基于模型认知的深度学习教学实践

余小耿　蓝亚玲　陈新华

摘要：以“中和滴定及其拓展应用”的单元复习教学为例，阐述在高考复习中引导学生进行深度学习并建构认知模型，通过“教、学、评”一体化教学，将过程评价与结果评价有机结合，及时发现问题并调整复习方案，弥补教学的短板。

关键词：模型认知;深度学习;“教、学、评”一体化;单元设计

文章编号：1008-0546（2022）06x-0053-05   中图分类号：G632.41   文献标识码： B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.06x.014

“模型认知”是化学学科重要核心素养之一[1]。帮助高三学生构建模型不仅能实现高效复习，同时也能培养学生的学科素养。然而由于高一高二学生认知能力的差异，对新知识的掌握程度参差不齐，在复习过程中进行模型建构受到诸多限制。因而，在教学中采用“教、学、评”一体化模式，通过对原认知模型进行诊断评价（课前诊断），制定出符合学生学习需要的课堂教学目标;通过过程性评价（课中评价）所反馈的结果调整教学方案，帮助学生重新建构认知模型，以期达到高考评价体系的要求。

建构模型在布鲁姆教育目标分类学中属于最高级别的能力水平[2]。学生的模型认知能力要发展到建构模型的水平无法一蹴而就。培养建模能力需要将学习主体置身于某一主题情境中去体验，经过感知模型、辨识模型、应用模型逐渐达到建模的高度。要实现这一目标，需要我们打破“课时”的束缚转向单元教学[3]。一线教育工作者发现：学生对思维模型尤为喜欢，然而在学习上却往往流于表面认识，应用时生搬硬套。究其原因，多受于原认知的刻板束缚或错误认知的干扰而无法达到能力的突破。因此，高考复习中，学生在引发认知冲突的问题情境下对原有认知模型进行叩问审视，打破原认知的固化束缚，通过探讨原认知模型在不同视角的应用，并在不同情境问题下衍生出若干变式，在变式应用中修正或重建模型，进而达到构建模型的目的，其过程如图1。

一、单元整体分析

“中和滴定及其拓展应用”在考查学生实验操作能力、获取新知能力和研究探索能力等方面有着重要的地位，常作为考查关键能力的载体。在近几年的高考命题中以滴定实验为背景的试题每年都有体现，试题呈现形式以滴定曲线图为载体的更是常态。从构建学生思维的层面来看，帮助學生应用化学模型是发展模型认知素养的基本途径[4]。而学生的模型认知水平要提升到建构模型的水平需要对原型进行整合和对信息进行加工处理[5]。这是量变到质变的深度复习过程。又因为滴定原理及其拓展应用所涉知识体系完整，形成模型认知水平梯度明显，但内容较为繁冗，故本案例安排2课时，以帮助学生重整零碎知识、重构认知模型为主要目标，同时发展学生实验操作能力及知识获取能力。

滴定原理的应用涉及多方面知识。以中和滴定为原型，其实验反应原理可拓展应用于沉淀滴定、络合滴定和氧化还原滴定;其实验操作滴定方式则可变式为间接滴定、置换滴定和返滴定;而原型中的强酸强碱滴定曲线又可衍化出强酸（碱）滴定弱碱（酸）曲线、多元弱酸分布曲线以及各组分浓度比值对数线（化曲为直）等。本单元教学过程中，学生不仅能从模型认知视角体验到感知模型、识别模型、应用模型和建构模型的思维发展，而且可从能力视角发展实验操作能力、知识获取能力和思维认知能力。图2是模型认知视角及能力视角下滴定原理的应用关系。

二、单元教学设计

1.单元教学目标

学生在高二已学习了中和滴定实验操作，初步认识了中和滴定的原理，但他们对知识点的理解尚停留于表面，对中和滴定原理不能深入理解及应用;他们的实验动手能力相对较弱;在解题过程中学生对图像题的读图能力、数据分析能力也相对薄弱。基于学生存在的主要问题，高三第一轮复习过程中引导学生回归原型，从复习中和滴定的原理出发，引导学生进行正确的实验操作，建立模型认知思维，并将中和滴定的实验操作方法与沉淀反应、络合反应及氧化还原反应等原理进行结合，提升学生的思维认知能力、知识获取能力。本单元的核心教学目标见表1。考虑到认知模型需要时间和一定量的练习进行内化，本单元设计仅涉猎反应原理的拓展应用，未对滴定方式的变式应用及滴定曲线的思维提升做更多深化。

2.教学与评价设计

教育部基础教育课程教材发展中心“深度学习总项目组”指出：深度学习的过程是在教师的引领下，学生围绕有挑战性学习主题，全身心积极地参与、体验成功、获得发展的有意义的学习过程，在该过程中学生掌握了核心知识，把握学科本质思想方法，形成积极的内在学习动机、高级的社会性情感、积极的态度和正确的价值观。深度学习是有教育性的以“培养人”为目的的过程[6]。因此，我们在复习过程中，以抗击新冠疫情的高效杀毒剂二氧化氯为题材，引出剂量的标定方法——碘量法，从而激发学生主动探索求真的能动力。“中和滴定及其拓展应用”情境、问题、任务与活动设计见表2。

教育教学的本质是“唤醒”。课堂教学评价作为课堂教学的导向标杆，有利于“唤醒”学生学习的内在动力，激起学生学习的浓厚兴趣，提升学生学习的探究欲望[7]。适时的评价可以帮助教师及时查验学生掌握知识的程度、了解学生的能力水平、洞察学生表现的素养层级。在课堂上构建“课堂教学——教学评价——反馈信息——教学适调——学习改进——共同提升”的“教、学、评”一体化的学习机制能够促使教学活动更具针对性，复习效果更加高效。又因为该学习机制的务实性，教师在进行教学设计时对学生的评价角度要从个体性差异出发，起到对症下药的效果。

三、教学片段

1.情景创设、回顾原有模型

[教师]介绍抗击新冠疫情时被国际社会公认的高效杀毒剂二氧化氯及其剂量标定方法——碘量法。

它与我们将要复习的中和滴定原理有什么关联？中和滴定实验如何进行？E1C459A2-3620-4245-BECB-23DFAC1BD60D

[学生]因为中和反应n（H+）=n（OH-），所以

[教师]实验怎么进行？实验前如何准备？实验时需要注意哪些事项？

[学生]要考虑实验前滴定管选择、洗涤、润洗，实验中眼手配合防过量，实验后进行数据处理及误差分析。

[评价]从以上同学们的讨论可以看出对基础知识的掌握较为到位，中和滴定的原理是测定未知溶液浓度实验的依据，规范进行实验操作是减小实验误差的保证，在进行误差分析过程中要结合计算公式，不可凭空想象。

2.滴定曲线视角发展模型

[教师]酸碱中和滴定是否要求必须为强酸和强碱呢？能否用此原理来滴定醋酸的浓度？

[学生]中和滴定可以为强酸和弱碱，也可以是弱酸和强碱等。

[教师]展示：氢氧化钠溶液滴定盐酸溶液的 pH-V 曲线。那么氢氧化钠溶液滴定醋酸溶液的 pH-V 曲线如何呈现呢？

[学生]绘制氢氧化钠溶液滴定醋酸pH-V 曲线如图3。

[教师]同学们所表述的图像变化趋势是否与实际一致呢？让我们通过实验来验证吧。

[评价]学生对于强酸强碱互滴的pH-V 曲线比较熟悉，也能理解曲线会发生突跃。但他们画出的氢氧化钠溶液滴定醋酸溶液的pH-V 曲线突跃趋势偏差较大（图3）。

3.操作视角发展模型

[教师]如何判断达到滴定终点？可选用哪种指示剂？

[学生]选择酚酞为指示剂。

[教师]滴定操作有哪些注意事项？哪些操作可能引起误差？

[学生]带着以上问题进行0.1000 mol ·L-1NaOH 溶液滴定 CH3COOH 溶液的实验，数据采集器输出 pH-V 曲线如图4。讨论自己所绘制的图像与采集器显示图像的异同并分析出现差异的原因。

[评价]通过实验操作，不仅让学生再一次动手复习实验操作流程，同时应用并拓展到强弱互滴的实验。通过数据采集器输出的图像与学生绘制的图像进行对比可知，两者的差别较大。

4.宏微视角发展模型

[教师]随着NaOH溶液的加入，溶液中微粒浓度将如何变化？

[学生]思考、讨论滴定前后离子浓度变化情况。

[教师]动画展示醋酸溶液中存在微粒形态，强化微粒观念和平衡思想。

[学生]分组讨论，汇报曲线的起点、恰好反应点、中性点、反应一半点和过量点，判断各点对应的溶质组分及溶液呈现的酸碱性，分析各点组分微粒的浓度大小。

[教师]梳理总结：突破酸碱中和滴定pH-V 图象题的关键是巧抓“5点”，如图5所示。应用电离平衡、盐类水解平衡原理结合物料守恒、电荷守恒分析微粒浓度大小。

[评价]通过知识铺垫引导学生从微观角度解释图像的变化趋势。学生思考问题更加深入，形象思维到抽象思维能力得到提升。能认识到自身存在的不足，并能从微观角度评价实验所得数据。能够将所学知识迁移到新情境中。

5.绘制思维导图、重建认知模型

[教师]结合本课所学内容，请同学们绘制以中和滴定为中心的思维导图。

[教师]中和滴定的原理是利用中和反应n（H+）= n（OH-），类似这样的等量关系还有哪些反应？可否设计利用滴定方法进行其它物质的浓度测定？

[教师]本节课开始时提到的碘量法就是氧化还原滴定的一种。标定二氧化氯浓度的碘量法原理是：在酸性介质中，二氧化氯可将I-定量氧化为I2，以淀粉为指示剂，用硫代硫酸钠（Na2S2O3）标准溶液进行滴定。

反应方程式：

关系式：2ClO2～5I2～2Na2S2O3，根据 Na2S2O3的用量可计算出二氧化氯的含量。

如果你是检验员，该如何减少误差？

[学生]从实验前的准备、实验操作过程的规范以及实验数据的记录等尽可能减少误差。

[评价]从所绘制的思维导图可以看出，大多数学生懂得中和滴定原理、实验操作步骤及其相关思维可以应用在强弱酸碱之间的滴定。学生能将氧化还原滴定的碘量法与中和滴定原理进行关联，并从实验操作中提出减少误差的方法，可见学生已经初具认知模型。

四、教学反思

1.“教、学、评”一体化模式，促进深度复习

教师通过设计课堂任务驱动学生不断思考，学生的学习内动力得到激发，学习表现从浅层的表面学习转向源自内在的深度学习;教学过程适时适地评价有利于学生及时发现问题，复习更加有针对性，效率更高;通过学生自评和互评，学生的学习体验由传统的被动学习转向主动探讨，学生的主体体验感更加丰富。中和滴定原理的拓展应用，是基于学生在“教、学、评”一体化中内动力得以激发的思维延伸，是深度学习的充分体现。

2.联系生活情境学以致用，促进思维进阶

从联系生活的情境引入，有助于激发学生深度学习的内动力，学生对中和滴定原理及操作方法的重新审视，使复习不再是简单的重复，而是把知识框架加以扩充，使其丰盈。从学生所绘制的思维导图可见知识网络在逐步形成，从探讨碘量法的误差分析体现了学生的核心知识得到重整，思维进阶得到发展。

3.设计复习单元，关注学科素养提升

本课例设计复习单元有利于构建核心知識网络，也为后续知识体系的拓展进行铺垫。在解决问题中实现中和滴定、电离平衡、水解平衡等基础知识的深度学习，既有多模块知识内容的巩固落实，又有认知思维的拓展，让学生体验学无止境的乐趣。

通过从微观粒子角度分析弱电解质的电离及电离的离子种类，发展学生“宏观辨识与微观探析”的化学学科素养。应用动态平衡的观点分析弱电解质电离平衡及温度、浓度、酸碱性对弱电解质电离平衡的影响，发展学生“变化观念与平衡思想”的学科素养。联系碘量法的应用引导学生反思所学知识的意义及目的，审视已有知识与现有情境的关联，培养学科社会价值观。

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]杨玉琴.化学核心素养之“模型认知”能力的测评研究[J].化学教学，2017（7）：9-14.

[3]钟启泉.单元设计：撬动课堂转型的一个支点[J].教育发展研究，2015（24）：1-5.

[4]陈进前.关于化学模型和模型认知的思考[J].中学化学教学参考，2019（17）：5-9.

[5]杨玉琴，倪娟.证据推理与模型认知：内涵解析及实践策略[J].化学教育（中英文），2019（23）：23-29.

[6]胡久华，罗宾，陈颖.指向“深度学习”的化学教学实践改进[J].课程·教材·教法，2017（3）：90-96.

[7]沈玉红，毛杨林.课堂教学评价的实践策略[J].教学与管理，2020（07）：28-29.E1C459A2-3620-4245-BECB-23DFAC1BD60D