基于模型认知的高三化学教学实践研究

摘 要：模型认知是化学核心素养体系的要素之一。在高三化学复习教学中，作者尝试引导学生运用多种模型来描述和解释化学现象，依据物质变化的信息建构认知模型，将模型与思维发展、观察制作、问题解决相结合，形成有序、系统思维，促进学生化学核心素养的提升。

关键词：模型认知；模型建构；解模；高三化学

中图分类号：G633.8

文献标识码：A

收稿日期：2017-02-28

作者简介：王赞华（1976—），女，福建浦城人，一级教师，本科，研究方向：高中化学教学。

一、模型辅助与思维发展相结合，提升学生思维能力

在教学中，教师充分利用直观的模型手段，让学生在感性认识的基础上得出结论是一种好办法，但笔者认为对模型的认识不该只停留在教具等基础上。模型不仅是教学的辅助工具，更是思维工具，模型方法可以使学生的认知水平从具体向抽象，从感性思维上升为理性思维，帮助学生理解和掌握一些抽象概念、理论，对于培养学生问题转换能力、提升学生思维能力等大有裨益。

溶液中的守恒即电荷守恒、物料守恒是重难点，也是高考热点。在这一课笔者尝试建构模型辅助与思维发展相结合的课堂，提升学生思维能力。

1.建构模型——思维是需要激活的

为了帮助学生提炼“电解质溶液分析认知模型”，笔者抛出问题：①电解质在溶液中产生什么粒子？是否存在溶质分子？②溶剂水以什么粒子存在？③這些粒子间是否会相互影响？影响的程度有多大？结果如何？④如何用方程式表示？层层深入的问题，引发学生积极思考，建构起一幅“电解质溶液分析认知模型”：电解质加入水—若形成溶液—分析溶质电离出阴阳离子（考虑是否有溶质分子）和溶剂水的电离—阴阳离子是否影响水的电离—影响程度，溶液中的粒子种类、数目。认知模型为后面教学提供思路，也打开学生思维的闸门，为学生的思维提供了指引。

2.思维发展——寻找课堂令人怦然心动的感觉

以Na2CO3溶液为例，根据电解质溶液认知模型，将Na2CO3固体加入水中，溶液中粒子间会有哪些相互影响呢？请学生分析：

Na2CO3 = 2Na++CO32-

H2O=H++ OH-

CO32-+H2O=HCO3-+OH-

HCO3-+ H2O=H2CO3+ OH-

请学生观察溶液中的粒子是否有规律可循。

引导一：把所有离子找出，阳离子放一边，阴离子放一边，学生知道溶液总是呈电中性，即阴离子所带负电荷总数等于阳离子所带正电荷总数，自然归纳出电荷守恒C（Na+）+C（H+）=2C（CO32-）+ C（HCO3-） +C（OH-） ， 依葫芦画瓢，学生分析NaHCO3溶液时很快列出电荷守恒式子。并自主小结书写电荷守恒注意事项：一是准确找出溶液中所有离子；二是弄清楚离子浓度与电荷关系。

引导二：寻找元素比例关系，加入水中前：n（Na）=2n（C），加入水中后：钠元素存在形式为Na+ ，而因为CO32-水解，碳元素以CO32-、HCO3-、H2CO3形式存在，总量未变，归纳出物料守恒：C（Na+）= 2[C（CO32-）+C（HCO3）+ C（H2CO3）]，依据认知模型，学生容易分析NaHCO3溶液并列出物料守恒，再迁移到混合溶液， 归纳出只要将溶液的中粒子找全，电离与水解分析全面，抓住溶液中关键元素量的关系，就能正确写出物料守恒。

师生共同总结溶液中守恒规律特点：电荷守恒全是离子，物料守恒一边含同种元素，一般不含H+ 、 OH-，如果式子中有H+ 、OH-又有分子，则用质子守恒分析，或将电荷守恒和物料守恒合并。笔者认为一节课最核心的地方是师生处理问题、形成精彩观念的过程，帮助学生建构认知模型，建立解决化学问题的思维框架。

二、模型观察与模型制作相结合，培养学生实践能力

教师有计划地组织学生观察和动手制作模型，如图像绘制、搭建分子球棍模型、利用软件制作晶体模型等，既能发挥模型的教育作用，降低学习难度，又能培养学生实践能力和想象能力。

在高三复习《速率与平衡图像解析》一课，笔者尝试通过图表转换、图像绘制和典例分析引导学生观察、发现问题和形成观点、对图像进行建模和解模解决实际问题，培养学生实践能力。

例1：工业上利用反应N2（g）+ 3H2（g）=2NH3（g） ?H<0 合成氨；某小组为了探究外界条件对反应影响，以COmol/L H2参加反应合成氨气，在a、b两种条件下分别达到平衡，如图1。求：①a条件下，0～t0的平均反应速率v（N2）= 。②相对a而言，b可能改变的条件是 。③a条件下，t1时刻将容器体积压缩至原来的1/2，t2时刻重新建立平衡状态。画出t1～t2时刻C（H2）的变化曲线。

对于问题①学生错答为（C0-C1）/ 3t0，引导分析答案是（C0-C1）/300t0，学生意识到读图需关注横、纵坐标及含义。对于问题②学生错答加压，交流讨论得出答案是增大氮气浓度，得出读图需关注趋势和曲线间的关系。问题③总结画图关键是确定起点和终点。在有针对性地分析例1的基础上，进一步给出有悖于勒夏特列原理的例2，学生通过亲自绘制图像和正确答案的对比使思维处于愤、悱的状态，笔者引导学生从定量角度研究平衡移动需比较QC和K的大小，平衡移动后，温度不变，K不变，CO2浓度也就没变，小结定量角度解读图像的思维方法。

例2：一定温度1L密闭容器中放入足量草酸钙（固体所占体积忽略不 计）发生反应：CaC2O4（s）=CaO（s）+

CO（g）+ CO2（g）。若某时刻达平衡时C（CO2）=C；t0时刻，将容器体积缩小为原来的一半并固定不变，在t1时刻再次达平衡，如图2。请在图中画出t0后体系中CO2的浓度随时间变化的图像。

两道例题均以图像绘制作为学习支架，模型观察与制作相结合，让学生体验画图过程，分析读图注意点，引导学生自主总结读图的思路和方法，建构化学图像认知模型：轴（横、纵坐标）—点（起点、终点、特殊点）—线（趋势）—面（曲线关联）。通过典例分析，笔者引导学生归纳图像解模过程，从面—线—轴—点，快速准确找切入点，综合运用定性分析和定量计算，培养学生实践能力。

三、模型建构与问题解决相结合，培养学生创新精神

模型的教育意义是通过建构来实现的。模型建构需要学生确定对象，观察、实验，运用已学知识进行假设、推导、归纳，使对象直观化和简化，学生在活动思考中体会模型的建构方法，将模型方法转化为认知图式，解决实际问题，这对学生创新能力培养是很有好处的。

对于一些平衡问题，模型建构方法几乎不可替代。例如：密闭容器中充入2mol NO2气体，建立如下平衡：2NO2=

N2O4，测得NO2转化率为a%，在温度、体积不变时，再通入2mol NO2，待新平衡建立时，测得 NO2转化率为b%，则a与b比较：（ ）

A.a=b B.ab D.无法确定

笔者引导学生在解题时建立虚拟平衡模型，问题就变得简单许多，2mol NO2在1VL容器中，建立虚拟平衡模型 4mol NO2在2VL容器中，两者等效，转化率是相等的，而把4mol NO2在2VL容器中压缩为VL，压强增大，平衡右移，转化率增大，故选B。

总之，教师在高中化学教学实践中努力践行，充分重视模型教学法，以教学目标和学生发展为主线，通过有效、合理的模型建构引导学生逐步思考问题，理解掌握核心概念和原理，在相关问题上获得新知识，得到新方法，对促进学生化学核心素养的提升等大有裨益。

参考文献：

[1]王宝斌.发展学生化学核心素养的三大策略[J].中学化学教学参考，2016（17）：10-12 .

[2]张 琼.科学理论模型的建构[M].杭州：浙江科学技术出版社，1990：2-3.