基于模型認知的高中化學教學實踐研究
——以“化學能與電能”為例

韓 博 張星華

(1.甘肅省環縣第一中學 745700；2.甘肅省環縣第五中學 745700)

模型認知既是一種素養，又是一種能夠促使學生更好的構架知識體系的教學指導方式，為此教師應當準確認識這一理念對于實際教學所起到的作用，從而將學生培養成應用型人才.電化學模塊是化學學科的重要原理性知識之一，電化學模塊融合的知識點較多并彼此滲透，其中諸多知識點較為抽象和微觀，學生在學習中所面臨的困難較多，因此要通過模型建構、修正和應用等引導學生結合宏觀現象，通過證據推理其微觀原理，提升模型認知水平.

一、模型認知的內涵

“認知”既是哲學概念，也是心理學概念，在認知心理學中認知指的是人類對信息加工的過程，強調以個人的基礎建構對于世界上所存在的真實情況的知識體系，進而實現與現實世界的互動.化學中的“模型認知”是基于某種模型的認知，即是“基于模型進行思維的一種方式”，具有化學思維特征.學習是一個從“是什么”，過渡到“為什么”，從而達到“怎么用”的過程，與感知世界的流程有一定得聯系，因此遵循探究事物本質屬性的原則.在高中化學教學中，關于核心素養的組成做出了明確的界定，其中證據推理與模型認知是其中的一大組成部分，說明在教學中教師要致力于將學生所學內容轉換為借助證據推演出觀點間的邏輯關系的方式，從而構建起符合本質屬性的模型.由此可見，模型認知的過程要融入到化學學科的日常教學中，從而確保可應用其解決實際問題.

二、基于模型認知的高中化學教學實踐研究

1.情境創設，初步構建模型

為將“是什么”這一層面的認知解析透徹，教師可運用化學實驗、信息技術等，將真實的化學情境展現在學生眼前.由于電化學模塊較為抽象，所包含的知識覆蓋面廣，因此要充分發揮實驗、信息技術的作用，在初步構建模型的階段，將直觀的情境展示完全，進而激活興趣，使得學生在環環相扣的真實情境中感受化學的魅力，奠定模型構建的基礎.

例如，在進行原電池的初始學習中，教師在模型認知階段要充分利用情境創設的辦法，通過溫故知新的方式，將鋅片、銅片放入溶液中的過程展示出來，并在展示前詢問學生：二者在反應的過程中有何相同和不同之處？學生給出表面析出固體顏色有差異的回答后，教師利用多媒體將兩個實驗過程還原，證明其說法是否精準.而后，繼續提出問題：那么分別將兩種金屬放置于稀硫酸中，其又會產生什么現象？同樣在回答鋅片表面有氣泡、銅片沒有反應后，給出檢驗的視頻.此舉是為了更好地引導學生感知不同還原劑的強弱差異，從而在腦海中調取關于氧化還原反應的模型，進而幫助其更好地過渡到原電池的模型上.隨后，展示火力發電的圖片，說明化學能可轉變為內能，進而轉變為電能，而這其中可將化學能直接轉變為電能的裝置可稱之為原電池.

通過引入環節情景的創設，學生已經明確了本節課所要探究的內容，接著可以通過化學實驗的開展進一步開展教學，在實驗開展的過程中，可以借助一些教學策略如PDEODE教學策略，為學生提供思考、交流、解釋、展示的時間和平臺，使得學生能夠依據自身經驗進行大膽的猜測、充分的交流，并將不同的觀點進行展示解釋，在此過程中通過思維的碰撞、相互的質疑，最終結合所觀察到的宏觀現象對原電池的工作原理進行解釋說明.以基于PDEODE教學策略探究Fe|稀H2SO4|Cu原電池實驗裝置為例，通過以下問題串：1.此裝置和銅鋅原電池的實驗裝置有哪些區別？2.請你預測導線接通后可能的實驗現象？3.你觀察到了哪些具體的實驗現象？4.怎樣解釋這些實驗現象？5.請寫出Fe|稀H2SO4|Cu電池的電極反應式.6.試著思考原電池構成的條件都有哪些？這些問題串穿插在PDEODE教學策略的六個教學環節中，為學生的思考、實驗操作、現象觀察、交流、解釋、質疑、展示等提供了充分的保證，通過此實驗探究過程，學生能夠將宏觀現象作為證據對原電池的微觀原理進行解釋，在此過程中進行原電池模型的初步建構，加深對氧化還原反應的認知水平.

2.大膽求證，驗證假設模型

從“是什么”的情境中過渡到驗證和修正模型的階段需要教師積極予以引導，運用問題情境創設和小組討論的模式，提出逐漸深入的問題，以此為討論的主題，學生在不斷的分析環節中自然對模型中與本質屬性間不相符的部分有所認識，同時在教師的指導下，將逐漸進入到模型深化的層面上，踐行“為什么”的要求.與此同時，教師應當為證據的提出和分析創建良好的氛圍，通過反問、追問等方式，引導學生自主提出論證的證據，以此實現模型修正和驗證的目標.

繼續以原電池模型的構建為例，在驗證模型的環節，教師要給出高溫熔融鹽電池、手機鋰離子電池、氧氫燃料電池、堿性鋅錳干電池的工作原理圖，結合以上幾個圖片所展示的信息，判定下列說法是否正確：(1)原電池中必須有溶液；(2)原電池的正極一定得電子；(3)原電池的正負極活性存在差異.學生積極反饋，結合之前所構建的模型，并結合干電池的工作原理，看出這幾個說法均不正確，主要原因在于原電池的正負極材料并無限制，其可由同種材料構成，自然在活性上也保持一致，并且正極不一定為氧化劑.高溫熔融鹽電池中不包含溶液，其電解質為熔融狀態.給出這幾個問題是為了讓學生對原電池構成的充要條件有更為深入的認識，明確在原電池能夠出現電子轉移的情況只要能夠保證電子定向移動且形成閉合電路即可，并保證其所發生的反應為氧化還原反應，由此對之前的模型進行修正，形成圖1所示的結構，使得模型更為科學.

圖1

3.解讀內涵，完成模型應用

科學知識學習的最終目的是作用于實際生活中，為達成這一目標，在電化學模塊知識教學的過程中，教師要最終將所形成的模型引導學生應用到實際生活中，建立起知識與實踐之間的橋梁，保證知識的應用效果.

在將原電池模型構建后，要保證應用的效果，因此教師要通過與生活建立起聯系的方式，從而提升與應用的效果.提出問題：在制取氫氣的過程中，常用稀硫酸與鋅反應制得，其中在選擇反應物的過程中，常選擇含有鉛、銅等雜質的粗鋅，那么請你說一說如此選擇的理由？學生聯想到要想制取氫氣需要保證反應的速率和純度，雜質并不與稀硫酸發生反應，那么選擇粗鋅的理由是要將鋅與其他雜質，在稀硫酸的環境下形成原電池，從而加快反應的速率.追問：那么同學們思考一下，在生活中你是否見過原電池的應用？試著和其他同學分享一下.學生想到了生銹，由于水附著在鐵制器皿的表面，而且氧氣具有溶于水的性質，因此鐵制器皿中的碳和鐵就在氧氣的環境中形成了原電池，加快了生銹的速率.通過與生活實際聯系，進而提升對此門學科的學習積極性.

綜上所述，在高中化學電化學模塊的教學中要重視對證據推理與模型認知素養的培養，通過創建真實的實驗或者生活情景，將學生帶入到模型認知的環境中，使其初步對模型有所了解，明確本節課的研究重點，而后運用問題串設置、啟發式教學、小組探討交流等方法，引導學生對所構建的模型進行論證和修正，最后運用到實際生活中，提高模型認知能力，促進證據推理與模型認知核心素養的提升.