探究高中化学教学中学生“模型认知”思维的培养

赵新

摘 要：“模型认知”思维作为一种科学的思维方法，是学生核心素养提升的关键内容。“模型认知”思维受到各学科教师，尤其是理科学科教师的重点关注。教师引导学生建立“模型认知”思维模式，能逐步提高学生的认知水平和学习能力，在学科教学中具有重要的作用，是学科教学的关键环节。鉴于高中化学知识的认知和学习难度较大，本文将基于培养学生核心素养的教学目标，重点探究高中化学教学中培养学生“模型认知”思维的措施，以期为高中化学教师提供教学参考。

关键词：高中化学；模型认知思维；培养措施

【中图分类号】G633.8          【文献标识码】A             【文章编号】2097-2539（2023）11-0142-04

高中化学知识具有内涵深、联系广、概念抽象等特点，同时涉及大量的化学式、结构式和化学方程式，学生在认识、学习、记忆和运用化学知识时面临着较大的困境，从而无法取得较好的学习效果。这就需要化学教师从学科知识和教学的专业角度，培养学生的“模型认知”思维，让学生掌握学习理论知识的相应思维模式，不断强化学生的探索精神，将化学理论教学植入实验教学环节，引导学生在实验探索中获得不同认知，产生相应观点，从而简化学生化学学科学习难度，从知识教学、思维形成和习惯养成三个方面，提升学生的化学综合能力。以下将结合笔者的教学经验，基于“模型认知”思维，在概念概述和分析该思维在高中化学教学环节重要性、关键点的基础上，探究高中化学教学中培养学生“模型认知”思维的措施，以解决高中化学教师面临的教学问题和学生面临的学习问题。

1.“模型认知”思维概述

模型是人们基于了解和认知某一事物而开发的一种工具，人们利用该工具可以对被认知的对象，进行结构化拆解，对问题进行分解，从而降低了解和学习该事物的难度。思维是人们在长期生活中所养成的看待、分析和学习事物的习惯，人与人基于自己的视野不同，所形成的思维方式也是不同的。“模型认知”思维则是人们以模型分解和构建的形式，认识和了解事物的思维方式，人与人之间的思维方式存在明显差异。

（1）“模型认知”概述

人们在分析和处理问题时，人体官能与处理问题在时间和空间上的需求存在一定差异性，二者无法实现有效匹配，因对接的不恰当性、原型的复杂性，人们在解决问题时，面临较大的困境。这时，人们借助“模型认知”，就可以对问题进行很好的拆解，从而顺利解决问题。换言之，人们具备“模型认知”，能有效提高企业分析和解决问题的能力，是人们成长过程中所必须具备的能力之一。对学生们而言，在对知识学习时，模型认知的过程是其中的起点，同时也是学生们对某些事物进行分析所应该拥有的素材。以模型认知为基础，透过表象观察知识的本质特征，从而对其中的特点进行掌握，提高学科知识的学习水平。基于本文研究的高中化学学科，学生具备“模型认知”意识，能透过化学知识的现象看到学科知识体系的本质，深入理解化学反应的规律，在理论与实践学习的过程中，通过解构化学知识、分解学习问题，对化学学习的难度进行降低，对化学的学习方法进行掌握，对化学知识的学习能力进行提高。化学“模型认知”包括认识思路、分析框架两个方面，是物理模型与思想模型的集合模型。

（2）“模型认知”思维概述

“模型认知”思维是人们在长期的模型认知过程中，而逐渐形成的思维习惯和思维方式，这对学生们的学习效果有着积极性的影响。高中化学当中对学生们的模型认知思维进行培养，强调通过模型认知法，将抽象的化学概念转变为形象的化学知识，对学生们的逻辑思维能力进行提高，为学生们的模型认知思维培养奠定良好的基础。

2.高中化学教学中培养学生“模型认知”思维的重要性

引导学生在对化学反应进行观察的前提条件下对化学问题进行分析，这对学生的问题解决和知识学习能力培养有着积极作用，是培养学生“模型认知”思维的重要意义。

一方面，高中化学涉及较多化学式、方程式、化学反应、化学试剂、化学公式，学生在学习过程中，需要掌握上述知识，难免会面临较大的学习困境和学习难题。教师引导学生将化学知识划分为不同的模块，引导学生逐步解决模块问题的同时，能促使学生浅入深出地思考问题，消减学生在学习过程中出现的抵触情绪，培养学生的学习热情和积极性。另外，化学教师始终坚持“模型认知”教学法，以模块化理解、化学事实分析、揭示化学问题本质共同构成的化学课堂，逐步增加学生所掌握的知识量，让学生在对问题进行分析时，能够同时掌握科学的逻辑分析法，并在化学知识和分析法积累的基础上，有针对性地构建学习和分析模型，进行知识预习、学习和复习。

以“氧化还原反应”为例，学生在首次接触这一化学反应概念时，难免对化学反应概念认知不清，认为氧化反应与还原反应是独立存在的两个化学反应，其中，得氧即氧化反应，失氧即还原反应。根据学生对氧化还原反应存在的认知误差，教师先要求学生分析化学反应[H2+O2点燃2H2O]中元素化合价变化情况，明确氢元素的化合价从0价升高为+1价，[H2]被氧化，发生氧化反应；氧元素的化合价从0价降低到-2价，[O2]被还原，发生还原反应。然后分析化学反应[H2+Cl2点燃2HCl]中元素化合价变化情况，类比之后，学生发现氢元素的化合价升高，发生氧化反应，而氯元素的化合价下降，发生还原反应。此时启发学生根据方程式实际反应，分析氧化反应与还原反应之间的关系，学生可以感悟到在这些反应过程中，氧化反应与还原反应一定是同时进行的，并且氧化还原反应不一定要有氧元素参加。之后，学生再尝试分析[Fe+CuSO4=FeSO4+Cu]等反应时，就能认识到虽然没有物质得到或失去氧元素，但只要有元素的化合价改变就是发生了氧化还原反应，二者存在密不可分的关系。教师在进行氧化还原反应概念教学时，基于教材提供的化学反应方程式，以物质发生的得氧或失氧反应以及含氧金属元素化合价的改变，带领学生在实际的化学反应中，理解氧化還原反应的概念，在理解化学方程式的基础上，学习和掌握化学概念。在这一环节，教师引导学生建立以“化学方程式”为核心的“模型认知”模式，结合具体的化学方程式，理解和学习氧化还原反应的概念和过程。通过这样的学习，学生建构了一个分析氧化还原反应的思维模型，即根据化学方程式中元素化合价改变进行判断。教师在化学概念教学环节，始终以化学方程式为分析对象，能逐步培养学生基于化学方程式的分析和研究习惯，促使学生逐渐形成基于知识的“模型认知”思维，对学生进行后续的化学学习具有重要意义。化学方程式贯穿于高中化学知识体系全程，学生养成分析化学方程式的思维习惯和学习方法，能逐步提高化学学习能力。

3.高中化学教学中培养学生“模型认知”思维的关键点

要在高中化学教学中培养学生的“模型认知”思维，不仅对学生提出了较高的要求，还对化学教师提出了相应的教学要求。化学教师和学生个人是在高中化学中培养学生“模型认知”思维的两大关键点。

（1）教师层面的培养关键点

高中化学教学培养学生“模型认知”思维，化学教师要从下述三个关键点出发，逐步提高教学环节的思维培养能力。其一，化学教师要将化学反应与化学模型关联在一起，以具体的化学模型展示化学反应；同时，教师可根据化学反应，借助电子白板，为学生提供相应的化学反应视频、图片等，让学生以直观的方式，观察化学反应，构建认知模型，理解化学反应概念。其二，教师构建长期性教学指导体系，给予学生悉心的教学指导，让学生逐步适应这一学习模式和思维模式。其三，教师对每个章节的知识体系进行分析，搜集与化学知识相关的视频资料、教学资源，对其进行合理编制，降低复杂知识在教学环节的密集度，循序渐进地培养学生的“模型认知”思维。

（2）学生层面的培养关键点

化学反应能直观地展示反应过程中各个物质之间的关系，降低学生理解知识的难度。首先，教师要认识到“模型认知思维并不是学生生来就具备的，而是要通过后天的长期性引导而逐渐形成的思维方式”，是一种后天获得的思维能力。其次，教师要发挥自己的教学引导作用，将思维培养渗透于知识教学环节，引导学生摆脱机械化学习。最后，在教师的带领下，学生积极探索微观层面的化学反应，对化学知识形成微观层面的认知。

4.高中化学教学中培养学生“模型认知”思维的措施

培养学生“模型认知”思维，是高中化学教师的必要工作，能辅助教师从学生端，解决因学生个人认知、思维方式导致的教学问题，逐步提高化学教学效果和学生学习成效。

（1）思维引导教学，引导学生树立模型意识

培养学生的“模型认知”思维，能有效利用化学模型，降低学生学习化学知识的难度。通过化学调研可知，学困生多未形成稳定的模型思维，未树立模型意识，或模型意识相对薄弱。这就需要化学教师在单元教学环节，植入“模型”的概念。教师基于化学知识，带领学生共同构建化学认知模型，以直观可视的化学模型，降低学生理解化学分子式和物质结构的难度。例如，在“有机化学”教学环节，有机物作为化合物的一类，其分子式和空间结构较为复杂，且随着课程的推进，学生将接触结构更为复杂的有机化合物。学生学习有机化合物时，因化合物的结构复杂，学习和理解的难度较大。鉴于这一情况，教师从结构最简单、贯穿有机化学全程的化合物模型出发，将其渗透于有机化学各个环节，在这一化合物结构学习的基础上，逐渐增加结构更为复杂的有机化合物。甲烷是结构最简单的有机化合物，教师可借助电子白板展示甲烷的分子式、球棍模型和取代反应历程，让学生通过视频演示，获得直观的视觉冲击，感悟有机化合物结构和性质的密切关系。此外，教师还可带领学生动手实践制作甲烷的球棍模型，用橡皮泥、小圆球、火柴棍、牙签等，代替碳原子、氢原子以及共价键，制作甲烷空间正四面体模型，通过学生直观地观察有机化合物的空间结构模型，了解甲烷空间模型中等效氢原子的位置关系，在后续的有机化合物教学环节，以甲烷空间模型为基础，逐渐增加各类原子和共价键的数量，在基础模型的认知基础上，学习难度更大的有机化合物空间模型。

（2）基于常规思维，以模型提高教学能力

学生认知和学习知识需要一个过程，化学教师可抓住过程中每个环节学生的认知侧重点，在学生常规思维的基础上，结合化学空间模型，逐步提高学生的理解能力。例如，在“苯的结构”教学课堂中，教师根据学生学习知识“概念—性质—结构”的常规思维，将化学结构的认知顺序提前，将概念的认知顺序延后，提高学生的思维认知能力。首先，教师根据苯的分子式[C6H6]，让学生推断苯的空间结构。学生联系学习的化学键的知识，对碳碳双键、碳碳三键进行不同的排列组合，尝试写出多种苯的结构式。之后，教师指导学生根据乙烯和乙炔的分子结构及化学性质，预测苯的化学性质。然后，学生通过观察苯的演示实验现象，产生认知上的冲突，进而检验自己推断的苯的结构式是否正确，以此促进学生思考并对苯的结构式做出准确推断。最后，教师向学生展示苯的结构式，结合学生模型分析过程，将乙炔、乙烯、苯关联在一起，分析三者分子式、结构式存在的关联性，建构研究有机物结构的思维模型，强化“结构决定性质、性质体现结构”的学习规律。

（3）分析化学原型，搭建教学认知模型

化学课程中涉及大量的化学模型和化学原型，能让学生直观地认识化学物质的结构式、模型。鉴于高中化学知识的学习难度较大，教师可放大化学原型和模型在教学课堂中的形象，以化学模型，辅助学生理解化学概念和空间结构，降低学生理解和学习知识的难度。以高中化学选修4“化学反应原理”电化学复习为例。在复习过程中，从最基本的两个电化学原型：Cu-稀[H2SO4-Zn]原电池、电解[CuCl2]溶液开始，利用氧化还原反应知识去建构分析电化学装置的认知模型。首先根据化合价升降判断得、失电子的物质，从而确定氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物。其次根据电子流向确定电极名称、根据“两剂两产物”确定电极反应物及产物。然后根据闭合回路的要求判断出溶液中离子的流向，最后根据题目设问作答。通过构建认知模型，能帮助学生在解决陌生电化学问题时，快速找到解题方向和思路，提高“模型认知”思维能力。

（4）展示实物模型，实现认知目标

高中生在学习的过程中时时刻刻都在对自身观点进行思考，并为其找到相关的理论依据，这样就能在对其他人的观点进行判断时，从多个层面进行文化知识的学习。课件在化学教学中进行模型和微观之间的融合能够取得非常好的引导效果，对提升学生的思辨能力有着重要的帮助作用，使学生能够明确所学的内容。与此同时，实物模型和微观的融合，能够帮助学生对不同化学对象进行對比和鉴别，对原子结构的演变过程进行准确的提取，从而更好地判断宏观和微观的概念，这实际上也是用到学生们对实物模型和微观之间关系进行探究的重要价值。教师和学生在对概念进行推理后，让学生能够从中接触到多种学习观点，这对内化模型认知有着重要的作用。通过引入多媒体技术，能够有效降低模型认知的困难程度，并为学生提供资料，让学生们能够对多种化学反应的演变进行了解。为了实现这样的目标，应该按照模型认知思维所需要的微观模型，对那些容易被学生们理解的学习资源进行整合，从而对学生们的视角进行丰富，让学生们可通过分析学习资料掌握化学反应中微观和宏观问题的相关性，进而了解到化学反应的本质。

（5）落实培养要求，增强学科的探索性

在高中化学教学中，应尽可能避免更多去干预学生思维，以提升化学内容的可探索性，并使学生在其中能夠获得更多选择，这对学生们学习相关知识以及理解相关的概念有着积极的帮助作用。对学生的模型认知思维进行培养，离不开教师的必要引导，并需要学生们能对相关的基础理论进行掌握。因此，从化学教师的角度上来看，要基于对定理概念的了解培养学生的思维习惯，从模型认知的维度了解能量转换和化学反应的规律，这是对学生提升学生化学核心素养的重要环节。另外，在对化学中的微观变化进行了解时，需要化学教师给予这部分内容足够的重视，学生在掌握了基础部分的内容后，再从思维上对他们进行引导，这对提升学生的学习能力有着积极的作用，并对学科素质培养要求进行落实，逐步提升学生的认知能力。例如，应用一些学生理解起来较为容易的化学反应，以此取得更好的模型认知思维培养的效果，在课堂中可为学生播放一段奥运火炬燃烧的视频，由学生们去思考其中所涉及的方程式，然后将相应的模型引入其中，结合其中的化学反应分析发生的能量变化，从而使学生们能够对其中的能量变化更加清晰的了解。另外，在化学教学过程中，应该重视引导学生们积极地构建化学模型，并在这个过程中逐步建立模型认知思维。学生们碰到了关于能量转化以及化学反应这方面的内容，可更加顺利地完成化学模型构建，将模型认知思维变为教学结构的重要条件，这对学生们的学习能力提升有着重要作用，有利于提升学生的化学学科素养。与此同时，学生通过模型认知也会建立属于自己的观点，再通过课堂讨论的方式激发学生的学习热情和积极性。

综上所述，模型构建法在高中化学教学中的应用，能有效降低学生的认知、理解和学习的难度，并对学生思维发展具有促进作用。培养学生“模型认知”思维，能辅助学生逐步建立科学、合理的认知模式和思维模式，降低学生理解化学知识的难度，提高学生学习成效。这就需要高中化学教师从教学的多角度入手，加大在“模型认知”教学方面的投资力度，引导学生树立模型意识，构建“模型认知”思维方式，为培养学生化学核心素养奠定良好的基础。

参考文献

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