模型在中學化學教學中的應用研究*

王 靚，衛艷新，江樂霄

(1.合肥師范學院，安徽 合肥 230601；2.合肥市第四十六中學，安徽 合肥 230022)

模型在中學理科課程教學中一直都有很重要的作用。通過建構模型進行教學，可以提高學生對學科知識的理解水平，培養學生創新意識和學習能力。高中化學新課標準也明確提出要培養學生的模型認知能力，而且通過對中學化學教材內容的研究，可以發現化學教學很大程度上就是化學模型的教學。可見，運用模型是學好化學的關鍵之一。

1 模型的含義及分類

模型就是以研究對象原型的各項認知特征為樣本，利用想象、類比等方法，建構出來的、能夠集中反映客體本質特征的概念或原理[1]。模型，作為將實際事物與科學理論聯系在一起的載體，具有三種功能：可以讓抽象的事物變具體；可以使復雜的問題簡單化；可以為現象的科學解釋和預測提供依據[2]。而化學模型，作為重要的科學模型之一，是人們在認識和利用事物的過程中所體現的具有化學學科特點的具體或抽象的表征[3]，是學生學好化學的重要方法之一。

在教學中運用模型，可以提高學生的化學學習水平，培養學生運用科學方法解決問題的能力。但是，模型的種類繁多，需要對其進行分類，以區分不同模型的用途和作用。目前中學階段的模型主要分為：思想模型、物質模型、數學模型[4]。思想模型是根據原型的主要矛盾和特性，在人腦中形成的一種抽象的理想客體，是對事物的一種形象模擬；物質模型是通過放大或縮小原型的尺寸，并對結構進行精簡和抽象來實現對原型的模擬；數學模型則是采用特定的數學語言、字母、圖形等，進行組合，以此來展現事物的組成和變化規律的模型。建構主義認為，對于學習者來說，有意義學習的最有效策略之一就是學習者將自己所學的知識進行模型建構，這將有助于他們更加透徹的理解知識的本質和內在的變化規律，提高解決問題的能力[5]。

2 模型在中學化學教學中的應用

為了進一步促進學生認識的發展，提高學生的化學學科核心素養，教師需要在日常教學中注重模型的應用[2]。運用模型進行教學的關鍵就在于要結合具體的教學內容選擇合適的模型，充分發揮出模型的教育價值。

2.1 運用思想模型構建知識框架

思想模型，簡單的來說，就是通過文字來抽象概括出認識對象的本質特征，是一種展現知識內在聯系的模型。常見的化學概念圖就是典型的思想模型之一。例如，在教學物質的量這一課時所涉及的物理量較多，學生可能會對相關的物理量之間的關系產生混淆或者遺忘，這時教師就可以引導學生以“物質的量”為橋梁，構建出宏觀物質與微觀粒子之間的思想模型，形成知識框架，讓學生明確了解物質的質量(m)、氣體的體積(V)、溶液的物質的量濃度(c)，以及粒子數(N)與物質的量(n)之間的關系，然后再根據所建構的思想模型進行物質的量的相關題型的練習，這樣學生就可以充分理解和掌握該知識點。另外，思想模型在化學專題的復習中也有很大的作用，老師可以讓學生把整個專題的重要內容總結提煉出來，然后引導他們自己去建構一個專題的思想模型。在這個過程中，學生可以更加直觀地了解整個專題的主要學習內容，有重點的進行復習鞏固，讓整個專題的復習更加高效。

2.2 運用物質模型表達抽象概念

物質模型是以實物和圖畫的形式呈現知識點，形象、直觀的呈現出抽象意義，以趣味方式引起學生的注意力和探究欲望，從而讓學生收到更好的學習效果。中學化學中比較典型的物質模型有分子的球棍模型和比例模型、實驗裝置圖、生產設備模型等。

以甲烷的教學為例，作為中學階段學習的重要有機化合物之一，許多學生都知道甲烷是正四面體結構。但是對于這個知識點的變式卻不能掌握，不能理解取代反應中的舊鍵的斷裂和新鍵的形成，對于這些知識多采用死記硬背的方式，所以幫助學生建構甲烷的物質模型是十分重要的。在進行教學時，可以首先介紹甲烷的分子組成和結構，然后再向學生展示甲烷分子的球棍模型和比例模型，同時提出“為什么甲烷是正四面體結構而不是其他的結構”這一問題讓學生進行思考，并利用四個氣球的動態演示實驗來解釋正四面體結構更穩定這一特性。在此基礎上，再讓學生自己動手對甲烷和氯氣的分子模型進行拆分和組合，以此來理解取代反應的實質。在這一教學過程中，物質模型的運用使甲烷抽象的分子結構具體化，并幫助學生形成了正確的化學概念。

在日常的教學中，教師還可以和學生一起動手去制作物質模型。比如，使用彩泥、小木條、塑料瓶等等一些可利用的材料來制作物質模型。學生在親自動手制作物質模型的過程中不僅會對所要學習的抽象知識有更加深刻的理解，同時也有助于培養了他們的動手操作能力。

2.3 運用數學模型解決化學問題

數學模型是一種運用數學語言或數學方法去呈現問題的模型。許多復雜的化學問題都可以通過建構數學模型去解決。中學化學中常見的數學模型有化學方程式、元素符號、數表圖等。在初中化學的學習中，數軸是一種比較常見的數學模型，但往往也是會被人們忽視的一種模型。在數軸上可以顯示出一個化學變化過程由大到小，或者由小到大的一個對應關系，很方便學生的理解記憶。例如，稀溶液酸堿性的強弱，常用溶液的酸堿度來衡量，表示為溶液的pH。但由于不同溶液的pH數值是不一樣的，直接記憶學生可能會產生差錯，這時候老師就可以建構一個數軸模型來表示不同溶液的pH，這樣常見溶液的酸堿度就可以十分清楚的展現出來，有助于學生的記憶與運用。另外，數軸也可以用來表示金屬活動性順序和溶解度，對于九年級的學生來說，簡單的數軸圖就可以幫助他們解決許多復雜的化學問題，幫助學生樹立了學習化學的信心。

在化學的學習中，還有許多應用到數學模型的地方，如用集合展示四大基本反應之間的關系；用直角坐標系表示吸放熱反應的原理以及經典的理想氣體的狀態方程等等；都是數學模型在化學中運用的典例。使用數學模型不僅可以更好的展現化學問題的本質，也讓學生在化學學習中的思維更加開闊靈活，豐富了解決問題的方法。

3 運用模型的教學范式

運用模型教學有利于學生建立起知識內容間的聯系，從深層次把握問題的核心，提高問題解決的效率。因此，教師需要充分分析教材知識內容梳理出科學系統的知識體系，提供一個合理的運用模型進行教學的范式。

3.1 選擇與感知模型

這一階段，教師首先需要根據教學內容選擇合適的模型。通過對化學教學內容和學生已有知識經驗的分析，選擇能很好解決教學重難點的模型。然后讓學生對所要學習的知識內容進行初步的感知理解，并引導他們對所學知識進行具體化的模型想象，以此在學生頭腦中初步建立起模型與知識之間的聯系。

3.2 理解與建構模型

建構模型的前提是理解模型，這一階段學生需要在教師的引導下理解知識內容與模型之間邏輯關系，并了解模型的建構過程。教師可以采用具體的情境或者語言，引導學生建構出所需要的模型。通過這一教學過程可以加深學生對所學知識點的理解。

3.3 遷移與運用模型

這一環節中，要求學生在學習過程中必須具備一定的知識結構和思維能力，并且教師通過模型方法的構建活動，嘗試讓學生將已有的認知與化學模型進行有效的結合，以此來運用模型來解決實際的新問題，進而深化對化學模型方面的認知。簡單的來說，就是在教學過程當中，教師需要創設一定的真實情境，引導學生從復雜的化學問題中提煉關鍵要點，然后根據建構的化學模型去解決問題。通過教學，可以讓學生學會將模型遷移運用到其他的化學問題中，初步形成運用化學模型解決問題的能力，有效培養學生的模型認知素養。

3.4 評價與調整模型

模型的評價與調整階段是在教學實踐中運用化學模型解決問題后，讓學生對模型的使用進行反饋評價，以此來對化學模型方法的使用進行反思的過程。通過對化學模型方法的評價反思，讓學生在利用化學模型學習時，不僅能夠對化學模型的方法進行恰當的評價，而且也會反思總結在建構化學模型過程當中其模型的建立方法以及模型的推導策略是否正確，并對已經建構好的模型的效果進行整體性的評定。所以，在實際的教學過程當中，應當將化學模型的反思評價融合于整個教學過程當中，讓學生能夠及時有效的的調整自身的學習方法，并完善自身的已有的知識結構以及認知。

4 對模型教學的建議

4.1 提高化學老師的模型教學意識和能力

為了培養學生運用模型學習化學的能力，化學教師需要有運用模型進行教學的意識，能夠自主的去研究建構模型并在日常的教學中選用合適的模型進行教學。但研究表明，目前運用模型進行教學的實際開展情況并不理想，教學過程中還存在不足之處。所以化學教師應該重視模型教學，要加強模型教學的理論和實踐研究，在教學方式上進行鉆研，并且通過培訓和專家指導，進行積極反思，設計出符合自身教學經驗的模型教學實施策略與解決問題的程序。

4.2 引導學生建構模型，發揮學生的主體性

在化學課堂運用模型進行教學中，老師要能引起學生的探究欲望，讓學生自己能夠通過對知識的歸納、推理，總結得出結論，以此來感知模型建構的過程。比如，在教學電解質的電離知識時，可以給學生講解哪些物質是電解質，哪些是非電解質，然后通過啟發暗示，讓學生自己分析電解質和非電解質之間的關系，最終建立起電解質的電離知識的理論模型。這種教學過程，對培養學生的化學素養有實際的效果。

4.3 用發展的眼光看待模型

隨著時代的快速發展和知識的不斷更新，我們建構出來的模型不一定就是最佳的，所以我們要正確認識到模型是有缺陷的，教學中建構的模型是需要我們不斷地去修改的。化學教師需要深入的研究模型，在工作中去驗證模型的有效性，也要引導學生去有意識地對模型進行檢驗修正，不斷地發展優化模型，這樣有利于發展學生的批判性思維，培養學生的創新意識。

5 結語

模型在中學化學教學中運用具有多方面的優勢，不僅有利于學生理解抽象的化學概念和解決化學問題，而且對教師開展教學工作也有一定的幫助。教師應當有意識的去研究如何運用模型，全面把握不同化學模型的功能作用，充分發揮其在中學階段的積極作用，不斷推動化學學科向前發展。