模型在中学化学教学中的应用研究*

2023-01-24卫艳新江乐霄

云南化工 2022年12期

王靓，卫艳新，江乐霄

(1.合肥师范学院，安徽合肥 230601；2.合肥市第四十六中学，安徽合肥 230022)

模型在中学理科课程教学中一直都有很重要的作用。通过建构模型进行教学，可以提高学生对学科知识的理解水平，培养学生创新意识和学习能力。高中化学新课标准也明确提出要培养学生的模型认知能力，而且通过对中学化学教材内容的研究，可以发现化学教学很大程度上就是化学模型的教学。可见，运用模型是学好化学的关键之一。

1 模型的含义及分类

模型就是以研究对象原型的各项认知特征为样本，利用想象、类比等方法，建构出来的、能够集中反映客体本质特征的概念或原理[1]。模型，作为将实际事物与科学理论联系在一起的载体，具有三种功能：可以让抽象的事物变具体；可以使复杂的问题简单化；可以为现象的科学解释和预测提供依据[2]。而化学模型，作为重要的科学模型之一，是人们在认识和利用事物的过程中所体现的具有化学学科特点的具体或抽象的表征[3]，是学生学好化学的重要方法之一。

在教学中运用模型，可以提高学生的化学学习水平，培养学生运用科学方法解决问题的能力。但是，模型的种类繁多，需要对其进行分类，以区分不同模型的用途和作用。目前中学阶段的模型主要分为：思想模型、物质模型、数学模型[4]。思想模型是根据原型的主要矛盾和特性，在人脑中形成的一种抽象的理想客体，是对事物的一种形象模拟；物质模型是通过放大或缩小原型的尺寸，并对结构进行精简和抽象来实现对原型的模拟；数学模型则是采用特定的数学语言、字母、图形等，进行组合，以此来展现事物的组成和变化规律的模型。建构主义认为，对于学习者来说，有意义学习的最有效策略之一就是学习者将自己所学的知识进行模型建构，这将有助于他们更加透彻的理解知识的本质和内在的变化规律，提高解决问题的能力[5]。

2 模型在中学化学教学中的应用

为了进一步促进学生认识的发展，提高学生的化学学科核心素养，教师需要在日常教学中注重模型的应用[2]。运用模型进行教学的关键就在于要结合具体的教学内容选择合适的模型，充分发挥出模型的教育价值。

2.1 运用思想模型构建知识框架

思想模型，简单的来说，就是通过文字来抽象概括出认识对象的本质特征，是一种展现知识内在联系的模型。常见的化学概念图就是典型的思想模型之一。例如，在教学物质的量这一课时所涉及的物理量较多，学生可能会对相关的物理量之间的关系产生混淆或者遗忘，这时教师就可以引导学生以“物质的量”为桥梁，构建出宏观物质与微观粒子之间的思想模型，形成知识框架，让学生明确了解物质的质量(m)、气体的体积(V)、溶液的物质的量浓度(c)，以及粒子数(N)与物质的量(n)之间的关系，然后再根据所建构的思想模型进行物质的量的相关题型的练习，这样学生就可以充分理解和掌握该知识点。另外，思想模型在化学专题的复习中也有很大的作用，老师可以让学生把整个专题的重要内容总结提炼出来，然后引导他们自己去建构一个专题的思想模型。在这个过程中，学生可以更加直观地了解整个专题的主要学习内容，有重点的进行复习巩固，让整个专题的复习更加高效。

2.2 运用物质模型表达抽象概念

物质模型是以实物和图画的形式呈现知识点，形象、直观的呈现出抽象意义，以趣味方式引起学生的注意力和探究欲望，从而让学生收到更好的学习效果。中学化学中比较典型的物质模型有分子的球棍模型和比例模型、实验装置图、生产设备模型等。

以甲烷的教学为例，作为中学阶段学习的重要有机化合物之一，许多学生都知道甲烷是正四面体结构。但是对于这个知识点的变式却不能掌握，不能理解取代反应中的旧键的断裂和新键的形成，对于这些知识多采用死记硬背的方式，所以帮助学生建构甲烷的物质模型是十分重要的。在进行教学时，可以首先介绍甲烷的分子组成和结构，然后再向学生展示甲烷分子的球棍模型和比例模型，同时提出“为什么甲烷是正四面体结构而不是其他的结构”这一问题让学生进行思考，并利用四个气球的动态演示实验来解释正四面体结构更稳定这一特性。在此基础上，再让学生自己动手对甲烷和氯气的分子模型进行拆分和组合，以此来理解取代反应的实质。在这一教学过程中，物质模型的运用使甲烷抽象的分子结构具体化，并帮助学生形成了正确的化学概念。

在日常的教学中，教师还可以和学生一起动手去制作物质模型。比如，使用彩泥、小木条、塑料瓶等等一些可利用的材料来制作物质模型。学生在亲自动手制作物质模型的过程中不仅会对所要学习的抽象知识有更加深刻的理解，同时也有助于培养了他们的动手操作能力。

2.3 运用数学模型解决化学问题

数学模型是一种运用数学语言或数学方法去呈现问题的模型。许多复杂的化学问题都可以通过建构数学模型去解决。中学化学中常见的数学模型有化学方程式、元素符号、数表图等。在初中化学的学习中，数轴是一种比较常见的数学模型，但往往也是会被人们忽视的一种模型。在数轴上可以显示出一个化学变化过程由大到小，或者由小到大的一个对应关系，很方便学生的理解记忆。例如，稀溶液酸碱性的强弱，常用溶液的酸碱度来衡量，表示为溶液的pH。但由于不同溶液的pH数值是不一样的，直接记忆学生可能会产生差错，这时候老师就可以建构一个数轴模型来表示不同溶液的pH，这样常见溶液的酸碱度就可以十分清楚的展现出来，有助于学生的记忆与运用。另外，数轴也可以用来表示金属活动性顺序和溶解度，对于九年级的学生来说，简单的数轴图就可以帮助他们解决许多复杂的化学问题，帮助学生树立了学习化学的信心。

在化学的学习中，还有许多应用到数学模型的地方，如用集合展示四大基本反应之间的关系；用直角坐标系表示吸放热反应的原理以及经典的理想气体的状态方程等等；都是数学模型在化学中运用的典例。使用数学模型不仅可以更好的展现化学问题的本质，也让学生在化学学习中的思维更加开阔灵活，丰富了解决问题的方法。

3 运用模型的教学范式

运用模型教学有利于学生建立起知识内容间的联系，从深层次把握问题的核心，提高问题解决的效率。因此，教师需要充分分析教材知识内容梳理出科学系统的知识体系，提供一个合理的运用模型进行教学的范式。

3.1 选择与感知模型

这一阶段，教师首先需要根据教学内容选择合适的模型。通过对化学教学内容和学生已有知识经验的分析，选择能很好解决教学重难点的模型。然后让学生对所要学习的知识内容进行初步的感知理解，并引导他们对所学知识进行具体化的模型想象，以此在学生头脑中初步建立起模型与知识之间的联系。

3.2 理解与建构模型

建构模型的前提是理解模型，这一阶段学生需要在教师的引导下理解知识内容与模型之间逻辑关系，并了解模型的建构过程。教师可以采用具体的情境或者语言，引导学生建构出所需要的模型。通过这一教学过程可以加深学生对所学知识点的理解。

3.3 迁移与运用模型

这一环节中，要求学生在学习过程中必须具备一定的知识结构和思维能力，并且教师通过模型方法的构建活动，尝试让学生将已有的认知与化学模型进行有效的结合，以此来运用模型来解决实际的新问题，进而深化对化学模型方面的认知。简单的来说，就是在教学过程当中，教师需要创设一定的真实情境，引导学生从复杂的化学问题中提炼关键要点，然后根据建构的化学模型去解决问题。通过教学，可以让学生学会将模型迁移运用到其他的化学问题中，初步形成运用化学模型解决问题的能力，有效培养学生的模型认知素养。

3.4 评价与调整模型

模型的评价与调整阶段是在教学实践中运用化学模型解决问题后，让学生对模型的使用进行反馈评价，以此来对化学模型方法的使用进行反思的过程。通过对化学模型方法的评价反思，让学生在利用化学模型学习时，不仅能够对化学模型的方法进行恰当的评价，而且也会反思总结在建构化学模型过程当中其模型的建立方法以及模型的推导策略是否正确，并对已经建构好的模型的效果进行整体性的评定。所以，在实际的教学过程当中，应当将化学模型的反思评价融合于整个教学过程当中，让学生能够及时有效的的调整自身的学习方法，并完善自身的已有的知识结构以及认知。

4 对模型教学的建议

4.1 提高化学老师的模型教学意识和能力

为了培养学生运用模型学习化学的能力，化学教师需要有运用模型进行教学的意识，能够自主的去研究建构模型并在日常的教学中选用合适的模型进行教学。但研究表明，目前运用模型进行教学的实际开展情况并不理想，教学过程中还存在不足之处。所以化学教师应该重视模型教学，要加强模型教学的理论和实践研究，在教学方式上进行钻研，并且通过培训和专家指导，进行积极反思，设计出符合自身教学经验的模型教学实施策略与解决问题的程序。

4.2 引导学生建构模型，发挥学生的主体性

在化学课堂运用模型进行教学中，老师要能引起学生的探究欲望，让学生自己能够通过对知识的归纳、推理，总结得出结论，以此来感知模型建构的过程。比如，在教学电解质的电离知识时，可以给学生讲解哪些物质是电解质，哪些是非电解质，然后通过启发暗示，让学生自己分析电解质和非电解质之间的关系，最终建立起电解质的电离知识的理论模型。这种教学过程，对培养学生的化学素养有实际的效果。

4.3 用发展的眼光看待模型

随着时代的快速发展和知识的不断更新，我们建构出来的模型不一定就是最佳的，所以我们要正确认识到模型是有缺陷的，教学中建构的模型是需要我们不断地去修改的。化学教师需要深入的研究模型，在工作中去验证模型的有效性，也要引导学生去有意识地对模型进行检验修正，不断地发展优化模型，这样有利于发展学生的批判性思维，培养学生的创新意识。