建模教学在高中化学课堂中的应用

唐洁 陈迪妹 叶剑强

[摘   要]在核心素养导向以及化学学科背景下，建模教学作为一种新兴的，将模型与建模思想融于教学活动的教学模式，有着重要的应用价值。文章对建模教学的内涵进行深入分析，再以真实课例进行建模教学设计，并对建模教学在具体实施过程中应注意的事项加以说明，更直观地展现建模教学在高中化学课堂中的教学辅助功能与思维发展功能。

[关键词]建模教学;高中化学;原电池;教学设计

[中图分类号]    G633.8        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2021）20-0060-04

一、问题的提出

根据化学学科特性，高中化学学习主要涉及原子、分子等微观世界，同时又与实际生活、工业生产息息相关。微观世界无法通过肉眼来直接观测分析，具有明显的抽象性和复杂性。而工业生产又过于宏观与实践化，无法让学生直接操作与观测。因此需要一种适宜的方法，来使化学微观世界形象化与可视化，使宏观事物具体化与可操作化。

同时，新普通高中化学课程标准明确提出将“证据推理与模型认知”作为化学学科五大核心素养之一，要求学生能识别、理解、描述和表示化学学科中的常见模型，会运用模型的方法解释化学现象，揭示化学规律和本质，并能在面对复杂的化学问题情境时，选择合适的化学模型或构建相应的模型来解决问题。课程标准中对学生模型认知与建模能力的要求可以直接反映出，“模型认知”作为一种重要的化学学科核心素养，在高中化学学习和教学中的重要性。

而建模教学作为一种新兴的，将模型与建模思想融于教学活动的教学模式，在化学教学中有着重要的应用价值，其所具有的模型教学辅助功能以及促进建模思维发展功能可使化学教学活动与学生学习活动更简便高效，也更有利于转变教师的教学方式与学生的学习方式，培养学生的“模型认知”素养和建模能力，从根本上提升学生的化学学科核心素养，落实化学课程标准的要求。

二、建模教学的内涵

1.建模教学的定义

建模教学这一概念最初是由美国亚利桑那州立大学教授海斯特斯（Hestenes） 于1984年提出的，是指一种基于模型建构与教学活动相结合的新的教学模式。后来不同的研究者对建模教学提出了不同的定义。通过查阅整理文献，可将建模教学的具体内涵概述为：将建模思想融于普通教学过程的新教学模式，具体包括教与学两部分，教的方面，即对于教师来说，它指的是教师通过展示或构建化学模型（物质模型或思想模型）来向学生解释、描述、说明化学知识和化学现象，引导学生更好地运用观察、比较、分析、推理、演绎、归纳等化学思维方法来揭示化学事物的本质特征、一般规律和因果联系的过程;学的方面，即对于学生来说，它指的是学生借助模型或通过构建模型来帮助自己获取更牢固透彻的知识，同时发展自己的建模能力，并在此过程中，习得一种重要的科学思维方法，即通过建模来自主建构知识和解决实际问题。

2.建模教学的本质

对于建模教学来说，其本质是一种新的教学模式，是将一般的教学模式与建模思想结合而成的新的教学模式。“模型与建模”是其核心内涵，培养学生的模型思维和建模能力，从根本上提升学生的化学学科核心素养则是其终极目标。

3.建模教学的一般过程

4.建模教学的功能

（1）教学辅助功能

根据化学学科特性，在高中化学知识体系中，有非常多具有明显抽象性和复杂性的知识内容，如物质的组成与结构、氧化还原反应原理、溶液中的离子平衡等，同时也存在许多具体的但零碎杂乱的知识。如何让抽象复杂的知识更容易被学生理解和记忆，让零碎杂乱的知识更好地被学生整合和吸收，是教师共同面临的难题。而建模作为一种重要的科学思维方法，一座沟通宏观与微观的桥梁，能够通过实物或形象的表征方式，使抽象的微观世界可视化，使复杂繁乱的化学概念与理论知识简单化、透彻化。而且化学本身对化学现象的解释几乎都是以模型的形式呈现的，学生对化学知识的认知也需要依赖模型方法。模型或建模教学使科学更有趣，使教学更有效，是化学教学中必不可少的辅助工具。

（2）思维发展功能

俗话说：“授人以鱼，不如授人以渔。”教学亦如此，教人知识，不如教人方法。建模作为一种重要的科学思维方法，在促进学生思维发展方面起着不可替代的作用。建模的核心是从已知到未知，建模的过程既包含归纳与演绎、分析与推理、抽象与具象、对比与类比等多种内隐思维过程，也包含图表、语言、符号、动画等表征方式的外显思维活动。因此，建模教学教给学生的不仅仅是化学知识，还是科学研究的一种有效方法，更是一种科学观念与科学思维方式。

研究表明：建模教学不仅能有效帮助学生梳理化学知识，构建学科知识体系，提升学生的解题能力，促进学生学习成绩的提高;还能增强学生的学习兴趣和自信心，促进教师教学观念的转变。

三、基于建模思想的“原电池工作原理”教学设计

1.教学设计思路

“原电池工作原理”教学设计是基于建模教学的一般模式，融合建模教学的六个环节，以教学目标和教学重难点为导向，利用视频创设情境，引导学生逐步体验双液原电池模型构建的过程。教学环节主要包括情境创设、模型准备、模型构建、模型评估与效化、模型应用、模型迁移与讨论，每个建模教学环节主要涉及的教学活动与设计意图如表1所示。

2.教学过程

四、建模教学的注意事项

建模教学作为一种新的教学模式，其在实施过程中需要注意以下几点。

1.注意分类建模

建模教学模式与环节并不是一成不变的，根据不同模型、不同课型、不同知识点可对建模教学模式进行针对性的增添和删减，具体如表2所示。

2.牢记学生为主体的教学原则

学生是建模教学的主体，建模教学的根本目的就是培养学生的模型思维和建模能力，提升学生的化学学科核心素养。学生为主体，即关注学生的现有模型水平和学生的模型思维发展历程，牢记共同参与原则，时刻谨记学生是建模教学的主体，教师只是引导者與辅助者。

3.辩证看待建模教学

建模教学并不是一成不变的，也不是绝对完美的，且模型与原型相似而不相等，模型的使用范围具有条件性和局限性，因此建模教学只是教学的辅助手段，而不是教学的全部。

[   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年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]  张繁. 建模思想在高三化学教学中的应用研究[D].桂林：广西师范大学，2018.

（责任编辑 罗 艳）