基于模型認知的高三化學復習

許美蓮

摘要： 模型認知是化學核心素養的要素之一。在高三化學復習教學研究中，致力于構建知識模型、思維模型、答題模型等多種認知模型，不斷引導學生運用模型來描述化學現象并解釋化學原理，有利于促進學生化學核心素養的全面提升。

關鍵詞： 模型認知; 高三化學; 復習教學

文章編號： 1005-6629（2019）2-0075-05??????????? 中圖分類號： G633.8??????????? 文獻標識碼： B

1? 問題的提出

2009年，美國正式提出21世紀核心技能，其中包括學習與創新技能（創造力與創新、批判思維與問題解決、交流溝通與合作），而運用批判思維進行問題解決往往需要構建模型[1]。《普通高中化學課程標準（2017年版）》中指出與模型構建相關的化學學科核心素養水平是： 能對復雜的化學問題情境中的關鍵要素進行分析以建構相應的模型;能選擇不同模型綜合解釋或解決復雜的化學問題;能指出所建模型的局限性，探尋模型優化需要的證據[2]。

在傳統的高三復習備考中，學生的認知僅停留在對知識點的梳理和羅列，解題能力的提升依賴重復而機械的題海訓練。這些雖能提升學生解題的熟練程度，但這種基于知識記憶的淺層復習會造成知識的碎片化、理解的膚淺化、思維的呆板化[3]。化學復習教學中若缺乏對“模型認知”素養的意識，不注重引導學生建構知識模型、思維模型，學生的化學核心素養便得不到提升。高三化學復習中亟需幫助學生形成認知模型，使知識結構化、思維可視化，提升學生的整合思維和深度學習能力。復習課的重要任務之一是幫助學生建構基礎知識框架和各種思維模型[4]。

2? 構建教學模型，提高復習效率

模型認知是指人類用化學方法探索未知世界時，除了對客觀實驗事實進行橫向比較、縱向歸納外，還應通過抽象和簡化的方法建構認知模型，再利用模型進一步認知未知物質及其規律的過程[5]。

2.1? 構建知識模型，夯實基礎知識

奧蘇貝爾的學習理論認為，采用建模思想，將化學問題中次要的、非本質的信息舍去，可使本質的知識變得更為清晰，更容易納入學習者已有的知識框架中，使教師在教學時，正向遷移變得更容易。

引導學生在建構模型的過程中，使知識系統化、組織化和結構化，有助于學生對化學知識的記憶、貯存、再現和遷移，引導學生建構知識模型，增強學生對高中化學基礎知識的記憶。

元素及其化合物這部分內容多，建構知識模型，記憶效果會讓人感到妙不可言。如金屬單質的化學性質及有關化學方程式的復習，以金屬鈉的化學性質為基準構建模型（見圖1）。

學生在教師的指引下完成以上模型的相關內容后，讓學生畫出鈉、鎂、鋁的原子結構示意圖并寫出元素化合價，比較它們的活動性;再讓學生根據金屬單質的通性，動腦動筆推出鎂、鋁、鐵、銅的共性相關的化學方程式;再鼓勵學生在結構決定性質的思想指導下，在“個性”的層面上下功夫。如反應條件、金屬的活動性、元素化合價等方面的不同，在“共性”基礎上加上“個性”，如鎂加上與CO2、 N2的反應，鋁加上跟強堿反應、鋁熱反應……這樣，學生復習鈉，通過聯想推理進而復習了鎂、鋁、鐵和銅四種金屬單質的化學性質及有關化學方程式。

“共性”與“個性”的巧妙結合，將多種物質的化學性質及幾十條化學方程式的記憶內容通過最簡單的方式呈現，給學生感性上的認識，而且是學生親自動手完成，更利于學生對此知識點的體會與識記。“學一得五”，突破了化學要記的東西多不好記的難點，還培養了學生構建知識模型的能力。

化學教學中學生在掌握分子、原子、離子等概念時，從宏觀深入到微觀有一定的困難，教學中若不致力于化學模型的建構，就會既割斷宏觀現象與微觀結構之間的聯系，也割斷了認識發展與學生發現問題、解決問題、形成知識結構之間的聯系。其結果是造成學生化學基本觀念的匱乏，造成化學教學科學素養教育價值的貧乏。解決這一矛盾的有效方式之一，就是利用模型建構促進學生化學學習，在化學教學中形成物質性質及其變化的規律知識與化學模型的相互融合，促進學生化學核心素養的提高[6]。圍繞學科知識結構和思維方法展開復習教學，處理好物質性質的共性與個性的關系，以化學“宏微符”三重表征理論為指導，讓學生在學習化學、理解化學變化時能夠把化學內容所包含的宏觀、微觀、符號三個表征方式有機地結合起來，深刻認識研究對象，對知識、技能和能力的遷移以及創造性解決問題，都會有很大的幫助。

2.2? 建構思維模型，提高思維品質

化學模型的大部分內容都是思維的產物，這就要求我們在化學模型的建構中要從最簡單的問題開始，即從思維的起點開始，學習具體知識、掌握化學思想和方法、探尋答案，循序漸進構建化學認知模型[7]。

我們在教學中難免會出現錯誤，如以偏概全的經驗型錯誤、簡單遷移的想當然型錯誤、專業匱乏的科學性錯誤、忽視細節的定勢思維型錯誤等。為了科學地解決這些教學問題，就意味著要在提出（明確）問題的基礎上，做出科學的假設，選擇并運用合適的方法，收集充足的、有根據的事實性證據材料，再通過分析、歸納和論證，收獲探究結論。因此，我們的教學也應該逐步地從傳授事實、掌握學科知識層面上升到使用事實、發展學科觀念、建構思維模型上來。

2.2.1? 建構整體思維模型

硝酸與金屬反應的相關化學方程式以及綜合計算，對學生的要求較高。學生難以主動將新課所學的內容整合形成系統的認識。復習課的重要任務之一是幫助學生建構基礎知識和整體思維模型。硝酸與金屬反應的思維模型如圖2所示。

在進行硝酸與金屬反應的復習教學時我們需要用系統、整體的思維。以硝酸為思考起點，以硝酸中氮元素為核心經過知識點的全面梳理幫助學生進一步理解硝酸與金屬反應的本質，進而對酸的性質、原子守恒、得失電子守恒和離子方程式整合形成一個充分體現學科內在邏輯的知識框架和思維結構。

2.2.2? 建構有序思維模型

培養學生的有序思維，理解化學平衡圖像（見圖3）。

將分析問題的過程與思維可視化，有利于幫助學生組織相關知識和信息，引導學生清晰而有邏輯地思考，進而促進學生運用所學知識分析和解決相關問題。

2.2.3? 建構創新思維模型

在化學教學中，創新實驗是培養學生核心素養的重要載體，若教師能對教材實驗進行一些改進，時常給予學生一些改進實驗的創新機會，不僅能豐富課堂教學、優化復習教學效果，對學生創新意識的喚醒和創新思維的鍛煉也是大有裨益的[8]。

如根據防倒吸原理創新設計實驗裝置（以用水吸收氨氣為例），引導學生進行思考，提出進一步改進實驗的設想。經過學生一輪熱烈的討論和設計，得到以下三種類型創新裝置： （1）肚容式（圖4中的發散源及Ⅰ和Ⅱ）;（2）接收式（圖4中的Ⅲ、 Ⅳ、 Ⅴ）;（3）隔離式（圖4中的Ⅵ、 Ⅶ）。

在實驗復習中，適時引導學生在實驗內容和形式上進行一些力所能及的創新，激發學生的創新熱情。發揮創新實驗的教育功能，努力培育學生的科學態度和創新精神。

2.2.4? 建構推理思維模型

引導學生進行嚴密的邏輯推理，建構推理思維模型。能依據各類物質及其反應的不同特征尋找充分的證據，解釋證據與結論之間的關系;能對復雜的化學問題情境中的關鍵要素進行分析以建構相應的模型[9]。如圖5所示為幫助學生建立判斷化學平衡移動方向的思維模型。

2.3? 建構解題模型，理清解題思路

2.3.1? 根據守恒定律建模，突破電化學綜合計算

電化學綜合計算，如幾個電解池串聯的計算，學生往往將每個電解池的總化學方程式寫出來配平后才找到各物質間的物質的量的關系，導致解題過程耗時多。現分析該解題思路如下。

（1） 解題關鍵： 根據得失電子守恒定律建立起已知量與未知量之間的橋梁，構建計算所需的關系式。

（2） 思維建模： 如以通過4mole-為橋梁可構建如圖6的思維模型。

該思維模型具有總攬電化學計算的作用和價值，準確判斷電極產物，便能快速解答常見的電化學計算問題，使思維過程化繁為簡。

2.3.2? 根據解題思路建模，突破工藝流程題

化學工藝流程題是將化工生產中的生產流程用框圖形式表示出來，并根據生產流程中有關的化學知識步步推進，是無機框圖題的一種創新。它以現代工業生產為基礎，與化工生產成本、產品提純、環境保護等相融合，考查物質的制備、檢驗、分離或提純等基本實驗原理在化工生產中的實際應用，具有較強的綜合性，學生在解答這類無機化學工藝流程題時往往無從下手。

提高學生對這類題的解題能力，就是幫助學生建構無機化學工藝流程題的解題思維模型： 原材料→核心化學反應→產品分離提純，化整為零巧破題。如： [2015新課標全國卷Ⅰ，27節選]硼及其化合物在工業上有許多用途，以鐵硼礦（主要成分為Mg2B2O5·H2O和Fe3O4，還有少量的Fe2O3、 FeO、 CaO、 Al2O3、 SiO2等）為原料制備硼酸（H3BO3）的工藝流程如圖7所示。

本題解題思路模型如圖8所示。

在建模教學中，要注意引導學生形成從物質或流程本身出發去分析問題的思維模式，切不可脫離實際問題談模型。這樣，一旦建立了某一工藝流程的模型，就把流程中涉及的物質的性質、設備或裝置的使用、副產物的分離利用、資源的回收等問題有機地結合起來，各部分知識交互運作，避免知識的遺忘和模型的錯誤匹配，形成知識的“螯合反應”[10]。

講究規范，追求細節。細節決定成敗，因此在復習中還要注意抓表達、解題、實驗等細節，幫助學生建構答題模型，促使答題規范化，逐步提高化學學習質量。

其一，教師做規范的模范。教師的語言表達要嚴謹、科學、準確，實驗操作示范到位等。

其二，學生做規范的典范。嚴格要求，使學生的表達、解題、實驗規范、正確。

3? 反思總結

嘗試基于模型認知的高三化學復習，改變過去傳統的按課本內容“炒冷飯”式的回顧整理知識點的高三化學復習模式，將零散的化學知識進行整合，讓學生在建構知識模型的同時，加深對知識的理解。優化學生的認知結構，培養學生的科學思維能力，有助于學生對有關化學的問題作出符合科學倫理的結論和形成認知模型，提升學生的整合思維，培養學生的深度學習能力，使我們的教學逐步從傳授事實、掌握學科知識層面上升到使用事實、發展學科觀念、建構思維模型上來。引導學生建構思維模型，形成有序的系統思維，提升學生的學科核心素養，從而大大提高高三化學復習效率。

課堂教學的過程就是師生互動的過程。若教師缺乏較高的化學學科素養，對所教內容理解不深刻，在建模時不遵循學生的認知規律，對偶發問題處理不到位，就無法深入淺出地給學生以啟發、引領，也就不可能正確有效地指導和支持學生的化學學習，提升學生的核心素養也就成為一紙空談[11]。學生的核心素養要得到有效培養，其關鍵在于教師應該具有核心素養。只有教師具有核心素養，學生的核心素養發展才有可能性。因此，化學教師需要加強學習，提高自身化學專業水平，努力成為創新型、學者型教師，這不僅有利于培養學生的核心素養，同時還培養了高中化學教師的核心素養，促進教師專業的發展。

參考文獻：

[1]Ananiadou K.， & Claro M. 21st century skills and competences for new millennium learners in OECD countries [M]. OECD Education Working Papers， No.41， OECD Publishing， 2009： 17～19.

[2][9]中華人民共和國教育部制定. 普通高中化學課程標準[S]. 北京： 人民教育出版社， 2018： 91.

[3]解慕宗，林建芬，寇輝，劉文婷. 基于模型認知的高三化學深度復習研究[J]. 中學化學教學參考， 2017， （10）： 25～26.

[4][5]陳仕功. 模型認知背景下的化學教學研究[J]. 教學考試（高考化學2）， 2018， （5）： 47～48.

[6][7]張發新. 利用模型建構促進學生化學學習[J]. 化學教學， 2017， （5）： 24～28.

[8][11]江旭峰， 陸燕海. 讓核心素養在化學教學中落地[J]. 中學化學教學參考， 2017， （10）： 4～9.

[10]吳翀云. 從工藝流程的解讀談化學工藝建模教學[J]. 化學教學， 2018， （1）： 29～34.