核心素养视域下培养化学模型认知能力的探索

摘 要：建构化学模型是进行化学教学的重要方式之一，依据核心素养视域视角，寻求培养学生化学模型认知能力的途径和方法.文章首先针对模型认知能力对学生学习能力的意义进行探讨；其次立足教材文本，挖掘基于课堂教学内容的模型认知；最后聚焦创新思想，从想象力和应用力的角度优化培养学生模型能力的基本策略，最终得出相应构建学生化学模型认知能力的重要经验和方法，有效促进了化学教学的质效.

关键词：核心素养；认知能力；模型；高中化学

中图分类号：G632 文献标识码：A 文章编号：1008-0333（2023）24-0108-03

收稿日期：2023-05-25

作者简介：易传波（1970.7-），男，江苏省盱眙人，本科，中学高级教师，从事高中化学教学研究.

在化学教学中，建构化学模型让学生将复杂抽象的化学知识通过化学模型进行形象通俗化理解，使学生对具有同质效应的问题形成相对固定的化学模型，既能促进学生轻松理解化学知识，更能提升解题效率、培养学生良好的思维品质、发展学生化学核心素养.

1 指向学习能力，探析模型认知能力的意义

1.1 掌握微观结构，发展抽象思维在化学教学中，培养学生的模型认知能力既有助于学生深度理解新知，更可培养学生的抽象思维，让学生将微观的化学结构转化成大脑中的化学模型，进而轻松理解微观世界的知識^［1］.

如在“微粒之间的相互作用力”这一节中，学生要学习到球棍模型相关的知识，此时教师可以先为学生出示几幅物质的球棍模型图，让学生初步感知这一模型框架，然后再去掌握其他物质的球棍模型.课堂教学中，教师首先为学生出示HCl球棍模型，其中棍的一端连接较小的表示氢离子的球体，棍的另一端连接到较大的表示氯离子的球体，在此基础上，教师让学生推理水分子的球棍模型，学生自然能够得出，水分子应当是由氧原子在中间，氢原子分别和氧原子相连接这样的结构组成，从而绘制出一个大球通过两根棍连接到两个较小的球上.通过球棍模型结构，清晰地将微观世界的物质结构展示在学生眼前，赋予抽象知识直观鲜活的色彩，也在潜移默化中培养了学生的抽象思维.

1.2 整理零散知识，形成科学体系

化学知识庞杂而琐碎，这也导致很多学生在学习化学时产生凌乱、张冠李戴的现象.如何将这些零散、看似毫无关联的知识串联起来，形成一个严谨、科学、有逻辑关系的知识体系，既是学生综合能力的体现，也是教师在教学中应认真思考的课题.而通过培养学生模型认知能力，可以起到以点带面、以面促点的良好效果.

如在“物质的分散系”这一节中，学生要学习到与分散系相关的分类知识，此时教师就可以利用学生已有的模型认知框架进行零散知识的整理.在学习分散系的过程中，学生已经形成了对于分散系、分散质、分散剂的分类，需要以溶液、溶质、溶剂为标准进行类比这样的认知模型，那么对于浊液、胶体、溶液三个概念的整理，教师也可以引导学生采用类比的认知模型进行记忆，形成相应的知识体系：“我们可以将浊液、胶体、溶液看作成往水中加入不同大小的沙粒，当沙粒大于100 nm时，我们称之为浊液，当在1～100 nm时，我们称作胶体，当沙粒特别微小，直径甚至小于1 nm时，我们就可以将其称作溶液了.我们也可以理解成买饮料时的大杯、中杯、小杯，分别是不同大小颗粒物形成的分散系.”这样学生就通过类比的方式形成知识体系，教师让学生将这样的知识体系绘制出来，并在其中提示：“对于胶体，我们还需要注意当光束通过胶体时，我们可以在垂直于光线的方向看到一条光亮的通路，我们可以称之为丁达尔效应.”让学生再将这些零碎的知识补充完整，促使学生对溶液类问题形成了完整的认知.

2 立足教材文本，挖掘渗透模型认知的内容

2.1 在化学计算中形成模型意识

模型认知能力对于化学教学和学生学习能力的提升具有重要意义，也是落实核心素养中培养学生关键能力的重要举措.化学计算是化学学习中不可回避的环节，针对同质类问题，在化学计算教学中融入模型认知思想，引导学生结合问题实际进行综合分析，构建程式化解题模型，不仅可以帮助学生快速解决化学问题，提升解题效率，更能促进学生系统化、综合化思维的发展^［2］.

如在“物质的化学计量”这一节中，学生要学习到与如何计量化学物质相关的知识，此时学生建立起的框架是1 mol纯净物中含有多少个分子、离子这样的认知模型，即所有的以“mol”表示的纯净物量都可以转化为分子、离子、原子数量来计量，此时教师就可以进行提问：“1 mol O₂中含有多少个氧原子？1 mol NaOH中含有多少个离子？两种离子分别有多少？”学生此时就会依据已知条件展开分析，已知1 mol=6.02×10²³个分子或原子，那么1 mol氧气中肯定含有6.02×10²³个氧分子，但是教师提问的却是原子数量，因此需要进行变化计算，最终得出有12.04×10²³个氧原子，而对于NaOH溶液，虽然其在水溶液中解离成了两种离子，但是基本的量却没有发生改变，因此还是只有1 mol的Na⁺和OH^-的量.学生形成了对1 mol的数量认知模型，在解题中只需清晰认知物质中各种微粒的结构组成，则可快捷轻松解决问题.

2.2 在物质分类中构建集合概念

分类能力也是学生能力的一种.化学分类要求学生明确不同物质间具体的、细微的差别，厘清各物质之间的区别与联系，这就要求学生在深刻记忆知识的基础上熟悉每种知识、每个概念的特点，将不同种类的知识分门别类的形成集合，从集合的角度思考不同知识类别之间的细微差异，从而有效促进学生清晰化学概念.在此过程中，借助模型，构建起物质间完善的认知体系^［3］.

如在“物质及其分类”这一节中，学生要学习到与物质分类相关的化学知识，此时教师就可以让学生通过物质分类建立集合的概念.教师首先对学生讲述：“我们生活中的物质有多种多样，按照物质的存在状态来分可以分为气态、液态、固态等，但在我们化学概念上，物质只分为混合物和纯净物两类.大家思考一下以下物质都是什么类别呢？”接着为学生出示几幅图片，有沙土、矿泉水、金单质、氯化钠晶体，学生此时就会开始思考，想到混合物和纯净物的分类标准和框架就是是否有其他物质一同存在.基于这一认知模型，学生判断含有不同沙粒的沙土和含有多种矿物质的矿泉水中都包含有多种物质，所以都是混合物；而金单质和氯化钠晶体则都仅仅含有一种物质，因此是纯净物.厘清问题中包含的物质个数，搞清楚混合物、纯净物、化合物的概念，建立起相关概念的模型，学生在界定时即可轻松进行分类，梳理出概念的集合.

3 聚焦创新思想，优化培养模型能力的策略

3.1 鼓励想象，高效解题

模型能力的培养需要教师创新教学理念，优化教学方法.在化学课堂上，教师要充分发挥学生的想象力，让学生进行知识畅想，并根据学生的想象内容引导学生进行假设和验证，在验证过后对学生的想象做出反馈，从而有效促进学生的想象力发展，帮助学生建构模型认知能力.

如在“研究物质的实验方法”这一节中，教师可以利用如何针对物质进行分离提纯引导学生进行想象并进行验证.教师首先对学生简述：“我们将混合物进行分离提纯时可以利用混合物中各组分的差异特点，例如状态、沸点、水溶性等，主要原则是尽量减少物质的损失.”接着教师提出几个问题：“如果现在有两种物质组成的固体混合物，一种可溶一种不可溶，我们应当如何提纯？”学生此时就会开始想象，想到可以利用可溶性，加适量的水让可溶的物质溶于水中，然后就可以过滤出难溶于水的成分.教师接着提问：“这样的话我们只得到了一种难溶于水的物质，那么另一种怎么办？”学生此时又会开始想象，想到可以利用蒸发结晶得到另一种成分.教师继续讲述：“大家很聪明，那么现在有一种新情况了，如果两种物质都溶于水，但是两种物质的溶解度随温度变化有较大差异，我们应当怎么处理？”由于前面学生已经掌握物质的溶解度随温度变化这一模型特点，他们很容易思考只要控制温度即可析出不同的物质，这样既发挥了学生的想象力，又提高了学生解决实际问题的能力.

3.2 实践应用，内化巩固

应用是培养学生模型认知能力的有效延伸，学生在掌握了知识框架和认知体系后，只有应用这种框架和体系解决化学问题才能够真正发挥模型认知能力的作用，教师在课堂教学中一般利用生活现象引导学生进行应用^［4］.

如在“防止二氧化硫对环境的污染”这一节中，学生要学习到与如何防治二氧化硫相关的知识，此时教师就可以让学生应用已有的模型框架进行生活现象的解释.教师首先对学生讲解：“大家已经了解过与硫化物、二氧化硫相关的知识，也已经形成了自己的认知框架，在工业上一般使用石灰石粉末加水制作成浆液与烟气混合进行脱硫，大家可以写出其中的化学方程式吗？”学生因为此前已經掌握了含二氧化硫气体的脱硫方法，此时教师可将其演绎为“石灰石-石膏法”化学模型，此时，学生将二氧化硫与碳酸钙结合形成硫酸钙和二氧化碳的化学方程式写出来，从而实现了对生活现象的解释和知识的应用，既达到巩固内化知识的目的，更拉近了化学与生活的距离.

化学教学中，将化学知识系统化为某一化学模型，用以解决生活问题既是践行化学新课标“能有意识运用所学的知识或寻求相关证据参与社会性议题的讨论”的具体体现，也是落实化学源于生活、服务生活基本理念的重要渠道.

高中化学五大核心素养中“证据推理和模型认识” 指出：高中化学教学要能使得学生认识化学现象和模型之间的联系，能运用多种认知模型来描述和解释物质的结构，性质和变化，预测物质及其变化的可能结果……，在高中化学教学中，教师要注重学生模型认知能力的培养，既促进学生思维不断迈向纵深，更发展学生的综合能力，真正实现学生化学核心素养的渐进式提升.

参考文献：

［1］ 杨波.培养模型认知能力提升化学核心素养研究［J］.成才之路，2020（4）：92-93.

［2］ 尤丽君.关于培养“模型认知”的化学核心素养的探索［J］.高考，2019（23）：127-127.

［3］ 季春旭.高中化学核心素养教学研究：“模型认知”思维的融入分析［J］.文理导航，2018（10）：57，59.

［4］ 邱立清.整合课程资源 聚焦核心素养：例谈初中化学模型认知能力的培养［J］.中学化学教学参考，2017（8）：2-3.

［责任编辑：季春阳］