从“可视”到“内生”：培育模型认知素养五次升维教学实践的思考

陆卓纯 梁彩胜

摘 要：指向问题解决能力提高的模型认知既是学科核心素养之一，也是科学思维培养的目标。模型认知的“可视”仅是低阶思维，“内生”的模型才是授之以渔式的高阶思维。文章阐述了模型认知的内涵，详细探讨了思维“可视”到模型“内生”的升维教学实践，并提出了一些对教学实践的思考。

关键词：模型认知；内生模型；升维教学

基金项目：本文系广西教育科学“十四五”规划2022年度广西教育质量监测研究专项课题重点课题“基于高中学科核心素养监测结果促进教师集体备课质量提升的研究”（课题编号：2022ZJY241）的阶段性成果。

作者简介：

陆卓纯（1971—），男，广西壮族自治区贵港市高级中学。

梁彩胜（1979—），男，广西壮族自治区贵港市高级中学。

2022年，我国教育部发布了新的化学课程标准，其中科学思维核心素养的培养目标为“发展科学思维，强化创新意识”。模型认知既是学科核心素养之一，也是科学思维培养的目标，模型认知素养的应用深刻地影响着人们生活、学习和工作等各个

方面。

一、模型认知的理解与教学调研

（一）模型认知的理解

模型是人们为了某种特定目的而对认识对象所作的一种简化的概括性描述，能实现从低维升到高维。我国基础教育强调在教学实践中唤醒学生的认知意识，以可视的形式呈现隐性的思维过程，通过构建模型解决实际问题。就高中化学模型认知核心素养而言，学习主体应认识研究化学物质的本质特征、构成要素，厘清化学知识的关系，按认知模型分析、推理，合理解释化学现象，从本质上揭示相关现象和规律［1］。

笔者分类统计近五年全国高考试题（广西用卷）化学学科核心素养考查内容后发现，2018年全国丙卷涉及模型认知核心素养的知识的分数共22.5分（分占比19.56%），主要内容有滴定曲线解析、可充电电池的化学原理、电热水器中的金属防腐蚀、金属晶体堆积模型解析、化学键类型与物质分类（物质性质）、多原子阴离子的空间构型。之后逐年上升，到2022年，全国甲卷涉及模型认知核心素养的知识的分数高达31.5分（分占比27.39%）。所以，学生模型认知核心素养培养工作的落实迫在眉睫。

（二）模型认知的教学调研

模型认知教学是培养学生理性思维的重要途径与方法，但部分教师对其的运用仅停留在应用思维导图的层面，设计、实践相关教学方案，利用数据分析评估教学成效，实现“教—学—评”一体化的较少［2］。目前，部分教師存在两个方面的问题：一是建模意识薄弱，认为教学只是信息的输入，教学内容缺少实际的应用原型；二是用模能力弱，很少分析问题的共性，缺少对知识的提炼及优化。

二、思维“可视”到模型“内生”的升维教学实践

校本教研是同行学习、知识共享、共同成长的重要途径，很多优秀教师都从中获益，并在成为教育领军人才后，积极参与并指导教研活动，带动更多教师成长［3］。以苏教版化学必修一“氯气及氯的化合物”一课为例，梁彩胜老师把升维教学实践归纳为如下的“抽提—解构—异构—重构—整合”应用模型（如图1）。

图1 “抽提—解构—异构—重构—整合”应用模型

（一）“双基”课堂的教学设计

基础知识和基本技能简称“双基”。改革开放以来，我国基础教育非常重视“双基”目标的达成。学生的“双基”扎实，有助于其取得优异成绩，也能帮助教师稳定教学秩序，提高教学质量，为构建面向21世纪的基础教育课程体系提供必要基础。

图片导入：浩瀚的大海是一座巨大的宝库，人类可以从海洋中获取很多资源。请大家分析文中的柱状图，找出海水中含量最多的元素，思考自然界中有没有游离态的氯。

必备知识：学生在审题析义中抽提气体实验室制备的知识点如下表（如表1）。

学生活动：课堂练习巩固。

导入的实验装置图示、模型具有可视化特征，可帮助学生掌握教材中的知识，让学生学会科学的学习方法。当然，“双基”模式还存在一些弊端，如教师过于注重学生对知识的记忆而忽略学生对知识的理解与思维的形成，学生的主体地位没有得到重视，等等［4］，这不利于培养全面发展的人，无法满足新时代国家现代化建设的需要。

（二）指向三维目标达成的教学设计

以“活动”为标志的教学改革的最大亮点是提出了知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三维目标，其强调引导学生参与学科探究活动，让学生经历问题的发现、解决过程以及知识的建构、运用过程，从而使学生深入理解知识，感受知识创生、验证、传播与分享的过程。教师在解构舍勒发现氯气的化学史时，可进行如下思维散化（如表2）。

教师不仅是知识的传授者，更是活动的设计者、情境的创设者，应积极挖掘学生的潜能，多给予学生想象、反思、质疑、组织、联系的机会。这样，学生能转变为知识的主动建构者、团队的积极合作者，能提升学习主动性、自主性和合作探究的积极性。

（三）以素养为本的教学设计

教师要围绕核心素养开展课堂教学设计，思考教什么、怎么教、为什么而教；评价学习结果要从学生学会了什么，是否达到学习目标入手。

素养目标：探究、选择和动手组装氯气实验制备装置；构建相应的方法模型；掌握氯气的工业生产原理。

教师异构活动任务链，进行指向图式特征的教学设计如下（如表3）。

思维建模：创设真实情境，让学生认识真实的世界，能够更好地解决真实问题。

能力迁移：实验室还可用KMnO₄代替MnO₂来制备氯气，化学反应方程式：2KMnO₄+16HCl（浓）=2KCl+2MnCl₂+5Cl₂↑+8H₂O，请根据原理拼出正确的实验装置图。

拓展提问：除了MnO₂和KMnO₄，我们可用NaClO、KClO₃等物质制备氯气吗？

（四）“教—学—评”一体化的教学设计

“教—学—评”一体化教学不是一种固化的教学模式，而是重构教学设计、课堂组织的理念和指导思想。仍以“氯气的实验室制法及工业制备”一课为例，教师可设计有深度学习历程的教学活动。

深化情境：实验室制氯气有反应快、操作简便、便于收集等优点，这一方法可否用于工业生产中？

精打妙算：生产1吨液氯，理论上需要2.5吨二氧化锰（50%）和7吨盐酸（31%）。液氯、二氧化锰（50%）和盐酸（31%）的市场价分别是3000元/吨、3800元/吨和400元/吨，在计算后我们能发现，按实验室制备氯气的方法生产氯气成本很高，因此不适用于工业生产。那么工业上要如何制取氯气呢？我们可以用如下方法。

工业制法：电解法，化学方程式为2NaCl+2H₂O=2NaOH+H₂↑+Cl₂↑。

视频讲述：电解法初始制氯气的规模很小，直到有较好的直流发电机后，此工业制氯技术快速发展，为氯碱工业奠定了坚实的基础。

科学解惑：将84消毒液和洁厕灵混合使用会产生化学反应，生成有毒的气体，这是真的吗？请设计一个简单的实验方案进行验证。

论证推理：84消毒液的主要成分是次氯酸钠，洁厕灵的主要成分是盐酸，两者混合会产生化学反应，相关化学方程式为NaClO+2HCl=NaCl+Cl₂↑+H₂O。

教师要以评价促进教师教学活动、学生学习活动的开展，充分整合教、学、评等环节，进行“教—学—评”一体化教学设计。

（五）“教—学—评—考”聚合的教学设计

要想在复杂实践中做到“教—学—评”一体化，教师就要“内生”应用模型，用测评与考试去检验评估、真实呈现学生学科核心素养的发展过程与现有水平。学生通过气体制备知识的学习，能构建实验室制备气体的一般模型，为下一阶段学习提供方法模型，从而提高学习效率。

三、教学实践的思考

在本节课五次升维的教学设计和实践中，笔者查阅了大量文献，研究了很多相关的教学设计，对以“教—学—评—考”聚合为指导思想的教学设计与实践有了深入的認识。

从课堂实践来看，一是学习目标设定符合学生知识学习要求以及能力发展要求，可观察、可测量；二是化学史情境效果明显，学生能快速融入情境中，并能从化学史资料中提取有效信息，解决课堂上遇到的问题；三是活动灵活多样，效果明显，实验装置图的拼装活动充分调动了学生的参与积极性，为学生搭建了交流沟通、动手合作的平台；四是评价方式多样，评价时机合理，有内容评价，有目标评价；五是素养目标有效达成，化学史作为情境和信息，贯穿整个教学过程。

从核心素养培养来看，学习科学家的严谨态度有助于学生证据推理与模型认知学科核心素养的发展；学生根据氯气的性质增加尾气处理装置，发展了科学精神与社会责任的学科核心素养；学生根据不同的条件以及需求，从不同的角度了解制取氯气的方法，发展了变化观念与平衡思想的学科核心素养；学生根据实际需要不断优化改进实验装置，发展了科学探究与创新意识的学科核心素养。

由“可视”到“内生”需要学生进行大量的思维活动，其能促使学生思考，达到训练学生思维的目的。［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］马翠萃.促进化学核心素养发展的思维可视化教学研究［D］.桂林：广西师范大学，2019.

［3］高书国.教育领军人才关键能力与成长策略思考［J］.人民教育，2022（17）：41-44.

［4］崔允漷.学科实践：学科育人方式变革的新方向［J］.人民教育，2022（9）：30-32.