“情境—模型”双向建构策略在化学微专题复习中的实践研究

【摘 要】“素养为本”的教学倡导借助在真实问题情境下的探究活动，帮助学生建构思维模型。文章依托实验设计情境问题串，引导学生结合实验现象、数据等证据素材，进一步认识离子反应的本质特征，建构和巩固对水溶液中离子反应的认识模型。同时，利用已有模型解决具体的情境问题，实现“情境—模型”双向建构，使学生的化学学科核心素养得到不同程度的发展。

【关键词】“情境—模型”;微专题;离子反应;复习教学

【作者简介】李似麒，正高级教师，福建教育学院化学教育研究所兼职研究员，主要研究方向为中学化学教育教学。

【基金项目】2021年度福建省基础教育课程教学研究课题“‘双新’背景下的高中化学微项目教学实践研究”（MJYKT2021-151）

一、问题的提出

高考第二轮复习教学强调围绕必修和选修课程中相关知识的教学要求，进行核心知识的重组与关联，帮助学生建立和巩固知识的认识模型，凸显学科核心素养培育的功能价值，建立高效的复习专题。专题复习可以通过对知识的网络化、系统化和模型化整合，帮助学生有效突破思维障碍，促进知识的模型化建构和思维的高阶发展。专题复习的微型化可称为微专题复习，在高考第二轮复习过程中常被穿插使用。微专题复习主要以热点、难点和易错点的突破提升及解题方法的高效应用为研究主题，通过清晰的思维活动引导学生参与复习教学，其复习内容更精准，针对性更强，有利于帮助学生建构知识模型，活化知识应用，提升综合能力[1]。

水溶液中的离子反应是高中化学的核心知识和教学难点之一，也是高考的考查热点之一。在实际考查中往往伴随对多种平衡的综合分析，学生通常因不能很好地将电离平衡、水解平衡和沉淀溶解平衡的本质特征有效深度融合，缺乏对水溶液中离子反应体系认识模型的深刻理解，导致无法有效突破思维障碍而失分。因此，结合《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“新课程标准”）中能综合运用离子反应和化学平衡原理，分析和解决生产、生活中有关电解质溶液的实际问题的具体要求[2]，教师有必要结合高考化学第二轮复习教学过程中出现的实际情况，将离子反应设计成微专题，并在专题复习教学过程中帮助学生有效提升综合分析和解决问题的能力。那么如何让微专题复习更加高效，更加符合新课程标准的相关要求？笔者尝试在微专题复习中引入“情境—模型”双向建构策略。

二、“情境—模型”双向建构策略

“情境—模型”双向建构策略借助情境问题串的创设，让学生经过类比、抽象、归纳与概括建构化学思维模型，同时又用所建构的化学思维模型解决具体情境问题，二者相互协调、相互补充，从而实现思维模型的完善与创新，发展学生的核心素养。“情境”指的是有利于知识的学习与应用的整个背景或环境。情境的高效应用需要教师根据知识内容的特点及脉络，设计情境内涵丰富、凸显问题本质和利于学生思维发展的递进式情境问题串，促进学生对化学问题本质的探究与揭示。“模型”指的是以具体情境任务为载体，通过类比、抽象、概括等手段，帮助学生深化对化学原理的深刻理解和对化学规律的自主发现，凸显问题解决方法的优化和思路的创新，并建构适合学生发展的思维模型。

新课程标准重视对教学内容重新进行结构化整合，并在真实问题情境下，通过开展化学实验探究活动激发学生的化学学习兴趣，培养学生的高阶思维能力，促进化学教与学方式的变革，以实现“素养为本”的教学。“情境—模型”双向建构策略正是顺应了真实情境下的“素养为本”教学的新要求。实践研究表明，对于化学基本理论及应用、元素的单质及其化合物、化学实验及综合应用、工艺流程专题等易与真实情境相结合的教学内容，如果能够针对教学内容的不同将情境与模型有机融合，依托情境建构思维模型，用模型解决情境问题，二者相辅相成，实现“情境—模型”双向建构，能有效突破学生的思维障碍，提升学生的思维品质，提高微专题教学的实效。

三、“情境—模型”双向建构策略的应用

教师在微专题复习中引入“情境—模型”双向建构策略，应重视对微专题的教学内容进行结构化、模型化整合，并在模型化的基础上创设与之匹配的情境问题，在不断解决情境问题的基础上引导学生建构和巩固认识模型，方能有效地实现情境与模型的双向建构。例如，水溶液中的离子反应有复分解反应、氧化还原反应和水解反应。因此，教师可以分别从三种不同反应类型的研究视角来建构认识模型，落实核心素养。在本节微专题复习课中，教师以碳酸钠与碳酸氢钠溶液的鉴别实验为问题情境素材，结合实验方案、实验现象、实验数据等证据素材，设计递进式情境问题串来引导学生从复分解反应、电离平衡、水解平衡和沉淀溶解平衡的综合分析视角进一步认识离子反应的本质特征，突破学生对水溶液体系中离子反应认识的思维局限，进一步发展学生的微粒观、平衡观和转化观，帮助学生建构并巩固水溶液中离子反应的认识模型（如图1）。同时，教师要引导学生利用已有认识模型解决具体的情境问题，从而实现“情境—模型”双向建构，使学生的“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”等学科核心素养得到进一步的发展。

（一）创设问题情境，凸显情境问题

新课程标准倡导基于真实情境的问题探究式教学。因此，在教学情境创设时，教师应根据模型建构的需要，尽可能选择与真实生活、生产或实验相匹配的情境素材。这样既体现化学源于生活，又服务于生活的理念，又能激发学生的探究热情，引发学生积极思考，凸显情境中的化学问题，利于后续情境问题串的创设及模型的建构。特别是借助实验的“意外”现象，引起学生思维沖突，暴露学生的思维缺陷，则更有利于“情境—模型”双向建构策略的落实。

问题情境 如何鉴别没有贴标签、浓度均为0.2 mol·L-1的Na2CO3和NaHCO3溶液？提供试剂：酚酞试液、0.2 mol·L-1的盐酸、0.2 mol·L-1的CaCl2溶液。仪器：试管和胶头滴管。请完成有关鉴别实验并结合实验现象说明其原理。

根据学生的基本情况，学生可以很自然地分别选择酚酞试液、盐酸和氯化钙溶液进行鉴别实验，但教师需要引导学生观察实验时出现的“异常”现象，并将其作为后续教学的真实情境问题，为认识模型的建构奠定基础。

（二）设置情境问题，建构思维模型

情境问题是模型建构的基础，教师应根据模型的构成要素，将问题情境分解成若干个较小的情境问题，从多角度设计递进式情境问题串来引导学生主动分析和探究，促进学生对认识模型的建构和巩固。如离子反应的认识模型有复分解反应的发生条件、化学平衡移动（勒夏特列）原理、K的大小、K与Q的关系等要素。因此，情境问题串的设置可从以下几个问题展开。

问题1 结合溶液中存在的平衡，说明碳酸钠、碳酸氢钠溶液的碱性为什么不同，以及为什么可以用盐酸鉴别碳酸钠、碳酸氢钠。请结合化学用语说明。

问题2 如何从平衡移动视角分析碳酸氢钠溶液中滴加氯化钙溶液有沉淀生成？

应用化学平衡移动原理解释有关实验现象，是高三学生基本的知识储备和认知能力，学生必须能够自主地从化学平衡移动原理的视角来认识离子反应。另外，结合问题2，教师在引导学生用化学用语（Ca+2HCO-3=CaCO3↓+H2O+CO2↑）完成问题表达的同时，暴露学生对多重平衡知识掌握的缺漏及思维局限，及时查缺补漏，为后续进一步的定量研究奠定基础。

问题3 怎样利用平衡常数K的大小来判断上述反应的程度？已知：Ksp（CaCO3）=2.8×10-9，Ka1（H2CO3）=4.2×10-7，Ka2（H2CO3）=5.6×10-11。

教师引导学生根据问题2的结论进行分析和计算，得出该离子反应的平衡常数K值比较大，反应程度比较大。同时，学生通过定性判断和定量比较，平衡观和定量观等学科观念得到进一步强化。

问题4 已知：0.1 mol·L-1NaHCO3溶液的pH=8.3，其中c（CO32-）=1.12×10-3mol·L-1，c（H2CO3）=1.17×10-3mol·L-1，Ksp（CaCO3）=2.8×10-9，Ksp[Ca（OH）2]=4.7×10-6，Ksp[Ca（HCO3）2]=2.2×10-6。将浓度均为0.2 mol·L-1的CaCl2溶液与NaHCO3溶液等体积混合（忽略体积变化）。请结合溶液中的粒子，通过计算，判断生成的沉淀可能是什么。

问题5 根据计算结果，沉淀可能不止一种，如何用实验来证明沉淀具体是什么？

本环节中，教师引导学生从定性到定量认识离子反应，强化了学生的定量观、微粒观，提升了学生分析问题和解决问题的能力。

情境问题串是为建构认识模型所需而设置的，因此，所有的问题应能够紧扣认识模型的构成要素，层层递进且富有启发性。同时，教师要根据教学内容特点穿插各种观念建构、实验探究等环节，以落实学生学科核心素养的培养。如化学反应的研究包括定性研究和定量研究，如果仅用定性层面的平衡移动原理来说明离子之间的反应，显然说服力是不够的。而定量观念既是化学学科本质之一，也是化学科学素养的重要组成部分[3]。良好的定量观有助于学生科学的思维品质、严谨的科学态度的形成。因此，教师需要引导学生从模型建构的需要出发，应用定量观点和实验探究的方式来建构认识模型。

（三）运用认识模型，解决实际问题

“情境—模型”双向建构策略不仅强调认识模型的建构，也强调运用认识模型解决实际问题。因此，教师应引导学生运用已建构的认识模型来解决实际问题，促进学生对知识本质的深度理解，实现深度学习。

问题6 工业上常用NH4HCO3溶液做沉淀剂来制备难溶性的碳酸盐（如碳酸钴、碳酸锰），为什么不用可溶性的碳酸盐（如碳酸钠）溶液来制备呢？

适应训练 （2019年全国Ⅲ卷高考化学试题第26题节选）高纯硫酸锰作为合成镍钴锰三元正极材料的原料，工业上可由天然二氧化锰粉与硫化锰矿（还含Fe、Al、Mg、Zn、Ni、Si等元素）制备，工艺如图2所示。回答下列问题：

（6）寫出“沉锰”的离子方程式___________________________。

应用模型解决实际问题，关键在于学生是否真正领会认识模型的本质。因此，在模型建构环节要强化模型与情境问题之间的关联，实现情境与模型的有机融合。教师在教学中选用的实际问题可以按照难度层级设置，由浅入深，循序渐进，实现“情境—模型”双向建构策略的完美落实。

四、结语

为有效落实“情境—模型”双向建构策略，本节微专题复习课始终紧扣“情境”“模型”两大要素，围绕电离平衡、水解平衡和沉淀溶解平衡导致的微粒变化及平衡移动这些关键问题来设计递进式情境问题，提升学生的模型认知思维，使学生深刻理解模型本质，达到对模型从“无形—有形—无形”的灵活转变，实现“情境—模型”双向建构的有效达成。教学中，教师为使微观问题显性化，教学突出了“宏观—微观—符号”三重表征，强化理论分析与实验探究、定性判断与定量分析及量变引起质变等思想渗透。如教学中多次引导学生用平衡移动原理定性分析问题、用K与Q的关系来定量分析问题和运用实验来验证推论等策略，有力地培养了学生的证据推理意识，使学生充分感受水溶液中的离子反应其实是微观粒子间的反应导致平衡移动的结果，促进学生对电离平衡、水解平衡和沉淀溶解平衡的理解与应用。这对提升学生对模型的认知，并进一步发展学科核心素养有积极的意义[4]。

囿于课堂容量、时间及落实本课核心主题的需要，本节课的实验情境中涉及的碳酸钠、碳酸氢钠溶液仅考虑一种浓度，以利于计算及判断。对于不同浓度的碳酸氢钠与氯化钙溶液的反应，教师则通过引导学生阅读相关文献和鼓励学生进行实验探究，以帮助学生理解真实实验的复杂性。事实证明，学生通过查阅文献和实验探究，解决问题的能力有了进一步提升。

在几年的基于“情境—模型”双向建构理念的教学实践研究及成果推广过程中，笔者深深感受到，高三的专题复习教学需要同时追求精准复习和深度复习的目标达成。精准复习体现的是复习的内容、方法要抓住学生的问题关键，深度复习体现的是学生主动合作、交流，实现知识的建构和素养的提升。教师只有实施精准复习和深度复习，才能从更高的视角全盘审视复习策略，实现专题复习的高效实施，促进学生学科核心素养的螺旋式发展。

参考文献：

[1]魏丽娜，肖中荣.基于模型认知背景下的微专题复习教学实践：以“化学速率平衡作图”为例[J].中学化学，2017（8）：13-17.

[2]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）[M].北京：人民教育出版社，2020.

[3]杨花雨.中学化学定量观念的内涵和培养策略研究[D].北京：首都师范大学，2014.

[4]李似麒，黄达辉.基于模型认知发展的高中化学基本理论教学的实践与思考：以苏教版“弱电解质的电离平衡”为例[J].理科考试研究（综合版），2020（2）：57-60.

（责任编辑：罗小荧）