基于模型认知与建构的高中化学教学策略

李灵敏

摘要：模型认知是化学核心素养的一个维度，对化学教学具有重要功能。教学中合理运用模型认知与建构的教学策略，不仅可以提高学生的化学学科逻辑能力与思维品质，还可以有效保障化学学科核心素养在课堂落地生根，开花结果。

关键词：模型;模型认知;模型建构;教学策略

文章编号：1008-0546（2020）01-0018-03 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.01.005

一、研究背景

模型是一种重要的科学方法，在科学发展中发挥了重要的作用。国外很多教育工作者都大力倡导模型教学，在我国的高中教育研究中，对数学模型教学、物理模型教学、生物模型教学的研究起步较早，相比较来说，化学学科对模型教学的研究较晚。2017年版《普通高中化学课程标准》首次将“模型认知”写进了高中化学教学课程目标范畴，从此化学教师开始关注模型认知、模型建构等与模型相关的课堂教学设计与实践。

二、模型认知与建构教学的内涵与功能

“模型”一词来源于拉丁文，初始含义是样本、标准和尺度，中文原意即规范。“认知”是指人类认识客观事物、获得知识的活动，包括知觉、记忆、学习、言语、思维和问题解决等过程。人们为了某种特定目的而对认识对象所做的简约化描述就是“认知模型”，简称为“模型”，而在“模型认知”一词中“模型”和“认知”属于偏正关系，“模型”是修饰语，“认知”是中心词。所以，“模型认知”可以理解为“基于（借助于）模型的认知”，它要求学生通过分析、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，通过它们建构一个具有代表性的模型。

高中化学核心素养将“证据推理与模型认知”作为一个维度专门表述，说明模型认知对于化学教学具有重要功能。其一，简化描述功能，可以将教材文本中繁琐的语言描述简化成理想的图示、符号、图表等简洁的模型化语言;其二，形象解释功能，可以将一些看不见摸不着的化学微观结构，基于其内在结构特点利用实物进行模型假想，达到对微观结构的解释;其三，迁移推理功能，借助已经建构的模型，利用分析、迁移、对比、推理等思维方式解决化学实际问题，检验建构的模型是否成功，在模型应用中提高学生解决实际化学问题的邏辑能力与思维品质。

三、模型认知与建构教学的思路与策略

高中化学部分教学内容具有较强的理论性，如电化学、化学平衡、氧化还原、微观结构等，与学生的生活经验有一定的距离，仅仅依赖课本有一定的局限性，教学难度大。基于模型认知功能的研究，教学中合理运用模型认知与建构的教学方式，可使教学内容易于被学生接受，为学生的学习提供有力的思维导向和支撑。

化学教学中引领学生模型认知的过程就是对对象去粗取精、去伪存真的过程，是对化学知识高度浓缩、高度提炼、高度概括的过程，是使重要的核心知识形成清晰的知识框架，纳入学生已有知识体系的过程。教学中学生在教师引领下经历“文本解读一原型提炼一模型创建”这个过程称之为“模型建构”，是整个“模型认知”培育的核心，是学生认识发展的关键过程。“模型应用”则是模型认知培育的实践阶段，通过分析解决化学实际问题，论证模型建构的成功与否，有助于实现学生对模型、对知识的“再认识、再发现与再建构”。

化学模型认知与建构教学的一般教学策略如图1所示。

化学的本质不是化学知识，而是产生知识的方法与过程。真实科学探究的核心是科学知识的生成和论证过程，模型认知与建构教学亦是如此。通过解读教材文本或表征问题进行证据推理提炼原型的过程是教师教学备课的核心，是实施化学模型认知与建构教学策略的起点，课堂上运用各种教法与学法引导学生建构模型是课堂教学的关键。模型建构是否合理有效，需要真实情境的化学问题来检验与论证，让学生在模型应用过程中，感受模型“魅力”的同时不断探究发现新问题，重新认识并修正模型，完善学生的模型认知过程。

四、模型认知与建构教学的分类与应用

基于文献的研究，高中化学模型可以分为物理模型、数学模型、概念模型三大类，它们还可以细分，具体分类及实例如图2所示：

1.物理模型的建构和应用

物理模型可分为实物模型和思想模型，实物模型是指借助实物、教具等模型将看不见的微观粒子宏观化，增强学生学习感知的直观感，降低学生的学习难度。思想模型是人的头脑中经过思考过程建立起来的非物质的、观念性的东西，如思维方式、学科观念等，因此，每一节化学课都离不开思想模型的建构。

例如：甲烷结构新课教学

甲烷是最简单的有机物，分子结构虽然简单，但对它的学习是整个有机结构体系的奠基石，因此不能简单地靠讲、画或PPT投影了事。

根据苏教版化学2教材文本求出甲烷的分子式之后，怎样让学生“看见”甲烷的分子结构？教学中教师可以提供牙签（代表化学键）、小番茄（代表氢原子）、土豆（代表碳原子），通过小组合作猜想构建甲烷的球棍模型。

建构的模型是否合理？在学生初步构建模型以后，教师提供信息“二氯甲烷只有一种结构”，引导学生检验或修正自己建构的甲烷模型。通过这样的模型认知与建构活动，学生对甲烷的空间结构有了清晰的认识。

建构的模型是否可以应用？在学生构建甲烷模型之后，教师提供乙烷、丙烷的分子式C2H6、C3Hs，它们的结构又如何呢？学生根据甲烷模型，利用等位原子替换法，自主建构乙烷、丙烷的模型，从而构建烷烃的结构模型认知，为进一步学习有机化学奠定基础。整个模型认知、建构与应用教学过程可以用图3表示。

2.概念模型的建构和应用

概念模型主要以概念图表达，概念图是美国诺瓦克（Joseph D.Novak）教授等人提出的将基本概念网络化并以结构图的形式呈现出来的一种组织和表征知识的教学方式，目的是有效帮助学生理解学科知识。

例如：有机基础复习课教学

教师设计以“官能团的引入和转化”为载体，通过问题驱动，学生交流讨论，回顾教材文本所学官能团（碳碳双键、卤素原子、羟基、醛基、羧基等）的引入方法。

引导学生将有机化学一堆碎片化的概念知识进行整合，帮助学生建构各类有机物之间的相互转化关系概念图，如图4所示。

通过概念模型的建构，逐步完善学生认知结构，提升学生对有机知识的系统整合。

模型应用，设计简单的有机合成进行训练，强化学生对有机概念图的深度理解。如：以溴乙烷为原料合成乙二酸乙二酯，无机试剂任选，设计合成路线流程图，注明反应条件。

学生在有机合成设计过程中，利用已有原料、信息，在官能团引入、转化的过程中，检验或修正概念模型，同时暴露学生思想模型的不足，在逐步改善设计方案中，培养与完善学生的化学学科核心素养。

3.数学模型的建构和应用

数学模型包括坐标、数轴、数式等可以训练学生运用数学学科工具定量地分析化学问题，让学生能描述、分析和计算相关核心物理量，提升学生对图形、图表的辨识以及对图文之间的转换能力。

例如：习题课教学

（1）设计情境

探究某溶液中可能含NaOH、Na2CO3、NaHCO3中的一种或几种，取样，分别加入盐酸，以放出的CO2的量为纵坐标，加入HCI的量为横坐标作图（如图5），据图定性判断原溶液中溶质的组成。

五、结束语

借助模型可以认识化学微观结构，利用模型可以简化化学核心知识，建构模型可以梳理化学概念体系，参照模型可以解决化学实际问题。学生在经历“文本解读→原型提炼→模型建构→模型应用→模型再构”这一模型建构、应用与修正的课堂教学实践过程中，学生需要借助证据推理来建构与论证自己的模型，而证据推理则需要借助“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“科学探究与创新意识”等素养共同帮助与配合才能完成。因此，进行高中化学模型教学是落实化学学科核心素养的有效途径和必经之路。

总之，进行高中化学模型认知与建构教学不仅可以提高学生的化学学科逻辑能力与思维品质，还可以有效保障化学学科核心素养在课堂落地生根，开花结果。