淺析高中化學課堂教學中的模型認知應用

陳小燕

（福建省福州高級中學，福建福州 350007）

引言

模型認知指的是基于模型的認知，模型涵蓋的兩大類，分別是實物模型與形式(非實物)模型。模型認知是一種在化學解題過程中通過分析、推理掌握研究對象構成、本質等的科學方法。建構模型時，可以采用依據原型建模、從理論出發進行建模等方式，并且依據2016年頒布的《中國學生發展核心素養》來進行，教育部針對高中化學學科也提出了包含“證據推理與模型認知”在內的新維度。而“證據推理與模型認知”是現如今高中化學教師以及學生接觸較少的領域，因此，本文為了探究基于模型認知的高中化學課堂教學方式做出了以下分析。

一、模型認知的基本過程

化學“模型”分為物理模型與思想模型，其中化學方程式就是思想模型的代表，其又可分為物理模型、概念模型、數學模型等，對其思路以及框架的分析基本可構成化學“模型認知”。教師可通過建模引導學生認識、分析、推理研究對象的本質與特征等要素，并借助符號、圖像、語言等包括數學表達式在內的表達方式建立模型認知，通過現象理解化學的本質與規律。模型認知主要涉及建立模型、研究模型、理解應用模型等過程。而根據調查結果顯示，只有將近55%的學生會偶爾運用模型的方法解決化學問題。針對這種情況，我們能了解到高中學生對模型的認知能力還存在一定程度的缺乏[1]。

二、“模型認知”能力在高中化學課堂中的應用現狀

在對基于模型認知的高中化學課堂教學方式進行研究之前，我們可以先了解一下模型認知在現階段高中化學課堂中的運用情況。根據調查結果顯示，有42%左右的化學教師會在授課時使用物理模型充當教具，近55%的教師會偶爾使用這些模型，并且有近5%的教師從未使用過模型進行化學教學。根據這個數據我們可以總結出，有很多高中化學教師并未意識到模型在化學教學中的價值。在這種情況下，教師對于學生的模型認知能力的培養就少之又少了，這也是上文我們所提到的學生在解決化學問題時模型使用率低的主要原因。為此，想要更好地進行化學課堂教學的改革及加強對高中學生模型認知能力的培養，從化學課堂的教學方式入手極為重要。教師應改變教師的教學方式，通過引導學生實現高中化學課堂模型認知，以適應化學課標要求。

三、基于模型認知的高中化學課堂教學方式

（一）在高中化學課堂中應用物理模型

模型認知的物理模型能夠通過實物或者圖畫等直觀地體現該物體的特征。說到物理模型，其實我們并不陌生，如DNA雙螺旋分子結構模型就屬于物理模型。除了通過物理模型了解分子的結構特征外，我們還可以通過物理模型模擬化學原理的實驗裝置等。在一開始對學生的模型認知能力進行培養時，教師可以嘗試教他們制作一些簡單的物理模型。這樣既能夠激發學生對模型認知以及模型應用的主動性，又能促使學生在掌握教材知識的同時培養自身的動手與創造能力。

例如，學生在學習甲烷時，由于是剛開始接觸有機化合物，很容易因為死記硬背一些方程式而導致后面概念的混淆。為了解決這個問題，教師可以根據甲烷的特征建立一個正四面體的物理模型。如用四個等大的圓形氣球，通過動態演示甲烷的構成特征向學生介紹其分子結構，使他們了解到甲烷CH4的分子式以及分子結構如何表示。除了通過模型展示甲烷的特征之外，教師還可以通過演示甲烷取代反應的化學實驗，使學生加強對該化學反應條件及效果的記憶。在進行該實驗時記得設置有光與無光兩個對照組突出實驗條件，使學生牢牢掌握甲烷與氯氣發生反應的化學方程式。

（二）在高中化學課堂中應用概念模型

模型認知的概念模型是一種具有直觀化特征的模型，它通過流程圖(包含圖像、文字、符號等)來表達事物之間規律的模型。化學方程式也是其中之一，通過箭頭等符號加上文字的解釋以及化學式的表達，使得事物的主要特征能簡單、直接、模式化地呈現出來。通常，通過概念圖表達出來的概念模型能夠使學生體會到化學物質具體的形成過程，進而使學生掌握探究及解決化學問題的基本方法，培養化學思維以解決實際問題的能力。概念圖中各相關概念之間的關系呈現，能夠幫助學生厘清化學元素及條件之間的關系。

下面我們以“物質的量”的教學為案例進行分析，該內容與生產、生活密切相關，并且在高中化學基礎知識的學習中占據著重要的地位。由于物質的量較為抽象，概念多且與之相關的變量關系也不在少數。此時，教師如果利用概念圖引導學生厘清這眾多變量之間的關系，學生的腦海中就會形成較為系統、清晰的概念，其中包括物質的量與質量的關系、與氣體體積的關系、與微粒個數的關系以及理想氣體定律的表達，以上都能通過一張以物質的量n為中心的整合概念圖體現出來。教師在幫助學生弄清各概念的內在聯系之余，能夠使學生獲得掌握系統化知識的成就感，進一步激發他們學習化學知識的動力。

（三）在高中化學課堂中應用數學模型

模型認知的數學模型是一種利用符號、式子、程序和圖形等對內容本質進行描述與表達的方式，是一種抽象的模擬。數學模型具有數學一樣的魅力，它既可以解釋某些客觀現象，又可以預測一些發展規律及變化趨勢。數學知識與化學學科的相通之處，使得化學問題能夠從數學思維中得出一定意義上的最優解決方案。在高中化學階段的數學模型可分為圖形模型（包含邏輯圖、流程圖等），以及數式模型（包含方程式與不等式等）。

下面我們以有關熱量的教學為案例，讓學生加深對數學模型的認知，并且培養他們邏輯思維的能力。教材在闡述了放熱反應與吸熱反應的兩個概念后，對化學反應總是伴隨著熱量改變而存在的知識作出了總結分析。學生能從中了解到斷開化學鍵吸收能量，與之相對的形成化學鍵放出能量。學生了解到化學反應中兩個相反的過程，即舊鍵斷裂和新鍵生成，并可對其中能量的釋放與吸收進行分析，最終通過所建立的圖形模型為以后的化學學習打下基礎。在圖像和數值的輔助下，學生在計算焓變的過程中會輕松很多，如運用 C(s)→CO(g)→CO2(g) 結合圖像幫助學生理解“蓋斯定律”的含義等。

結語

在高中化學的教學課堂中以及化學測試中，運用模型也受到了很多教師的關注。今后，模型運用在化學教學中必定會占有更大的比重及應用趨勢。綜上所述，化學教師對高中課堂上的模型認知教學方式需要投入更多的研究心血。以模式認知為側重點，創新高中化學課堂教育方式，并引導學生在化學學習過程中培養模型認知意識。同時，高中生要在實際運用中增強自己的模型認知意識及模型應用能力，積極地在解決化學題目過程中帶入模型運用思想，并在加深模型認知的道路上，掌握化學思維，把握化學學習方法。