建構認知模型 突破難點問題

摘?要：在新的高考形式下，要引導學生認識模型，理解模型，更要適時學會建構模型和運用模型，促進學生認識發(fā)展、思維提升、素養(yǎng)提高，從而提高自己的核心競爭力。本文從2019年4月選考29題出發(fā)，探討如何建構模型，通過模型應用突破難點問題。

關鍵詞：建構;認知模型;難點突破

一、 問題的提出

2019年4月的浙江選考化學卷，學生普遍感覺有難度。特別是29題。除了題目類型較新，更多的原因是老師們在平時的教學中沒能引導學生建構思維模型，就題論題，缺少歸納與發(fā)散，導致學生不能舉一反三。

課程標準（2017年版）中明確提出，化學學科素養(yǎng)包括證據(jù)推理與模型認知，知道可以通過分析、推理等方法認識研究對象的本質特征、構成要素及其相互關系，建立認知模型。“模型認知”能力水平由低到高劃分為認識模型、理解模型、運用模型、建構模型。作為高三學生來說，不應簡單的認識、理解模型，更要建構模型，遷移運用模型。基于此，高中化學的教學應不囿于對真題的剖析，要努力跳出題海戰(zhàn)術的怪圈，提倡多題一解，建立模型，建構知識結構，徹底減輕學生重復記憶和反復操練的負擔。學習的主要目的是要學生參與建立該學科的知識體系的過程。

二、 以浙江2019年4月選考29為例，有效建構認知模型

（一）從易到難，認知模型漸進式建立

在平時的教學中，可先從最簡單的模型訓練入手。如從酯化反應入手，建立思維模型，找出定量關系。

某有機物A，相對分子量134，僅含碳、氫、氧三種元素，分子中沒有甲基。可以與乙醇、乙酸發(fā)生酯化反應，A與乙醇發(fā)生完全酯化所得有機產(chǎn)物的相對分子量為190。試推斷A的分子式和結構簡式。

A有羥基、羧基，A與乙醇酯化反應存在著數(shù)量關系。建立模型：

分析題目中分子量190，差值56，即為第二種情況。所以A至少帶兩個羧基一個羥基。計算殘基：134-17（羥基）-2×45（羧基）=27，為—C2H3，分子式為C4H6O5，A為HOOC—CH（OH）—CH2—COOH或HO—CH（COOH）—CH2—COOH。A若帶兩個羧基兩個羥基，計算殘基：134-2×17-2×45=10，不合理，舍去。

（二）多角度拓展，熟練建構模型

現(xiàn)有只含C、H、O的化合物AF，有關它們的某些信息，已注明在下面的方框內：

分析題意，C、D兩個物質中存在數(shù)量關系，D酯化成C。建立模型：

C與D差值84，符合第二種關系，說明D有兩個羥基，至少一個羧基（由A選擇氧化得到），再通過計算殘基進行推理。

（三）模型遷移使用，輕松突破難點問題

2019年4月浙江選考29題：由碳、氫、氧三種元素組成的鏈狀有機化合物X，只含羥基和羧基兩種官能團，且羥基數(shù)目大于羧基數(shù)目。稱取2.04g有機化合物X與足量鈉充分反應，生成672mL氫氣（標準狀況）。請確定摩爾質量最小的x分子中羥基、羧基數(shù)目及x的相對分子質量。

分析數(shù)據(jù)，確定羥基和羧基數(shù)相加至少3個，建立模型：

物質的量

2. 04/0.02=102，計算殘基：102-2×17-45=23，沒有符合條件的殘基

修改模型，羥基數(shù)和羧基數(shù)相加為4個：

物質的量

2. 04/0.15=136，計算殘基：136-3×17-45=40，符合條件的殘基為—C3H4。即摩爾質量最小的x有三個羥基一個羧基，分子量136。

三、 建構認知模型，突破難點問題的有效策略

引導學生通過證據(jù)推理及模型認知的方式學習在以往的教學中并不少見。隨著學習的深入，自我知識體系的構建和個人解題模式的形成更加重要。教師要引導學生從以下角度學習建構認知模型，聚沙成塔，以求實效。

（一）從實到虛，引導建立抽象模型

等效平衡的學習對于提高學生的邏輯思維能力，開拓學生解題思路都有益。

恒溫恒容條件下等效平衡的條件，反應前后氣體分子數(shù)不變的可逆反應，也就是Δn（g）=0的可逆反應的理解：

同理，恒溫恒容條件下等效平衡的條件，對于Δn（g）≠0的可逆反應，將兩個容器合并為一個，即在恒溫恒容下加壓，平衡右移，不能等效。若要等效則不能加壓。因此等效的條件是換算后相同物質的起始物質的量相等。恒溫恒壓條件下，等效的條件就是換算后各物質的量加倍即可。

用這樣簡單的兩個容器合并為一個的模型，幫助學生理解抽象概念，突破部分概念過于抽象，不能具體化的難點。活化能的概念也可以同樣進行模型的建構。

（二）從特殊到普通，多角度、多方位建構模型

通過證據(jù)推理和模型認知的方式進行學習，不但可以應用到化學計算，在化學史的教學中也可發(fā)揮作用。

人類對原子結構的認識的內容可以讓學生自己看材料，知道化學家們是如何提出原子結構模型的即可。但后續(xù)學生復習時，往往張冠李戴，表述不清。其實科學家們提出原子結構模型的過程是遵循科學研究范式的，建立科學研究模型的過程，在教學的過程中只需重現(xiàn)即可。其中包含縱橫兩條線。縱線是原子結構模型的提出是從粗到細，從虛到實，從外到里……而橫的線，則是幾乎每個科學家都經(jīng)歷了提出假設，實驗驗證再到建立模型的過程。以湯姆生為例，他假設原子帶正電的部分像流體一樣均勻分布在球形的原子內，而電子則嵌在球體某些固定位置。電子既受正電荷的吸引，又互相排斥，因此必然有一種狀態(tài)可使電子平衡。再通過實驗推斷得出，建立葡萄干面包模型。后面盧瑟福建立軌道行星式模型，波爾建立氫原子軌道模型、發(fā)現(xiàn)夸克、用量子理論建立電子云模型等過程的科學探索都可以用相關縱橫模型串聯(lián)成網(wǎng)絡。通過模型建構，突破“科普類”知識學習易學難記的困難。

（三）從基礎到提升，知識拓展善建模型

32題需要學生分析所給的有機反應信息來推斷合成步驟，所給信息都是大學里的經(jīng)典反應，對高中生來說卻很陌生，很多學生就題論題，陷入題海中了。包括一些老師的教學亦然。學生學習負擔重，感覺知識繁雜，茫無頭緒，對該類題型產(chǎn)生畏難情緒。

26、32題涉及的反應類型主要是加成、氧化和取代。據(jù)此建立思維模型，將高中涉及的有機信息題進行建模分析。以加成反應為例。將加成反應簡化為1+1=1的模式，將其分為碳碳雙鍵和碳氧雙鍵加成等多種。根據(jù)大學里不對稱加成的原則，碳碳雙鍵的加成可以仿照丙烯與溴化氫的加成，認為與甲基相連的碳顯電正性，另一個顯電負性。加成時，溴化氫中溴離子帶負電荷，氫離子帶正電荷。根據(jù)同性相斥異性相吸的原則進行加成。26題中的乙烯與乙酸反應就屬于此例。溴化氫可以換成乙酸、氫氰酸、次氯酸（—Cl帶正電荷，—OH帶負電荷）、氨（甲胺等等都可）、1，3—丁二烯等其他顯正負電荷的物質。其中乙烯與1，3—丁二烯的加成反應即蒂爾斯阿德爾反應也是32題常考的內容。而丙烯可以換成苯、甲苯、炔烴……若丙烯換成碳氧雙鍵，碳顯正電荷，氧顯負電荷，可涉及的反應有醛酮與氫氰酸加成后得到羥基酸的反應，醛酮與氨的加成，醛酮相互加成的羥醛縮合反應得到烯醛或者羥基醛，醛酮與格氏試劑的反應等等。除了碳碳雙鍵和碳氧雙鍵外，碳氮雙鍵和碳碳三鍵亦可參照處理。至于乙烯加成或者醛酮與氫氣的加成這些對稱加成則不需要區(qū)分正負電荷，更簡單。如此，將高中的這些知識進行串聯(lián)，簡單模型，百川歸海，學生會發(fā)現(xiàn)原來有機是萬變不離其宗的。通過模型建構，突破內容繁雜型，信息多變型內容的學習瓶頸。

（四）通過“思維導圖”，自發(fā)建構認知模型

學生自我的知識網(wǎng)絡若沒有建立，則知識無法內化，更遑論靈活運用和遷移。應引導學生認真研究高考大綱，明確高考化學學科考試內容，借助“思維導圖”，建構各知識點的認識模型，完善知識網(wǎng)絡。思維導圖可以是樹狀、網(wǎng)狀的，知識縱橫交錯，也是厘清脈絡，自我總結的一種很好的方式。思維導圖可大可小，可簡潔可復雜，根據(jù)個人的需求和能力自主繪制。通過模型建構，突破高中化學知識繁多，學生無法自主形成知識體系的難點。

四、 建構模型認知策略的原則

1. 科學性原則。思維模型的建構必須建立在科學的基礎上，不能隨心所欲。許多書本上的模型如球棍模型，比例模型等等的使用都要符合科學性。2. 適用性原則。并不是所有的題目類型都適用，也并不是所有的思維模型都能解決所有的問題。如對于催化劑對反應速率的影響，適用于過渡態(tài)理論模型而不適用于碰撞理論模型，可以有所選擇，優(yōu)勢互補，全方位促進學生理解知識。3. 適度性原則。思維模型的使用應適度。包括適時和適量。4. 分層性原則。對于接受度比較低的學生來說，簡單的思維模型可以讓其嘗試，對于有拔高要求的學生來說，可以嘗試更加復雜的模型。5. 強化性原則。思維模型的熟練使用和思維模型的主動建構需要比較長的時間。適度的強化是有必要的。如對于復雜計算的解題模型，一次兩次的訓練不足以使學生形成條件反射，多次的多角度地引導和強化，才能熟能生巧，內化進學生自身的知識體系中。

五、 結語

從浙江2019年4月化學選考題來看，高考不只注重基礎知識的考察，更加注重能力的要求。注重創(chuàng)設真實陌生的情境，信息來源多樣，設問角度靈活。突出對必備知識、關鍵能力、思維方法和創(chuàng)新意識的考查。對數(shù)學思維模型、定量計算與深度、多維思考等提出了更髙的要求。教師要引導學生做到：通過構建認知模型，突破復雜計算問題、突破抽象概念學習、突破化學史的學習、突破內容繁雜型，信息多變型內容的學習瓶頸、突破學生無知識體系的難點……

參考文獻：

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作者簡介：梅娟，浙江省杭州市，杭州市西湖高級中學。