認知模型的建構在高中化學教學中的研究

摘 要：基礎教育課程改革倡導以學生為本全面提高學生的科學素養，強調在完成知識與技能培養的同時，也要培養學生化學學科核心素養.本文以“不同價態含硫物質的轉化”為例，論述了在化學教學中，教師建構認知模型，按照模型進行教學，從而達到知識系統化、結構化、科學化的目的.

關鍵詞：認知模型；高中化學；高中教學

中圖分類號：G632

文獻標識碼：A

文章編號：1008-0333（2024）30-0116-03

收稿日期：2024-07-25

作者簡介：付含竹（2002.2—），女，吉林省四平人，碩士，從事中學化學教學研究；

趙麗娜（1975.8—），女，吉林省四平人，博士，教授，碩士生導師，從事中學化學教學研究.

基金項目：吉林省高等教育教學改革研究課題“地方高校應用化學專業‘校企合作’人才培養模式可持續發展及效果研究評價”（編號：20224BRZ12P004T）.

在《普通高中化學課程標準（2017年版）》中，化學學科核心素養中的模型認知素養要求學生能夠通過分析、推理等方法來認識研究對象的本質特征、構成要素及其相互關系，從而構建出認知模型，并能夠運用模型來解釋化學現象，揭示現象的本質和規律.在高中教學中，教師需要幫助學生形成全面的知識體系^［1］，創建精準的認知模型，使知識更加結構化、系統化.

1 教材分析

人教版高中化學必修第二冊第五章的內容是化工生產的重要非金屬元素.以前教師們習慣的元素化合物整體教學，大致是從存在、性質、結構、用途等方面展開知識的梳理歸納，并搭配典型的習題進行鞏固練習.由于部分教師認知思路的缺乏和視角的單一，導致授課缺乏知識的整體關聯性，因此很難將其運用到真實問題情境中.在學習過程中，學生也會覺得元素化合物知識繁、亂、雜、難.

2 教學思想

在素質教育的背景下，教師由“知識的傳授者”向“課程的創造者”“課程的開發者”進行角色轉換，同時面臨著新的考驗，教師必須以“素養為本”的教學理念為指導，用創新的理論思路來提高化學課堂質量，從而促進學生化學學科核心素養的提升.教師要引導學生利用價態觀和物質分類觀，幫助學生建立一系列完整的認知模式^［2］.

教師通過上述手段，讓學生了解氯、氮、硫及其他重要的化合物的基本特性^［3］和它們在生產生活中的用途，以及它們對生態環境的影響，這是一個重要課題.

3 建構認知模型

硫及其化合物之間的轉化是構建在氧化還原知識基礎之上的.通過構建認知模型，按照嚴謹的邏輯線去進行教學，可以達到更好的教學效果，幫助學生順利完成知識的整合，從而學以致用，達到舉一反三的效果，讓學生自如地解決問題.針對本次教學，建立認知模型如圖1.

4 教學目標

（1）展開新視角，以物質所屬類別和化合價為分類依據，探究含硫物質的轉化的規律.

（2）學生應用氧化還原和復分解反應原理，書寫含硫物質間轉化的化學方程式和離子方程式.

（3）通過分析——綜合——再分析——再綜合的科學方法構建認知模型，梳理知識網絡.

5 教學過程

5.1 聯系實際，情境帶入

［情境導入］ 展示自然界中豐富的硫元素，從火山爆發處產生的硫、朱砂HgS、硫鐵礦FeS₂等天然硫礦物.這些物質在空氣中可轉化為SO₂、SO₃，有的被植物和動物分解產生含硫蛋白和H₂S等.

［教師活動］ 自然界中含有大量的硫化物，元素是組成物質的基本成分，而硫是一個豐富物質體系的重要組成部分.如此絢麗多彩的物質世界，是怎樣完成的物質間的轉化呢？

設計意圖：執行認知模型中回顧舊知和問題解決步驟，在情境中激發學生認知發展，建立起“物質是由元素組成，但元素是不變的”守恒觀，這些觀點在這節課的學習中扮演“先行組織者”的角色^［4］.

5.2 利用認知模型，展開教學

［活動1］列舉不同價態含硫物質，根據價態判斷其性質.

［學生活動］復習硫元素的化合價，依據氧化還原口訣去對應物質的氧化性或還原性.

［教師活動］與學生一起回顧氧化還原知識，化合價能夠升高的物質，具有還原性，化合價能夠降低的物質，具有氧化性.

設計意圖：通過任務驅動的方式，教師引導學生自主建立起含硫物質間相互轉換觀點，為建立硫及各化合物之間的相互轉化知識網絡奠定基礎.

［活動2］布置任務，讓學生小組合作自主繪制價態二維圖.

［學生活動］學生小組合作并展開討論，以物質類別為橫坐標，以硫元素化合價為縱坐標，繪制完成硫的價態二維圖.

［教師活動］對學生小組合作完成的價態二維圖進行檢查對照，評價并鼓勵學生積極探索，以形成嚴謹的邏輯思維.繪制出完整的硫的價態二維圖，如圖2.布置下一個任務：讓學生對物質進行分類，并書寫出相應的物質轉化的化學方程式.

設計意圖：執行建構認知模型的步驟，以學生為主體進行教學，以問題探究的方式幫助學生建立相互轉化思想^［5］.這樣提供了教學新視角，挖掘了教學中蘊涵的“分類思想”“轉化思想”“本質規律”.

［學生活動］回顧必修一所學的物質分類及轉化，對上述硫的化合物進行分類，按照自身的思維或邏輯順序書寫相應的化學方程式.含硫物質的連續氧化如下：

H₂S少量O₂S O₂SO₂O₂SO₃H₂O" H₂SO₄

［教師活動］物質類別可以幫助我們理解它們的性質，不同價態的含硫化合物之間的關系與反應規律是密切相關的.

設計意圖：回顧舊知，利用直觀的圖像呈現物質價態，從而完成知識的整合，使以語言文字呈現的知識變得生動，便于學生記憶和探索物質轉化的規律.

［教師活動］請同學們觀察含硫化合物的轉化中元素化合價的變化規律.

［學生活動］觀察硫的價態二維圖，發現當硫元素化合價升高或降低時，一般升高或降低到相鄰價態，如圖3.

［教師活動］總結并展開新視角，物質間硫元素處于相鄰價態時一般不發生氧化還原反應.

［學生活動］在腦海中建構認知模型，利用模型整合元素及其化合物的知識，將知識融會貫通.

［教師活動］和學生一起梳理硫相關物質轉化的化學方程式，使得知識呈現清楚并條理清晰.

設計意圖：再現知識，知識重復出現的頻率越高，出現形式越直觀，越有利于學生記憶、遷移和應用.

［教師活動］尋找例題，檢驗知識的遷移程度和學生的掌握程度，對疑難部分再次進行復盤講解.

設計意圖：執行認知模型中的知識遷移步驟，在實際應用中培養學生化學學科核心素養.

5.3 聯系生活生產實際，解決問題并小結

［教師活動］回憶情境導入，通過對硫及其化合物知識的整合，我們可以解釋物質的循環和轉化了嗎？

［學生活動］硫可以和金屬、氫氣、氧氣等物質化合，轉變為含硫化合物，再通過一系列氧化還原反應，形成豐富的物質.

設計意圖：聯系生活生產實際，激發學生深入挖掘的學習興趣，使知識整合更加完善.以后其他知識的學習和整合，如果有了認知模型的輔助，也會更加游刃有余、事半功倍^［6］.

6 教學效果與反思

知識點放在認知模型中，便于學生理解掌握和挖掘知識的多重價值，對于挖掘學生潛力、激發學生對化學學習的興趣有重要意義，這也要求教師擁有更好的教學能力、更強的自身素質、扎實的專業技能.在教學過程中采用情境創設法、小組討論法，有利于學生學習和身心發展，可以增強對知識的整體把控，幫助學生逐步理解知識的內涵和真諦.

7 結束語

綜上，利用認知模型進行高中知識教學，可以適應高中階段課程及學生特點.認知模型具有適用性與合理性，認知模型的建構對于提高學生學習效率和學生發展水平具有重要意義.這樣更能培養學生化學學科核心素養，使學生養成嚴密清晰的邏輯，從而培養出具有創新精神和實踐能力、能應對未來社會挑戰的人.

參考文獻：

［1］ 劉婷.基于“價-類二維圖”的“硫及其化合物的轉化”高三一輪復習課［J］.中學化學教學參考，2023（17）：59-63.

［2］ 馬艷輝，梅才宏.“素養為本”的高中化學課堂教學設計與實踐研究：以《硫及其化合物》的單元教學設計為例［J］.安徽教育科研，2023（14）：36-38.

［3］ 池美釵.基于化學觀念建構的主題式進階復習教學策略：以“硫及其化合物”復習為例［J］.化學教與學，2022（21）：54-57.

［4］ 喻華.學科大觀念引領元素化合物性質的深度學習：“硫及其化合物”的課例研究［J］.化學教與學，2022（20）：58-60.

［5］ 李博寧，揭佳莉.基于“價-類二維”模型的硫及其化合物的教學設計［J］.數理化學習（高中版），2022（8）：61-64.

［6］ 符吉霞，陳程.指向深度學習的高中化學單元教學設計研究：以“硫及其化合物”為例［J］.教育與裝備研究，2022，38（7）：28-33.

［責任編輯：季春陽］