基于認知模型的高中化學教學模式的構建與應用

摘要：高中化學不僅要求學生有扎實的基礎知識，還需要他們能夠靈活運用這些知識解決復雜問題。認知模型作為一種有效的認知工具，能夠幫助學生理解復雜的概念，在促進學生理解和應用化學知識方面具有顯著優勢。用認知模型的理論，指導化學課堂教學，夯實學生的化學基礎，提升分析復雜問題能力和推理能力，形成新知識模塊，培育學生化學核心素養。

關鍵詞：認知模型；高中化學；教學模式；學生核心素養

中圖分類號：G632.4 文獻標識碼：A 文章編號：1673-4289（2024）06-0069-03

化學教學在初中和高中階段都有其重點。初中化學主要是為學生打下基礎，這個階段強調記憶和理解基礎知識點；而高中化學則更加深入和復雜，不僅要求學生有扎實的基礎知識，還需要他們能夠靈活運用這些知識解決復雜問題。課程教學需要讓學生能夠對研究對象進行客觀分析、正確推理，進一步了解事物的內在本質、組成以及關聯性，以此來建立起相應的認知模型，運用模型來解釋化學現象，揭示現象的本質和規律。在此階段，如何有效地讓學生掌握化學知識、培養科學思維以及提升解決問題能力，成為高中化學教學的重要任務。

一、建立認知模型，夯實化學基礎

在基于認知模型的高中化學教學模式中，建立認知模型是至關重要的第一步。教師需要了解學生的化學認知基礎，選擇適當的化學認知模型以匹配知識表征，如化學實驗設備、化學反應過程圖、元素周期表等，通過直觀的方式幫助學生準確認識和理解化學知識，深化對化學知識本質特征的認知。在建立認知模型的過程中，正向思維強調從已知的事實和條件出發，通過邏輯推理和演繹逐步推導出結論或新認識，教師需要引導學生按照知識點之間的內在聯系，由淺入深、由簡單到復雜地組織學習內容，逐步掌握化學理論知識；在復雜的化學問題中，教師需要引導學生從問題出發，反向推導或驗證結論，運用逆向思維去探究化學反應的本質和規律。同時，既要關注知識的系統性和完整性，幫助學生形成完整的知識體系；又要注重知識的內在聯系和邏輯關系，引導學生發現知識之間的關聯和規律，促進知識的整合和內化。

例如，人教版高一課本中“乙醇與乙酸”一課，教師可以通過建立認知模型來幫助學生更好地理解乙醇與乙酸的性質和反應機制。先引導學生回顧已學過的有機化合物知識，特別是甲烷和乙烯的結構和性質，以此為基礎來建立乙醇和乙酸的認知模型。教師可以利用化學軟件或教學模型來展示乙醇和乙酸的結構，讓學生觀察其分子構型和官能團的特點；再引導學生通過實驗探究來驗證認知模型的正確性，教師可以設計一些實驗，如乙醇與乙酸的溶解性實驗、乙醇與乙酸的氧化反應實驗等，讓學生通過觀察實驗現象來理解乙醇與乙酸的性質和反應機制；再引導學生總結歸納，將乙醇與乙酸的認知模型納入原有的有機化合物知識體系中，形成更加完善的化學認知模型。

在建立了基本的認知模型之后，引導學生探究如何利用乙醇和乙酸的性質來制備一些日常用品，如醋酸乙酯、香精等，進一步深化認知模型。通過建立認知模型，幫助學生建立系統的化學知識體系，提高他們的實踐能力和問題解決能力，夯實化學基礎。

二、運用認知模型，分析復雜問題

認知模型在高中化學教學中的作用不僅在于幫助學生建立基礎知識的框架，更在于能夠運用這個框架去分析復雜的化學問題。在建立了認知模型之后，教師需要引導學生運用這些模型來解決實際問題，深入理解和分析復雜的化學反應和現象。

先確定問題背景和目標，學生明白了問題的范圍和要求，確定了問題的關鍵點、背景和目標之后，教師需要引導學生通過查閱資料、實驗等方式收集相關信息，并對信息進行整理和分類；在分析問題之前，教師需要了解學生已經掌握的相關知識，并激活他們的前知，以便為后續的分析打下基礎；解析問題過程中，緊貼收集和整理信息，引導學生運用認知模型進行分析，以便學生能夠全面地掌握解決問題的方法。

以2023年高考湖北卷第16題中的第三小問進行教學分析。SiCl4，是生產多晶硅的副產物。利用SiCl4，對廢棄的電池正極材料LiCoO2進行氯化處理以回收Li、Co等金屬，工藝路線如下：

問題3：鑒別洗凈的“濾餅3”和固體Na2Co3常用方法的名稱是

教師引導學生解答本題過程中需要對題目進行詳細分析。本題以從廢棄鋰電池正極材料LiCoO2中，回收Li、Co金屬為情景素材，通過書寫相關化學方程式解釋物質轉化的關系、運用鑒別雜質的方法以及判斷物質結構不同的因素等，綜合考查學生利用化學知識解決實際問題的能力。引導學生回顧相關的化學基礎知識，如化學反應方程式的書寫、物質分離和提純的方法、物質結構的決定因素等，這些知識將為后續的問題分析提供基礎。再繼續解讀題目，搭建認知模型，提出鑒別方法，可結合題目給的信息進行解讀——由流程和題中信息可知，LiCoO2粗品與SiCl4在500℃焙燒時生成氧氣和燒渣，得到的燒渣是LiCi、CoCl2和SiO2的混合物；而燒渣經水浸、過濾后得濾液1和濾餅1，濾餅1的主要成分是SiO2，濾液1是LiCl、CoCl2的水溶液，濾液1再用氫氧化鈉溶液沉淀，過濾后得濾餅2，推斷出濾餅2主要成分為Co（OH）2，濾液2是主要溶質為LiCl和NaCl；濾液2通過加入碳酸鈉溶液沉淀，得到濾液3和濾餅3，濾餅3為Li2C03，濾液3的主要溶質是NaCl，而濾餅2置于空氣中在850℃煅燒得到Co3O4。通過對題目信息以及問題的詳細解讀，引導學生一步步建立起了認知模型，便能夠推進問題的解決，學生解讀信息后得到濾餅3為Li2CO3，然后運用已知鑒別Li2CO3和Na2CO3最常用的方法就是焰色反應，再根據題目以及認知信息，分析其中Li2CO3的焰色反應為紫紅色，Na2CO3的焰色反應為黃色，因此得到答案是焰色反應。在實際教學中，應根據學生的實際情況和需求，進行有針對性的指導和訓練，強化學生運用認知模型解決復雜問題的能力。

三、基于題給模型，提升分析推理能力

為了進一步提高學生的思維能力，教師可依據題給模型，引導學生進行深入的分析、歸納、演繹和推理。這一過程有助于培養學生的邏輯思維能力和科學探究精神。先讓學生觀察題目中包含的信息，如化學反應方程式、物質性質、實驗數據等，這些信息是解決問題的基礎，也是學生進行推理的依據。引導學生理解題目的要求，明確問題的目標、學生需要理解的題目背景、涉及的化學知識以及需要解決的問題。在此基礎上，教師指導學生明確如何從題目中獲取關鍵信息，如何分析這些信息，以及如何利用這些信息進行推理。教學過程中要注重學生的參與和互動，通過交流和討論來分析問題、推理答案，進一步提升學生的分析推理能力，幫助學生更好地掌握化學知識，提高解決問題的能力。

例如，2023年全國高考甲卷理綜第36題，題目給了詳細的合成路線圖以及信息，包括阿佐塞米（化合物L）以及L的一種合成路線，還有題給模型。

依據題意，引導學生根據有機物C的結構，推斷有機物B被酸性高錳酸鉀氧化為C，進而得到有機物B的化學結構式，再由此推斷出有機物A的化學結構式；分析有機物E、C的關系，推斷出有機物E經一系列反應得到有機物G，接著讓學生根據已知條件進行分析：有機物G發生兩步反應得到有機物H，有機物G與SOCl2發生第一步反應得到中間體，中間體與氨水發生反應得到有機物H，進而得到有機物H的結構，再解讀題目中有機物I與有機物J發生反應得到的有機物K，根據有機物I、K的結構和有機物J的分子式可以得到有機物J的結構，有機物K經后續反應得到目標化合物阿佐塞米（有機物L）。據此，引導學生運用題目已給的模型對題目信息進行全面分析推理，將整個題目中的邏輯順序進行梳理，利用題給的模型和解析的信息，能夠輕松對問題進行解答。

四、整合模型資源，形成新知識模塊

在學生對認知模型有了較為深入的理解后，教師應鼓勵他們整合不同模型資源，形成新的知識模塊，這一階段，學生將能更好地將所學知識進行遷移應用，培養自身的創新能力。除了基本的化學知識和技能，高中化學教學要重視對學生分析問題和解決問題能力的培養。

例如，根據給定的信息設計有機化合物的合成路線，這種題型不僅要求學生掌握基礎知識，還需要他們具備一定的應用和創新思維。為了更好地幫助學生理解和掌握，教師要引導學生采用逆推法，這種方法要求學生從目標化合物出發，逆向尋找能夠合成該化合物的中間有機化合物，直到追溯至起始原料。在逆推的過程中，學生需要將題目給出的反應信息和已有的反應模型相結合，設計出符合要求的合成路線。這個過程要求學生具備較強的邏輯推理和信息整合能力，同時還需要他們能夠靈活運用所學的化學知識。基于認知模型的高中化學教學模式強調對知識進行系統化的整合，引導學生對各種模型資源進行分類和整理，幫助他們構建完整的知識體系。通過整合模型資源，學生不僅能夠加深對化學知識的理解，還能夠提高他們的自主學習能力和創新能力。

（作者單位：貴州省納雍縣第五中學，貴州，畢節553300）