習中有關化學基本概念和理論的復習課，比如電化學專題、陌生方程式書寫、元素周期律、溶液中粒子濃度的關系等，這些知識點都可以通過構建基本解題思維模型讓學生模仿、遷移、運用，特別適用于加強化學學科核心素養“證據推理與模型認知”的培養。另一方面，在教學實踐中發現有的學生經過一輪復習后，能力得到很大的提高，而另一些學生則相反。究其原因，主要是在一輪復習中有沒有學會解決化學問題的有效思維模式。高中生在解決化學問題時，使用頻率最高的學習策略是模型匹配策略。根據認知語言學的理論基礎原型范疇理論，在解釋認知心理學時，人們首先是通過原型認識事物，然后把與原型相似但又有差異的事物歸類認識，這就是“家族相似性”。原型范疇理論的實質是在解釋某種現象時，將屬于這類現象的某個最典型的個體視為原型，在對這個原型總體特征認識不變的情況下，把握認知過程和創造心理學方面的“模型”。學習是認知過程，因此“模型認知”是教學中非常重要的一種教學模式。利用模型認知把化學問題中次要的、非本質的信息舍去，使本質的知識更清晰，更容易納入學生已有的知識框架，使學生在解決化學問題時，更容易遷移。研究表明，成績好的學生之所以能快速解決一些常見的問題，主要是他們模型豐富，匹配迅速，而潛能生則相反，他們往往沒有一個快速思考的程序，不能高效統攝已知信息，以至在考試過程中面對眾多的信息時思維混亂，嚴重影響答題質量。因此如何以素養為本，教會學生利用建模思想構建解決問題的有效思維模式是提升高三化學復習課效率的有效策略之一，也是培養學生化學學科核心素養的重要途徑。

2.基于“證據推理與模型認知”的高三復習專題復習模式

高三復習專題復習模式基本設計思路如下：

2.1巧設前測，發現問題

根據認知心理學，學習過程是原有知識同化新知識的過程，教學必須建立在學生已有的知識基礎上，因此利用前測找準學生的起點非常重要。同時高三復習課要防止給學生炒冷飯的感覺，一個好的前測，可以把知識問題化，把問題情景化，讓學生發現自己的問題，從而引起學生深度學習的欲望。因此前測的設計要基于學生的實際情況，難度要適當，設計要有層次，要充分暴露學生的問題。比如在電化學專題復習中，我設計了如下前測：

某同學組裝了圖2所示的電化學裝置，電極Ⅰ為Al，其它均為Cu，則：

（1）在圖中標出裝置名稱、電極名稱、電子流動方向、電流流動方向、陰陽離子移動方向。

（2）寫出各電極的電極反應式。

（3）如果把電極Ⅰ、II改為石墨，電極Ⅰ通氫氣、電極II通氧氣，當電解液為H2SO4，寫出電極Ⅰ、II的電極反應式。當電解液為NaOH，寫出電極Ⅰ、II的電極反應式

（4）如果要在鐵鍍上銅，上圖應如何改動？如果精煉銅，上圖應如何改動？

（5）對于電化學，你最感到困惑的地方是什么？

通過前測，發現學生的主要問題如下：

（1）對電化學的原理沒有理解透徹，不清楚如何寫書電極方程式，特別是陌生度大的裝置，找不到電極反應物或產物。

（2）對電化學的裝置沒有理解透徹，部分同學對裝置類型、正負極、陰陽極理解不到位，很大一部分同學把電極反應物與電極材料等同起來。缺乏離子導體和電子導體的概念，對于電子和離子的流向不清晰。

（3）對電化學題型缺乏一個有效的解題思維模型，對于一些較熟悉、簡單的題型可以做出來，但對于陌生度較大的裝置、物質，就不知道應從哪個角度思考。

2.2基于“證據推理與模型認知”課堂設計基本模式：“選擇原型—構建模型—應用模型”

根據建構主義學習理論，知識不是通過教師傳授得到，而是學習者自己建構的，因此課堂教學過程的關鍵是讓學生自己構建模型。構建模型的過程一定讓學生有足夠的時間思考、討論、展示，只有把學生的思維充分外顯出來才能把其內在的真正問題暴露出來，從而幫助他糾正錯誤的認知。構建模型的過程包括提出猜想、證實證偽、修正猜想、得到模型幾個步驟。

在電化學專題復習中，先以最基礎的Zn-Cu原電池為原型，讓學生抽提模型，再以氫氧燃料電池及吸氧腐蝕為變式，引發認知沖突，引導學生從氧化還原的角度修正猜想，重新構建模型。

【學生活動1】請分析以下原電池裝置的工作原理，分別寫出：

（1）負極材料：（2）正極材料：（3）負極反應式：（4）正極反應式：（5）總反應方程式：

（6）離子遷移方向：（7）電子遷移方向：

思考：這三個原電池的共同之處是什么？如何判斷正負極？如何判斷正負極反應物？

【學生活動2】分析以下電解池裝置的工作原理，分別寫出：

（1）當若X、Y都是石墨電極，a是飽和NaCl溶液

（2）當若X、Y都是銅電極，a是飽和NaCl溶液

（3）當若X是粗銅（含Zn、Fe、Ag、Au雜質），Y是純銅電極，a是CuSO4溶液

①陽極反應式：②陰極反應式：③總反應方程式：④離子遷移方向：⑤電子遷移方向：

思考：這三個電解池的共同之處是什么？如何判斷陰陽極？如何判斷陰陽極反應物？

【學生活動3】根據前面小結的原電池、電解池工作原理，重新完成前測（1）（2）問。并據此嘗試畫出原電池、電解池的工作原理模型。

構建模型的過程可用追問的形式引導學生提出猜想、證實證偽、修正猜想。如：一問圖一如何判斷正負極？負極是誰在反應？正極是誰在反應？二問圖二兩個電極都是石墨如何判斷正負極？三問為什么不是石墨反應而H2反應呢？如果負極材料是Fe，負極是誰在反應？四問圖三正極為什么不是H+反應而是O2反應？最后讓學生自己得出“負極材料是發生氧化反應的場所，負極反應物是還原劑，可以是金屬（負極材料）、電解質溶液、外加氣體等，誰的還原性強誰先反應”的結論。

在構建模型的時候，不同小組的學生畫出的裝置模型會有所不同，也會有所欠缺，可以先展示各組不同的裝置模型，讓學生按自己畫的模型講原電池、電解池的工作原理，相互修正，最后老師再作小結歸納。

電化學裝置的認知模型可如下圖1所示：

最后應用模型：

練習：科學家報道了如圖所示的水溶液鋰離子電池體系。下列敘述錯誤的是

A. a為電池的正極

B. 電池充電反應為LiMn2O4=Li1-xMn2Ox+xLi

C. 放電時，a極鋰的化合價發生變化

D. 放電時，溶液中Li+從b向a遷移

從上題C選項再次用追問的形式：上述電化學裝置的正負極變價元素分別是什么？為什么正極不是Li+反應？能否從氧化還原原理解釋？引導學生進一步理解正極發生還原反應，誰的氧化性強誰先反應。

2.3重視后測，及時反饋

后測可以明確課堂教學效果，及時反饋，有利于后期調查教學策略。后測的方式很多，最主要是作業與考試，可以設計一兩個與前測相呼應的問題，針對課堂學習的重難點重新設疑，以檢測學生學習的效果。如電化學復習前測是一道原電池與電解池串聯起來的題型，部分學生不會判斷電池類型及電極，后測可設置如下二道題目：

1.? 將如圖所示實驗裝置的K閉合，下列判斷正確的是

A.Cu電極上發生還原反應

B.電子沿Zn→a→b→Cu路徑流動

C.片刻后甲池中c（SO42-）增大

D.片刻后可觀察到濾紙b點變紅色

2.某興趣小組設計如下微型實驗裝置。實驗時，先斷開K2，閉合K1，兩極均有氣泡產生;一段時間后，斷開K1，閉合K2，發現電流表指針偏轉，下列有關描述正確的是

A.斷開K2，閉合K1時，總反應的離子方程式為：

電解

2H++2Cl- ==========Cl2↑+H2↑

B. 斷開K2，閉合K1時，石墨電極附近溶液變紅

C.斷開K1，閉合K2時，銅電極上的電極反應為：

Cl2+2e-=2Cl-

D.斷開K1，閉合K2時，石墨電極作正極

第一道題目要判斷出Zn、Cu構成的原電池是電解飽和硫酸鈉溶液的電源，第二道題目要判斷出電解飽和食鹽水產生的兩種氣體是閉合K2形成原電池時的兩極，與前測中Al-Cu原電池是后面兩個Cu極的電源遙相呼應，形式又各不相同。

雖然作業與考試是最直接暴露學生學習效果的方式，但對于學生學得好或不好的深層成因，光靠作業與考試很難真正顯現出來，而個別談話和問卷調查則可以起到揭視學生學習水平深層成因的作用。比如用問卷調查作電化學復習專題的后測，可設置“你對電化學有哪些認識？盡可能多的寫出你的認識”讓學生表達，也可以設置調查表調查學生對本節課的認同程度，還可以在個別談話中詢問學生課堂上還有什么不清楚的問題等等。

3.反思

如何在高三復習課上培養學生化學學科核心素養？關于化學學科核心素養的理解，借衡水市教研室陳春芝主任的話，就是忘掉學科技術性知識后融入血脈的學科思維。因此高三復習課上需要老師引導學生把化學中零散、雜亂的知識內化為知識系統，引導學生建立各種認知模型，形成不同的解題思路，但這并不是最終目的。最終目的是要讓學生把化學的學科思維融入血脈，能在陌生的化學問題情境中對關鍵要素進行分析以建構相應的新模型。因此，課堂的重點不是得出什么完美的認知模型，而是設計活動讓學生如何學會構建模型，即如何能從事實中提取證據，對有關的化學問題提出假設，尋找證據證明或證偽假設，不斷修正猜想，推出合理的結論并能解釋證據與結論之間的關系。

總之，高三復習課如何才能做到高效有序，既幫助學生深化基礎知識，又培養學生化學學科核心素養，以提高運用化學知識解決實際問題的能力，是一個值得我們一再探討的課題。

【注：本文系課題“化學學科核心素養的培養研究——‘證據推理與模型認知的培養策略研究”成果（課題編號：2016-XK356）】

[ 參? 考? 文? 獻 ]

[1]普通高中化學課程標準（2017年版）人民教育出版社.

[2]單旭峰.從化學學科核心素養的角度解析和認識高考電化學試題[J].中學化學教學參考，2018（8）：43-45.

[3]北京師范大學.華中師范大學.南京師范大學無機化學教研室.無機化學（上冊）[M].第四版.北京：高等教育出版社，2002：356-361，376-377.

[4]王磊等.基于學生核心素養的化學學科能力研究[M].北京：北京師范大學出版社，2017：420-439.

[5]王維臻，王磊，支瑤，葛繼寧，李振華，于少華.電化學認識模型及其在高三原電池復習教學中的應用[J].化學教育，2014（1）：34-41.