构建认知模型 促进思维发展

林立豪

［摘 要］酸碱中和滴定曲线的形式多变，考查内容多样，为此，在复习课中应以问题为导向，以知识为载体引导学生感知和构建认知模型，并以任务为抓手，进行针对性训练，促使学生深入理解和灵活运用认知模型，从而实现“知识→认知→能力”进阶式提升，突破酸碱中和滴定曲线学习的难点，促进学生思维发展，优化复习效果，提升复习效率。

［关键词］认知模型；思维发展；滴定曲线；复习课

［中图分类号］    G633.8        ［文献标识码］    A        ［文章编号］    1674-6058（2023）05-0069-04

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》将“模型认知”素养表述为：知道可以通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系，建立认知模型，并能运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律。模型认知是指用模型化的方法处理化学知识认知发生和发展的过程，提取知识认知过程中的要素和规律，获得高度概括化、结构化的核心知识。通过构建认知模型，能有效促进学生应用已有知识解决特定知识领域的问题，形成解决问题的思路和方法，培养严密的逻辑推理能力，进而促进学生的深度学习，帮助学生认识化学学科的本质，提升学科核心素养。

化学反应原理部分的教学常常会涉及图像问题，而图像题是历年高考化学考查的热点和难点，其涉及的知识内容范围广，考查形式多变，如果复习备考仅仅停留在知识的梳理和罗列上，那么复习效果将大打折扣。下面笔者以“一元强碱与一元弱酸的滴定曲线”复习课为例，在分析滴定曲线的基础上尝试引导学生构建认知模型，以促进学生思维发展，提升复习效率。

一、以问题为导向，感知认知模型

一元酸碱中和滴定曲线是电解质溶液中微粒变化的基础图像，认识和掌握滴定曲线的分析方法，厘清滴定曲线问题的解题思路，是突破复杂酸碱中和滴定曲线问题的前提。在滴定曲线的教学过程中，如果只是由教师直接给出解题模型，那么它就只是知识，无法成为学生解决问题的有效工具，也无法有效提升学生的“模型认知”素养。因此，在一元酸碱中和滴定曲线的复习过程中，教师应以问题为导向，从学生的实际知识水平出发，引导学生自主分析，逐步进行深度思考，使学生认识滴定曲线的基本分析方法和模式，感知解决滴定曲线问题的认知模型。

【例1】常温下，用0.1000 mol·L-1 NaOH溶液滴定20.00 mL 0.1000 mol·L-1 CH3COOH溶液所得滴定曲线如图1所示 （混合溶液的体积可看成混合前溶液的体积之和）。

请结合图像分析、思考以下几个问题：

（1）观察滴定曲线，分析滴定过程中的溶液变化。

（2）分析点①溶液存在的溶质。

（3）分析点①溶质物质的量间的关系。

（4）分析点①溶液中存在哪些平衡。

（5）分析点①溶液中Na+、CH3COOH、CH3COO-、H+、OH-各微粒的浓度大小关系。

（6）写出点①溶液中存在的守恒關系（电荷守恒、物料守恒）。

学生由题干信息可知滴定过程中的溶液变化情况为：CH3COOH溶液→CH3COOH与CH3COONa的混合溶液→CH3COONa溶液→CH3COONa与NaOH的混合溶液。学生通过分析得出：曲线上点①溶液中存在的溶质为CH3COOH和CH3COONa；若不考虑两种溶质的电离和水解，两种溶质的物质的量之比为1∶1。CH3COOH为弱酸，存在电离平衡，而CH3COONa是可溶性盐，可完全电离产生Na+和CH3COO-，CH3COO-为弱酸的酸根离子，存在水解平衡。根据曲线上点①溶液的pH<7（溶液呈酸性），说明CH3COOH的电离强于CH3COO-的水解，进而可分析出溶液中各微粒的浓度大小关系和存在的守恒关系。对点①溶液的深入分析，使学生了解了滴定过程中特殊点的分析思路和方法，教师可在此基础上引导学生用类似的方法分析滴定曲线的起点、点②和点③，使学生进一步熟悉和掌握滴定曲线的分析方法。

问题解决的过程，自始至终是一个思维的过程。在上述教学过程中，教师以问题为导向，以培养学生的解题思维为目标，引导学生通过提取题干中的认知要素，形成认知规律，掌握该领域核心知识的认知角度和思路。

二、以知识为载体，构建认知模型

模型是以客观事实为依据建立起来的，是对事物及其变化的简化描述或模拟。模型认知是一种重要的科学研究方法，通过分析、推理、比较、归纳等认识研究对象，构建认知模型并运用模型揭示问题的本质和规律，解决相关问题。模型认知也是高中化学课程标准中的学科核心素养之一，它可以使庞杂的知识高度概括化、结构化，并使之与问题建立联系，将知识转化为学生解决问题的思路和方法，从而实现“知识→认知→能力”进阶式提升。

通过对例1中各特殊点的深入分析，引导学生自主整理，从问题中提炼NaOH溶液与CH3COOH溶液滴定曲线分析的本源知识，构建思维模型。根据滴定过程中溶液的变化及各溶质物质的量的变化，得出滴定过程中各微粒的浓度大小关系（如图2）。

学生根据所得的NaOH溶液与CH3COOH溶液滴定曲线分析模型，归纳出一元强碱与一元弱酸滴定曲线的分析过程，逐步形成解决问题的思路和方法，并构建相关知识的认知模型。

教师结合学生的分析情况，引导学生构建如下一元强碱与一元弱酸的滴定曲线解题模型。

（一）确定溶质，关注比例

根据题干信息分析滴定过程中溶液的变化情况：酸溶液→酸与盐的混合溶液→盐溶液→盐与碱的混合溶液。同时，关注溶液中各溶质物质的量的比例关系，为后续的离子浓度大小判断提供依据。

（二）运用原理，分析平衡

根据滴定过程中溶液溶质的变化情况，确定溶液中存在的微粒种类，并分析这些微粒的电离平衡和水解平衡情况。

（三）结合图像，判断强弱

依据溶液中各微粒存在的平衡，结合图像所提供的溶液pH数据，判断各微粒在水中电离和水解的强弱。

（四）利用守恒，比较浓度

结合相关微粒电离和水解的强弱情况，根据溶液呈电中性的原则，得出溶液中各微粒间的电荷守恒关系式，进而得出溶液中各微粒的浓度大小关系。

以电解质知识为载体，渗透化学反应原理，基于答题视角整合学科知识，确认酸碱中和滴定过程中溶质的变化，分析溶质在水溶液中的电离和水解情况，并逐步进阶到酸碱中和滴定曲线分析模型的构建，使学生学会从微观粒子及其相互作用的视角认识物质及其变化规律，形成化学学科观念，掌握科学思维方法，提升科学探究能力。

三、以任务为抓手，运用认知模型

模型是学生掌握化学基本理论和原理以及分析解决实际问题的重要手段。化学学习离不开模型，能否熟练地构建和运用模型直接影响学生的学习效率。教学过程中，教师再次通过例题设置相关任务，由浅入深地引导学生在原有模型的基础上对知识进行内化和提升，并在新问题的解决过程中进一步理解和掌握原有认知模型。

教師在教学过程中应结合学生模型认知能力的进阶规律，基于学生的已有认知水平识别学生的最近发展区，循序渐进地提供由浅入深的教学情境，使学生逐步拓展思维的广度和深度，帮助学生唤醒和激活基础知识，提升思维品质，进而提升课堂教学的有效性。

四、以素养为核心，升华认知模型

化学学科核心素养是学生必备的科学素养，它是在化学学科层面来落实的，是科学素养的深化和发展以及具体化和化学学科化。酸碱中和滴定曲线的分析对学生整合和加工信息的能力、分析问题和解决问题的能力有较高的要求，能多角度培养学生的化学学科核心素养。

【例3】常温下，向25.00 mL 0.1000 mol·L-1 HSCN溶液中滴入0.1000 mol·L-1 NaOH溶液，溶液中由水电离出的c（H+）的负对数［-1gc水（H+）］与所加NaOH溶液体积的关系如图4所示。试分析R、N、Q各点所含的溶质、微粒所存在的平衡以及离子浓度间的守恒和大小关系。

学生根据题干信息可知本题仍然是一元碱滴定一元酸，滴定过程中溶液的变化情况为：HSCN溶液→HSCN与NaSCN的混合溶液→NaSCN溶液→NaSCN与NaOH的混合溶液。本题图像的纵坐标变成了由水电离出的c（H+）的负对数，而由水电离出的[c（H+）]与溶液的pH密切相关。教师可设置问题引导学生分析影响水电离平衡的因素。学生结合图像可知，当加入的NaOH溶液的体积小于[a] mL和大于[c] mL时水的电离被抑制，而加入的NaOH溶液的体积介于[a] mL与[c] mL之间时水的电离得到促进。曲线的起点为HSCN溶液，由纵坐标可知起点时由水电离出的[c水（H+）=c水（OH-）=10-11 mol/L]，而酸电离不产生OH-，此时溶液中的OH-都是由水电离产生的，所以[c（OH-）=c水（OH-）=10-11 mol/L]，HSCN溶液的pH=3，进而推知HSCN为一元弱酸，而NaSCN溶液因SCN-的水解呈碱性。

接着，教师引导学生运用类似曲线起点的分析方法对N、R、Q三点进行分析，通过分析可得：

1.N点溶液中c水（H+）= c水（OH-），达到最大值，水的电离程度最大，此时溶液的溶质只有NaSCN，SCN-的水解促进了水的电离，使溶液呈碱性。

2.R点加入的NaOH溶液的体积小于N点， R点的溶质为HSCN与NaSCN，溶液中存在HSCN的电离和SCN-的水解，由c水（H+）= c水（OH-）= 10-7 mol/L，可推知R点为中性点。

3.Q点加入的NaOH溶液的体积大于N点，Q点的溶质为NaSCN和NaOH，溶液呈碱性。其中SCN-结合部分水电离出的H+，使溶液中的[c（H+）<10-7 mol/L]，而溶液中的OH-来自水的电离和NaOH，因此[c（OH-）>10-7 mol/L]。

在此基础上运用滴定曲线解题模型分析N、R、Q各点溶液中存在的电离和水解平衡，从而确定各点溶液中离子浓度间的守恒和大小关系，解决滴定曲线所涉及的问题，升华对认知模型的理解和应用。

以素养为核心的酸碱中和滴定曲线的教学超越了符号、逻辑的知识层次，向能力、意义层次进阶，建立解决复杂化学问题的思维框架，引导学生运用模型解释化学现象和解决复杂的化学问题，实现知识的迁移和能力的提升，促进学生对化学学科本质的理解。

综上所述，酸碱中和滴定曲线是电解质在水溶液中固有性质的直观反映，为我们分析酸、碱、盐混合溶液中的微粒成分及微粒所存在的平衡提供了快捷、准确的信息。因酸碱中和滴定的内容多变，学生在解题过程中较难获取有效信息，常常束手无策。对此，教师常试图通过刷题来解决，然而大量重复、机械的习题训练虽能提升学生解题的熟练度，但会造成知识的碎片化、理解的肤浅化和思维的呆板化，在复杂滴定曲线问题的突破上常常事倍功半。因此，在化学复习课上教师应注重对学生“模型认知”素养的培养，以问题为导向，以知识为载体，以任务为抓手，让学生感知和构建认知模型，并运用模型解决具体问题，升华对相关认知模型的理解，有效提升复习的效率。

［   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2020年修订［M］.北京：人民教育出版社，2020.

［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］  陆军.化学教学中引领学生模型认知的思考与探索［J］.化学教学，2017（9）：19-23.

［4］  张晋，毕华林.模型建构与建模教学的理论分析［J］.化学教育（中英文），2017（13）：27-32.

［5］  卫佳.应用滴定曲线培养“证据推理与模型认知”素养［J］.中学化学教学参考，2018（19）：9-13.

［6］  吴星，吕琳，景崤壁.化学学科核心素养中“模型认知”的解读［J］.化学教学，2020（6）：3-8.

［7］  陈进前.关于化学认识模型的思考［J］.中学化学教学参考，2020（9）：1-4.

［8］  张景伟，邓秀雅.基于模型认知的“盐类的水解”教学［J］.中学化学教学参考，2021（10）：36-37.

［9］  黎文燕.建构思维模型 形成认知结构：以“化学平衡专题”为例［J］.中学化学教学参考，2021（12）：41-43.

（责任编辑 罗 艳）