建模教學在高中化學課堂中的應用

唐潔 陳迪妹 葉劍強

[摘? ?要]在核心素養導向以及化學學科背景下，建模教學作為一種新興的，將模型與建模思想融于教學活動的教學模式，有著重要的應用價值。文章對建模教學的內涵進行深入分析，再以真實課例進行建模教學設計，并對建模教學在具體實施過程中應注意的事項加以說明，更直觀地展現建模教學在高中化學課堂中的教學輔助功能與思維發展功能。

[關鍵詞]建模教學;高中化學;原電池;教學設計

[中圖分類號]? ? G633.8? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2021）20-0060-04

一、問題的提出

根據化學學科特性，高中化學學習主要涉及原子、分子等微觀世界，同時又與實際生活、工業生產息息相關。微觀世界無法通過肉眼來直接觀測分析，具有明顯的抽象性和復雜性。而工業生產又過于宏觀與實踐化，無法讓學生直接操作與觀測。因此需要一種適宜的方法，來使化學微觀世界形象化與可視化，使宏觀事物具體化與可操作化。

同時，新普通高中化學課程標準明確提出將“證據推理與模型認知”作為化學學科五大核心素養之一，要求學生能識別、理解、描述和表示化學學科中的常見模型，會運用模型的方法解釋化學現象，揭示化學規律和本質，并能在面對復雜的化學問題情境時，選擇合適的化學模型或構建相應的模型來解決問題。課程標準中對學生模型認知與建模能力的要求可以直接反映出，“模型認知”作為一種重要的化學學科核心素養，在高中化學學習和教學中的重要性。

而建模教學作為一種新興的，將模型與建模思想融于教學活動的教學模式，在化學教學中有著重要的應用價值，其所具有的模型教學輔助功能以及促進建模思維發展功能可使化學教學活動與學生學習活動更簡便高效，也更有利于轉變教師的教學方式與學生的學習方式，培養學生的“模型認知”素養和建模能力，從根本上提升學生的化學學科核心素養，落實化學課程標準的要求。

二、建模教學的內涵

1.建模教學的定義

建模教學這一概念最初是由美國亞利桑那州立大學教授海斯特斯（Hestenes） 于1984年提出的，是指一種基于模型建構與教學活動相結合的新的教學模式。后來不同的研究者對建模教學提出了不同的定義。通過查閱整理文獻，可將建模教學的具體內涵概述為：將建模思想融于普通教學過程的新教學模式，具體包括教與學兩部分，教的方面，即對于教師來說，它指的是教師通過展示或構建化學模型（物質模型或思想模型）來向學生解釋、描述、說明化學知識和化學現象，引導學生更好地運用觀察、比較、分析、推理、演繹、歸納等化學思維方法來揭示化學事物的本質特征、一般規律和因果聯系的過程;學的方面，即對于學生來說，它指的是學生借助模型或通過構建模型來幫助自己獲取更牢固透徹的知識，同時發展自己的建模能力，并在此過程中，習得一種重要的科學思維方法，即通過建模來自主建構知識和解決實際問題。

2.建模教學的本質

對于建模教學來說，其本質是一種新的教學模式，是將一般的教學模式與建模思想結合而成的新的教學模式。“模型與建模”是其核心內涵，培養學生的模型思維和建模能力，從根本上提升學生的化學學科核心素養則是其終極目標。

3.建模教學的一般過程

4.建模教學的功能

（1）教學輔助功能

根據化學學科特性，在高中化學知識體系中，有非常多具有明顯抽象性和復雜性的知識內容，如物質的組成與結構、氧化還原反應原理、溶液中的離子平衡等，同時也存在許多具體的但零碎雜亂的知識。如何讓抽象復雜的知識更容易被學生理解和記憶，讓零碎雜亂的知識更好地被學生整合和吸收，是教師共同面臨的難題。而建模作為一種重要的科學思維方法，一座溝通宏觀與微觀的橋梁，能夠通過實物或形象的表征方式，使抽象的微觀世界可視化，使復雜繁亂的化學概念與理論知識簡單化、透徹化。而且化學本身對化學現象的解釋幾乎都是以模型的形式呈現的，學生對化學知識的認知也需要依賴模型方法。模型或建模教學使科學更有趣，使教學更有效，是化學教學中必不可少的輔助工具。

（2）思維發展功能

俗話說：“授人以魚，不如授人以漁。”教學亦如此，教人知識，不如教人方法。建模作為一種重要的科學思維方法，在促進學生思維發展方面起著不可替代的作用。建模的核心是從已知到未知，建模的過程既包含歸納與演繹、分析與推理、抽象與具象、對比與類比等多種內隱思維過程，也包含圖表、語言、符號、動畫等表征方式的外顯思維活動。因此，建模教學教給學生的不僅僅是化學知識，還是科學研究的一種有效方法，更是一種科學觀念與科學思維方式。

研究表明：建模教學不僅能有效幫助學生梳理化學知識，構建學科知識體系，提升學生的解題能力，促進學生學習成績的提高;還能增強學生的學習興趣和自信心，促進教師教學觀念的轉變。

三、基于建模思想的“原電池工作原理”教學設計

1.教學設計思路

“原電池工作原理”教學設計是基于建模教學的一般模式，融合建模教學的六個環節，以教學目標和教學重難點為導向，利用視頻創設情境，引導學生逐步體驗雙液原電池模型構建的過程。教學環節主要包括情境創設、模型準備、模型構建、模型評估與效化、模型應用、模型遷移與討論，每個建模教學環節主要涉及的教學活動與設計意圖如表1所示。

2.教學過程

四、建模教學的注意事項

建模教學作為一種新的教學模式，其在實施過程中需要注意以下幾點。

1.注意分類建模

建模教學模式與環節并不是一成不變的，根據不同模型、不同課型、不同知識點可對建模教學模式進行針對性的增添和刪減，具體如表2所示。

2.牢記學生為主體的教學原則

學生是建模教學的主體，建模教學的根本目的就是培養學生的模型思維和建模能力，提升學生的化學學科核心素養。學生為主體，即關注學生的現有模型水平和學生的模型思維發展歷程，牢記共同參與原則，時刻謹記學生是建模教學的主體，教師只是引導者與輔助者。

3.辯證看待建模教學

建模教學并不是一成不變的，也不是絕對完美的，且模型與原型相似而不相等，模型的使用范圍具有條件性和局限性，因此建模教學只是教學的輔助手段，而不是教學的全部。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

[1]? 中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準 （2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]? 張繁. 建模思想在高三化學教學中的應用研究[D].桂林：廣西師范大學，2018.

（責任編輯 羅 艷）