基于“模型认知”的高中化学教学策略研究

陈腾杰

(福建省厦门市海沧中学 361026)

在《化学课程标准(2017年)》中将化学学科核心素养划分为5个维度， “证据推理与模型认知”是其中之一.学习化学需要具有化学学科特质的思想和方法，即需要通过基于证据推理和模型认知来解释化学现象，揭示现象的本质和规律.“证据推理与模型认知”是化学学习不可或缺的认知能力，是学生必须具备的关键能力和品格.在课堂教学中如何建基于“模型认知”的解决化学问题的思维框架和模型呢？

一、认识“模型认知”的涵义

化学中的模型指当客观对象并不能直接研究时，利用想象、抽象、类比等方法，以观念形态描述原型的某些特征、性质、规律的抽象概念或理论，建构的一个既简化又能集中反映客体本质关系的模型，如分子、原子模型，原电池与电解池模型，酸碱滴定模型等等.“模型认知”在化学学科背景下，可以理解为是基于某种“模型”的“认知”.《化学课程标准(2017年)》对“模型认知”是这样描述的：知道可以通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系，建立认知模型，并能运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律.因此“模型认知”可看成是一种科学认知方式，是学生在学完化学概念、原理后，留下的高级思维方式，是学生必备的一种能力.“模型认知”通常可以分为两类，其一是通过结构模型直观形象地认识物质的结构和组成，其二是为解决特定问题，通过抽象再现原型，建构新型客体的科学方法.

二、构建“模型认知”的依据

奥苏贝尔的学习理论认为，采用建模思想，将化学问题中次要的、非本质的信息舍去，可使本质的知识变得清晰，更容易纳入学习者已有的知识框架中，使学生在解决化学问题时，迁移更容易.

化学的学习离不开模型，模型匹配策略是高中生解决化学问题最常用的的解决问题策略之一.利用模型匹配策略解决化学问题，通常按这样的步骤来进行：先分析问题，明确问题的特点和要求，再依据问题的特征，依据自身的认知水平搜索与问题相匹配的模型，再依据模型去解决问题.如果不能解决问题，这时模型需要重新构建，直至解决问题为止.

三、构建“模型认知”的策略

1.引领学生树立模型意识

化学教学要引领学生进行模型认知，首先要让学生在学习活动中认识到模型的应用价值，并把它当成自己的一种学习方式，并逐渐固化.这就要求教师在教学中要设计好各类模型，要适时引导学生通过建模来解决问题获取知识，并能用一定的方法使模型显化为学生所接受.其次，教师要指导学生根据自己的认知水平选择合适的模型，真正体会到模型的学习价值，进而增强建模的意识和能力.

2.基于模型的活动提升能力

模型方法体现了思维的抽象和概括能力，在教学中不应简单展示模型，而应做到模型展示与模型建构相结合，从而提升学生的思维能力.如在苯的结构教学中，可以让学生先根据分子式来推断结构，再让学生依据苯的性对自己所画结构进行评价，最后教师再来介绍苯的结构模型，这样即可以提高学生对结构的理解，还可以促进学生思维能力的提升.此外，还可以通过模型制作来提升学生的实践能力，通过模型演变来培养学生的科学精神，通过模型构建与问题解决相结合来提升学生的解决问题能力.

四、基于“模型认知”的教学设计

基于核心素养的教学设计在确定教学目标时，需将对学生总体的素养期望具体化为课时教学目标，并以此来确定教学内容，选择教学活动方式，即需要对核心素养目标进行解构.例如，在进行“原电池”教学时，“模型认知”这一素养转化为具体课时目标：以铜锌原电池为案例，组织学生展开分析，发展学生对原电池工作原理的认识，转变迷思概念，构建原电池模型，建立系统分析思路.

(1)分析原型.在讲“原电池”时，可选择铜锌原电池为原型，从氧化还原反应的角度来分析该装置，较活泼的材料为负极，发生氧化反应，电子由负极流出经导线流向正极，形成闭合的回路，溶液中的阳离子向正极方向移动.

(2)构建模型.在分析的基础上收集证据，对要点进行归纳，抽取其实质特征，在认知系统中进行归类，建立相应该原理的模型.要形成原电池需满足以下几点：①有自发进行的氧化还原反应，发生氧化反应的负极，反之，则为正极；②形成闭合回路；③有导电介质.模型构建好后，学生就可以依据经典原电池模型，只要将陌生的的反应、结构复杂的装置与模型中的要素相匹配，问题就会迎刃而解.

(3)模型应用.化学问题的设计总是依托一定的化学原理，很多学生在解答化学问题时思路不清，究其原因，是因其不懂化学本源知识、不理解化学原理，无法依据已有的模型来分析题目.在教学中，教师要引导学生学会构建模型.例如：高考中常出现的涉及新型燃料电池的题，涉及新材料、新装置，实际上这些题目主要考查的是学生能否依据物质及其变化的信息建构模型，并依据模型解决化学问题.燃料电池也是原电池，根据原电池原理，可以判断一般在正极上发生还原反应的物质都是O2，引导学生建立氧气得电子的思维模型，抓住氧元素的化合价变化规律，得电子后首先变成了O2-，只是随着电解质溶液的不同，其电极反应有所不同.再根据电池的总反应和正、负极反应之间的关系,可以快速解答此类题型.

总之，一个好的认知模型应该是：能够把复杂凌乱的内容化繁为简，把抽象难以观察的内容显化，能够帮助学生掌握知识本质和核心.

*厦门市第四批基础教育课程改革重点课题《学科核心素养培育视角下学科教学设计的研究》(编号Z401)的研究成果之一.

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部．普通高中化学课程标准(2017年)[M]．北京：人民教育出版社，2018.

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