初中化学模型认知的教学策略探究

王锋

【摘 要】模型认知能力是科学教育中的重要目标，是发展学生科学素养的重要组成部分。文章探析初中化学模型认知的内涵，梳理初中化学模型认知的内容，从整体规划设计模型认知目标、强化模型认知体验、拓展模型认知外延、感受模型认知价值几个方面探究初中化学模型认知的教学策略。

【关键词】学科核心素养;模型认知;内容梳理;教学策略

模型是人们为了达到对目标对象进行解释、认识或研究等特定目的，对目标对象所做的一种简化的、直观的、定性的或定量的、文字的或图形的描述[1]。模型认知是化学学科核心素养的重要组成部分，是化学学科研究物质及其变化的重要认知方法[2]。

化学学科与数学、物理学科相比，内容较零散，其既有较多的具象记忆内容，也有较多的抽象概念内容。在化学教学中，教师可以通过把具体的、零散的内容进行归纳概括，使复杂的内容简单化、结构化;也可以应用规律性的内容解释相关问题、预测相关物质的性质及用途，使抽象的概念具体化、实用化。根据模型的内容特点，把化学认知模型分为形象模型、符号模型、数学模型、思想方法模型[3]。模型认知作为高级的认知素养，对学生的认知基础及过程有较高的要求，它的达成不是一蹴而就的。本文结合初中化学模型认知教学内容的特点，探索初中化学模型认知的教学策略，为学生进一步发展学科核心素养奠定基础。

一、在课程单元备课时，整体规划设计模型认知目标

学生化学学科核心素养的发展是一个持续进步的过程，要实现素养高阶目标，整体规划设计是重要的，也是必须经历的过程。教师应依据化学学科核心素养的内涵及其发展水平、课程目标、课程内容和学业质量要求，结合学生的已有经验，对学段、主题、单元和课题教学目标进行整体规划设计[4]。

以“结构、性质、用途”关系模型为例，这一方法模型是化学中重要的方法模型，其贯穿在整个元素化合物的教学中，在初中化学教学中分阶段实施。以人教版初中化学这一模型为例，各阶段进阶内容如表1所示。

根据表1的内容，首先，从初中化学课程整体规划设计模型认知目标出发，即从研究物质及其變化中认识“结构、性质、用途”的关系规律，建立认知模型，并明确模型认知素养目标。通过整体规划设计后，对课程中具有“结构、性质、用途”关系模型认知功能的内容进行深入梳理，得出模型认知的进阶过程及要求。然后，结合教材单元对单元整体备课，根据“结构、性质、用途”关系的各阶段模型认知目标，找到具体的结合点，再通过深入概括确定单元认知模型目标。最后，在具体教学设计中，以“结构、性质、用途”关系模型认知为线索，选择相关素材，设计相应的活动环节，特别是要重视课堂小结环节设计及板书设计。

总之，通过整体规划设计，让模型认知素养等隐性的目标显性化，使模型思想贯穿于教学的全过程，并在教学过程中不断修正、充实，丰富模型内涵，从而更高效地达成学生的模型认知素养。

二、重视活动设计，强化模型认知体验

模型认知教学不仅让学生记住模型的外在形式或相关表述，而且让学生通过模型认知相关活动，对模型认知内涵进行有意义的建构。在具体教学实施过程中，教师应以模型为线索，组织课堂教学内容，让学生充分参与各个教学活动环节，理解各部分内容的本质及内在联系，并提取整体内容本质，形成思维模型。在这个过程中，教师要让学生更多地经历观察、比较、分析、综合、抽象、概括等思维过程;让学生对教学内容经历由特殊到一般，由具体到抽象，由现象到本质的认识过程，即由感性认识到理性认识;让学生对知识进行归纳、概括，逐步建立模型。在模型教学中，教师应避免先直接展示模型、再讲解模型这种灌输形式。因为这种灌输形式会丧失培养学生模型认知的教学时机，导致学生只能通过机械记忆来建立模型，不能理解其内涵和外延，在应用时只能生搬硬套，不会灵活迁移解决问题。在模型教学过程中，教师可以让学生通过参与绘制思维导图，汇报相关体会，形成教学共同体;还可以利用板书逐步引导学生思考，让学生勾勒出相关模型。例如在初中有关气体压强专题的复习中，教师可以将教学目标定位为：建立有关气体压强的模型。教学中教师如果直接给出模型，再讲应用，学生更多的是要记住整个抽象的模型，很难灵活地应用模型。建议在建立有关气体压强模型专题教学过程中，可以采取如表2所示的教学活动。

通过以上教学活动设计，充分调动学生原有的认知基础，引导学生积极参与活动体验，进而分析、抽象、概括出气体压强问题的核心要素，并建立各要素的关系，最后完整地、全面地建立气体压强问题的解决模型。

三、在真实情境中应用，拓展模型认知外延

模型素养指学生不仅要懂得建立相应的认知模型，还要能够应用模型解释化学现象、解决化学问题，揭示现象的本质和规律。教师通过观察学生在真实情境中应用模型解决实际问题的情况，一方面可以检测学生的模型认知能力水平;另一方面是“用模”来检测学生对模型的理解，及时纠正学生在模型认知中的偏差，进一步修正模型，提升学生的模型认知水平。

在教学中，教师可以进一步拓展、充实模型，发展学生的模型认知能力。以“空气中氧气的含量测定实验”为例，其实验过程是利用一种可燃物燃烧消耗氧气，生成固体小颗粒，使容器内的压强变小，水被倒吸，利用进入水的体积来测定空气中氧气的含量。这样就建立了测定混合气体中氧气含量的测定模型。应用这一模型，可以判断木炭、硫等能否作为本实验的可燃物。很显然，这些可燃物不适用于这一模型。但是在教学中教师可以启发学生，如果用碱性液体作为吸收剂，可以消除生成气体的影响，这样可以把模型的适用范围升级为：可燃物只要能消耗氧气，并且生成物不影响测定的气体即可。在学习酸碱的性质之后，对本实验模型的应用范围可以拓展为测定混合气体中的二氧化碳含量，这样就把以上模型的应用范围由测定氧气含量拓展为测定混合气体中的其他气体的含量。这时测定原理不再是采用燃烧法，而是采用少量碱性液体吸收气体，利用液体倒吸原理测定混合气体中的二氧化碳含量。这时，进一步完善以上气体测定模型，对于测定所需的试剂要求调整为：与测定成分发生反应（不与其他成分发生反应），要求生成物不影响其他测定的结果。在复习中拓展这一模型，还可以将应用范围进一步提升为：若要测定混合物中某种成分的含量，可以用一种物质与混合物中的该成分发生反应，产生可测量的变化，即可测得混合物中该成分的含量。如测定氯化钠溶液中的碳酸钠含量。

在习题教学过程中，教师可以选择一些具有真实情境的习题，让学生应用模型演绎解决问题，在应用过程中，不断拓展模型的外延。同时，教师要注意进行多题一解、举一反三的习题讲解，对不同习题进行归纳总结，提取解题思路，这也是培养学生模型认知的有效途径。

四、挖掘化学史的教育价值，感受模型认知价值

化学中有较多模型发展变化的史实，如原子结构模型、晶体结构模型、酸碱理论模型等。这些模型发展过程就是人類认识发展各个阶段的演变过程，是十分生动的教育教学素材。教师可以利用这些素材引导学生认识模型的建构过程、理解模型内涵、应用模型解决问题，让学生感受建构模型的过程就是不断思考、不断创新的过程，从而认识到模型认知的学习价值。以原子结构模型的建构为例，我国古代墨家提出“非半不著斤则不动，说在端”，认为构成物质的最小单位是“端”;希腊哲学家德谟克利特提出了宇宙万物是由最微小、不可分的物质粒子“原子”构成[5]。教师可以利用这些问题引导学生对物质世界的构成进行思考，并结合相应史实，介绍不同阶段的原子结构模型（如图1，由简单到最后接近于现代的原子模型）。其中，从汤姆生的枣糕模型到卢瑟福的行星模型的演变如图2所示。卢瑟福根据α射线实验中α射线的不同偏转情况，对原来的模型进行创新，提出新的模型。这一过程让学生认识到模型的演变是基于实验结果，利用科学事实进行推理建立新模型的过程。这些模型是人们不断突破对原子认识的结果，是人们认识原子的阶梯，教师逐步引导学生认识这些过程，能使他们对原子的认识更加全面、系统。这些原子结构模型的不断破立过程，也会激发学生的创新意识，让学生感受到模型的学习价值是解决各种问题，而不是固化认知。通过结合化学史进行模型教学，让学生在真实情境中自主参与原子结构模型的建立，为今后模型建立的学习提供学习经验及认知动力。

总而言之，对于初中化学模型认知的教学，首先要结合初中化学课程内容，对模型素养进行整体规划设计;然后通过具体的学习活动，建构学科各种模型及找到建构模型的方法，对模型进行内涵梳理及外延拓展;最后在具体情境中，进行迁移应用，达到较好地运用模型方法进行化学学习和解决问题的效果。

参考文献：

[1]邢红军.论科学教育中的模型方法教育[J].教育研究，1997（7）：53-56.

[2]单旭峰.对“模型认知”学科核心素养的认识与思考[J].化学教学，2019（3）：8-12.

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

[4]普通高中化学课程标准修订组.普通高中化学课程标准（2017年版）解读[M].北京：高等教育出版社，2018.

[5]张家治.化学史教程[M].太原：山西教育出版社，1987.

（责任编辑：罗小荧）