淺析高中化學(xué)課堂教學(xué)中的模型認(rèn)知應(yīng)用

陳小燕

（福建省福州高級中學(xué)，福建福州 350007）

引言

模型認(rèn)知指的是基于模型的認(rèn)知，模型涵蓋的兩大類，分別是實物模型與形式(非實物)模型。模型認(rèn)知是一種在化學(xué)解題過程中通過分析、推理掌握研究對象構(gòu)成、本質(zhì)等的科學(xué)方法。建構(gòu)模型時，可以采用依據(jù)原型建模、從理論出發(fā)進(jìn)行建模等方式，并且依據(jù)2016年頒布的《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》來進(jìn)行，教育部針對高中化學(xué)學(xué)科也提出了包含“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”在內(nèi)的新維度。而“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”是現(xiàn)如今高中化學(xué)教師以及學(xué)生接觸較少的領(lǐng)域，因此，本文為了探究基于模型認(rèn)知的高中化學(xué)課堂教學(xué)方式做出了以下分析。

一、模型認(rèn)知的基本過程

化學(xué)“模型”分為物理模型與思想模型，其中化學(xué)方程式就是思想模型的代表，其又可分為物理模型、概念模型、數(shù)學(xué)模型等，對其思路以及框架的分析基本可構(gòu)成化學(xué)“模型認(rèn)知”。教師可通過建模引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識、分析、推理研究對象的本質(zhì)與特征等要素，并借助符號、圖像、語言等包括數(shù)學(xué)表達(dá)式在內(nèi)的表達(dá)方式建立模型認(rèn)知，通過現(xiàn)象理解化學(xué)的本質(zhì)與規(guī)律。模型認(rèn)知主要涉及建立模型、研究模型、理解應(yīng)用模型等過程。而根據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示，只有將近55%的學(xué)生會偶爾運用模型的方法解決化學(xué)問題。針對這種情況，我們能了解到高中學(xué)生對模型的認(rèn)知能力還存在一定程度的缺乏[1]。

二、“模型認(rèn)知”能力在高中化學(xué)課堂中的應(yīng)用現(xiàn)狀

在對基于模型認(rèn)知的高中化學(xué)課堂教學(xué)方式進(jìn)行研究之前，我們可以先了解一下模型認(rèn)知在現(xiàn)階段高中化學(xué)課堂中的運用情況。根據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示，有42%左右的化學(xué)教師會在授課時使用物理模型充當(dāng)教具，近55%的教師會偶爾使用這些模型，并且有近5%的教師從未使用過模型進(jìn)行化學(xué)教學(xué)。根據(jù)這個數(shù)據(jù)我們可以總結(jié)出，有很多高中化學(xué)教師并未意識到模型在化學(xué)教學(xué)中的價值。在這種情況下，教師對于學(xué)生的模型認(rèn)知能力的培養(yǎng)就少之又少了，這也是上文我們所提到的學(xué)生在解決化學(xué)問題時模型使用率低的主要原因。為此，想要更好地進(jìn)行化學(xué)課堂教學(xué)的改革及加強(qiáng)對高中學(xué)生模型認(rèn)知能力的培養(yǎng)，從化學(xué)課堂的教學(xué)方式入手極為重要。教師應(yīng)改變教師的教學(xué)方式，通過引導(dǎo)學(xué)生實現(xiàn)高中化學(xué)課堂模型認(rèn)知，以適應(yīng)化學(xué)課標(biāo)要求。

三、基于模型認(rèn)知的高中化學(xué)課堂教學(xué)方式

（一）在高中化學(xué)課堂中應(yīng)用物理模型

模型認(rèn)知的物理模型能夠通過實物或者圖畫等直觀地體現(xiàn)該物體的特征。說到物理模型，其實我們并不陌生，如DNA雙螺旋分子結(jié)構(gòu)模型就屬于物理模型。除了通過物理模型了解分子的結(jié)構(gòu)特征外，我們還可以通過物理模型模擬化學(xué)原理的實驗裝置等。在一開始對學(xué)生的模型認(rèn)知能力進(jìn)行培養(yǎng)時，教師可以嘗試教他們制作一些簡單的物理模型。這樣既能夠激發(fā)學(xué)生對模型認(rèn)知以及模型應(yīng)用的主動性，又能促使學(xué)生在掌握教材知識的同時培養(yǎng)自身的動手與創(chuàng)造能力。

例如，學(xué)生在學(xué)習(xí)甲烷時，由于是剛開始接觸有機(jī)化合物，很容易因為死記硬背一些方程式而導(dǎo)致后面概念的混淆。為了解決這個問題，教師可以根據(jù)甲烷的特征建立一個正四面體的物理模型。如用四個等大的圓形氣球，通過動態(tài)演示甲烷的構(gòu)成特征向?qū)W生介紹其分子結(jié)構(gòu)，使他們了解到甲烷CH4的分子式以及分子結(jié)構(gòu)如何表示。除了通過模型展示甲烷的特征之外，教師還可以通過演示甲烷取代反應(yīng)的化學(xué)實驗，使學(xué)生加強(qiáng)對該化學(xué)反應(yīng)條件及效果的記憶。在進(jìn)行該實驗時記得設(shè)置有光與無光兩個對照組突出實驗條件，使學(xué)生牢牢掌握甲烷與氯氣發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式。

（二）在高中化學(xué)課堂中應(yīng)用概念模型

模型認(rèn)知的概念模型是一種具有直觀化特征的模型，它通過流程圖(包含圖像、文字、符號等)來表達(dá)事物之間規(guī)律的模型。化學(xué)方程式也是其中之一，通過箭頭等符號加上文字的解釋以及化學(xué)式的表達(dá)，使得事物的主要特征能簡單、直接、模式化地呈現(xiàn)出來。通常，通過概念圖表達(dá)出來的概念模型能夠使學(xué)生體會到化學(xué)物質(zhì)具體的形成過程，進(jìn)而使學(xué)生掌握探究及解決化學(xué)問題的基本方法，培養(yǎng)化學(xué)思維以解決實際問題的能力。概念圖中各相關(guān)概念之間的關(guān)系呈現(xiàn)，能夠幫助學(xué)生厘清化學(xué)元素及條件之間的關(guān)系。

下面我們以“物質(zhì)的量”的教學(xué)為案例進(jìn)行分析，該內(nèi)容與生產(chǎn)、生活密切相關(guān)，并且在高中化學(xué)基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)中占據(jù)著重要的地位。由于物質(zhì)的量較為抽象，概念多且與之相關(guān)的變量關(guān)系也不在少數(shù)。此時，教師如果利用概念圖引導(dǎo)學(xué)生厘清這眾多變量之間的關(guān)系，學(xué)生的腦海中就會形成較為系統(tǒng)、清晰的概念，其中包括物質(zhì)的量與質(zhì)量的關(guān)系、與氣體體積的關(guān)系、與微粒個數(shù)的關(guān)系以及理想氣體定律的表達(dá)，以上都能通過一張以物質(zhì)的量n為中心的整合概念圖體現(xiàn)出來。教師在幫助學(xué)生弄清各概念的內(nèi)在聯(lián)系之余，能夠使學(xué)生獲得掌握系統(tǒng)化知識的成就感，進(jìn)一步激發(fā)他們學(xué)習(xí)化學(xué)知識的動力。

（三）在高中化學(xué)課堂中應(yīng)用數(shù)學(xué)模型

模型認(rèn)知的數(shù)學(xué)模型是一種利用符號、式子、程序和圖形等對內(nèi)容本質(zhì)進(jìn)行描述與表達(dá)的方式，是一種抽象的模擬。數(shù)學(xué)模型具有數(shù)學(xué)一樣的魅力，它既可以解釋某些客觀現(xiàn)象，又可以預(yù)測一些發(fā)展規(guī)律及變化趨勢。數(shù)學(xué)知識與化學(xué)學(xué)科的相通之處，使得化學(xué)問題能夠從數(shù)學(xué)思維中得出一定意義上的最優(yōu)解決方案。在高中化學(xué)階段的數(shù)學(xué)模型可分為圖形模型（包含邏輯圖、流程圖等），以及數(shù)式模型（包含方程式與不等式等）。

下面我們以有關(guān)熱量的教學(xué)為案例，讓學(xué)生加深對數(shù)學(xué)模型的認(rèn)知，并且培養(yǎng)他們邏輯思維的能力。教材在闡述了放熱反應(yīng)與吸熱反應(yīng)的兩個概念后，對化學(xué)反應(yīng)總是伴隨著熱量改變而存在的知識作出了總結(jié)分析。學(xué)生能從中了解到斷開化學(xué)鍵吸收能量，與之相對的形成化學(xué)鍵放出能量。學(xué)生了解到化學(xué)反應(yīng)中兩個相反的過程，即舊鍵斷裂和新鍵生成，并可對其中能量的釋放與吸收進(jìn)行分析，最終通過所建立的圖形模型為以后的化學(xué)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。在圖像和數(shù)值的輔助下，學(xué)生在計算焓變的過程中會輕松很多，如運用 C(s)→CO(g)→CO2(g) 結(jié)合圖像幫助學(xué)生理解“蓋斯定律”的含義等。

結(jié)語

在高中化學(xué)的教學(xué)課堂中以及化學(xué)測試中，運用模型也受到了很多教師的關(guān)注。今后，模型運用在化學(xué)教學(xué)中必定會占有更大的比重及應(yīng)用趨勢。綜上所述，化學(xué)教師對高中課堂上的模型認(rèn)知教學(xué)方式需要投入更多的研究心血。以模式認(rèn)知為側(cè)重點，創(chuàng)新高中化學(xué)課堂教育方式，并引導(dǎo)學(xué)生在化學(xué)學(xué)習(xí)過程中培養(yǎng)模型認(rèn)知意識。同時，高中生要在實際運用中增強(qiáng)自己的模型認(rèn)知意識及模型應(yīng)用能力，積極地在解決化學(xué)題目過程中帶入模型運用思想，并在加深模型認(rèn)知的道路上，掌握化學(xué)思維，把握化學(xué)學(xué)習(xí)方法。