探討模型方法在元素及化合物教學中的應用

祖琳 馬麗娟

摘? 要：高中化學中的基礎與核心仍然在于元素及化合物知識，深入了解元素及化合物知識能夠幫助教師與學生明確教學目標、提高教學效果。模型的概括作用可以幫助老師和學生梳理元素與化合物知識的核心內容，幫助學生在解決元素化合物各類型問題時抓住核心本質，選取不同的解決問題的思路，可以運用相同的解決問題的方法解決復雜問題。外顯問題解決的認識角度與認識思路，使教師能夠更有效地示范問題解決的思路與推理過程，幫助學生提高推理能力，使學生在面對陌生情景時主動運用模型思維解決問題。

關鍵詞：金屬? 化合物? 高中化學? 模型認知

中圖分類號：G63? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）11（a）-0168-03

Exploring the Application of Model Methods in Element and Compound Teaching

ZU Lin? MA Lijuan

（Shanxi Normal University， Linfen， Shanxi Province， 041004? China）

Abstract： The foundation and core of high school chemistry still lies in the knowledge of elements and compounds. An in-depth understanding of elements and compounds can help teachers and students clarify teaching goals and improve teaching effects. The general function of the model can help teachers and students sort out the core content of element and compound knowledge， help students grasp the core essence when solving various types of element and compound problems， choose different problem-solving ideas， and use the same problem-solving method. Complex issues. The cognitive perspectives and ideas of explicit problem solving enable teachers to more effectively demonstrate problem solving ideas and reasoning processes， help students improve their reasoning ability， and enable students to actively use model thinking to solve problems when facing unfamiliar situations.

Key Words： Metal; Compound; High school chemistry; Model cognition

1? 提出背景

元素化合物知識從知識的類別上屬于事實性知識或陳述性知識，是中學化學教學內容的重要組成部分，約占中學化學教學內容的60%。但由于元素及化合物知識繁多，在中學化學教學中只學習代表物，如在金屬及化合物學習中，僅學習鈉、鐵、鋁等金屬及其化合物的性質，各物質之間的轉化，并且常以實驗或實驗現象總結原理，學生在這部分的課堂學習時常常覺得有趣、簡單，但實際上確是以記背的方法學習，難以聯系具體事實解決實際問題，難以通過代表物質的個性認識全部金屬及化合物的特性。元素化合物內容本身具有繁雜、瑣碎的特點，記憶量大，容易混淆。元素與化合物知識不僅是化學教學的難點，也成為影響學生化學學習興趣的重要因素[1]。

研究者通過對元素及化合物知識及學生學情的研究發現，在元素及化合物學習的主要問題在于不能充分體現元素化合物知識的教學價值、用于聯系各種任務的核心結構的缺乏、學生活動的層級化和系統化不足3個問題。在元素及化合物學習，特別是金屬及其化合物的學習方面，由初中過渡到高中時，知識含量發生了改變，學生的認知方法也需要及時提高與修改。

根據《普通高中化學課程標準（2017版）》，周業虹對人教版教材進行分析，列出了教材中涉及模型的主題，供化學教師參考[2]。化學教學時運用模型方法是化學課程教育的需要，能夠幫助一線教師更好地描述相關的化學概念、原理、梳理問題框架。尤其是在金屬及化合物中的運用能夠幫助學生掌握金屬及化合物相關知識，培養學生科學的思維與解決問題的能力。

2? 基于模型的教學設計

2.1 教學設計編寫原則

在編寫以模型方法進行鐵及化合物教學時，需要遵守以下原則。

2.1.1 學生為主的原則

模型方法在平時化學教學中已有涉及，但并未引起一線教師與學生的注意，所以模型方法對于學生來說仍然是一個新的學習方法，所以在以模型方法進行教學時，要遵守學生為主的原則。該原則要求教師不能照本宣科，要以學生為主體、以模型方法為載體學習化學知識，要激起學生求知的愿望，通過教師引導、學生探索的方式來進行金屬及化合物的學習。

2.1.2 模型與學生已知聯系的原則

各學科知識間的聯系是千絲萬縷的，不是孤立存在的，化學學科也是同樣。在進行模型教學時要考慮金屬及化合物知識與前后知識間的聯系，比如金屬元素知識與非金屬元素間的關系、物質的化合價與氧化還原知識、電化學知識等之間的聯系，在進行教學設計時要有大局意識，能夠與前后的知識形成聯系，為以后的知識做鋪墊。

2.1.3 模型的適用性原則

高中化學中重點鈉、鐵、鋁等金屬及化合物，但整個高中化學還涉及鎂、銅、鋅等其他金屬，這些金屬雖然沒有安排章節來進行學習，但對高中生來說也是必不可少的知識。以模型方法進行金屬及化合物學習時要注意模型的適用性與彈性，即學生應用模型方法學過某一金屬后能夠舉一反三，在認識到金屬通性的前提下認識到各金屬的特性，完成其他各金屬的模型并學會運用及評價模型。

2.2 教學設計編寫依據

《普通高中化學課程標準（2017版）》對金屬及化合物的內容要求學生能夠結合真實情景中的案例或通過實驗探究，從知識上認識了解鈉、鐵、鋁、銅及重要化合物的性質，并從情感上認識到這些物質在生產生活中的應用及其對環境的影響[3]。王磊教授及其團隊提出元素及化合物的四基石結構[4]（見圖1）。

以認識角度、化學問題、研究對象及任務類型四大核心要素來進行刻畫。王磊指出，元素及化合物知識的認識對象包括具體物質、具有共同特點的一類物質（如金屬單質、金屬氧化物、酸、堿等）、含某種元素的物質、含不同種元素的物質等;研究這些物質的角度通常從物質反應的原理、元素周期律不同、物質的化合價變化、一類物質具有的通性及代表物的性質等;以物質的保存、使用、檢驗、鑒別、制備、分離等問題作為載體;設計學習理解、實踐應用、探究創新等不同難度的題目。

2.3 鐵及其化合物教學設計

以鐵及其化合物為例，依據元素及化合物認識模型進行教學設計如下。

2.3.1 教學設計目的

（1）掌握鐵及其化合物性質。

（2）形成鐵及其化合物的認識框架，便于物質的儲存與應用。

（3）學會根據陌生物質的化合價及物質類別，預測其化學性質。

2.3.2 教學設計主題：菠菜補鐵是真的嗎

（1）認識模型：反應原理（氧化還原）、化合價（含鐵元素化合價的認識）、類別通性（鐵鹽的通性）。

（2）化學問題：陌生物質的鑒定與檢驗（草酸亞鐵在菠菜中的鑒別與檢驗）。

（3）研究對象：含同種元素的不同物質（含鐵元素的單質、氧化物、堿、鹽等）。

（4）任務類型：包含學習理解、實踐應用、探究創新等多層任務（從化合價及類別角度總結鐵及其化合物、將草酸亞鐵放到鐵的價類二維圖中預測其性質、設計探究性實驗檢驗草酸亞鐵的存在）。

3? 從促進“模型認知”角度組織教學內容

金屬及化合物的學習是高中化學重要的組成部分，運用模型方法學習不僅能夠對松散的知識點進行梳理，而且能夠訓練學生的思維方式與科學的學習方法。基于對知識掌握水平及學生能力水平的測評結果，可以發現學生在金屬及化合物學習乃至元素學習中的障礙，教師與學生可以運用測評結果有針對性地進行鞏固與深化，可以有針對性地調整教學策略，突破金屬及化合物中的認知障礙，從而更好地與高中化學中其他部分的內容進行有機結合。然而，模型方法與建模過程在化學教學上不應該僅作為單純的工具與方法來使用，在針對金屬及化合物的內容上，更應該注重對課標的研讀、對學生已有知識的探查、對教學目標及教學內容的設定上，從目標的設定到教學的實施都應該落實模型的應用[5-6]。為此，筆者提出以下幾點建議。

3.1 研讀課程標準，明確教學模型

課標中指明了金屬及化合物教學的要求，并且對模型應用能力的4個水平做了相應的區分與解釋，但課標的要求還需一線教師細細研讀，明確在金屬及化合物中涉及的相關知識點，通過學科教研組共同商議出這些知識點的教學如何滲透模型方法，歸納模型的基礎原型與特殊變式，組建完善的教學模型體系，以便在以后的備課過程中做參考。

3.2 運用多種方法，強化模型意識

研究表明，學生模型認知水平的與模型認知的意識、認知方式及能力等有關，認知方式與能力的發展是以意識的提高為前提條件。意識先于行動，要提高學生的模型認知水平，首先要培養學生的模型意識。只有學生在心理上接受模型方法，認可模型方法的積極作用，才能在知識學習與問題解決中有意識或下意識地運用模型方法，提高知識掌握的深度與解決問題的能力。

3.3 通過實際問題，增強學生模型應用能力

通過教師講解，學生可以從對模型的識別過渡到對模型的理解水平，但在這一水平，學生不能根據已有知識與實際問題建構模型，也不能自主運用已建構好的模型解決問題，學生的化學思維能力沒有進一步發展。模型的應用過程也可以理解為學生運用化學模型描述反應具體過程，解釋化學反應現象和反應規律，預測可能發生的反應和變化的過程。正確應用模型不僅能幫助學生理解與掌握化學知識，還能幫助學生加強問題解決與模型應用之間的聯系，豐富學生的模型應用經驗。

4? 結語

該文結合課標與前人對金屬及化合物提出以模型方法處理金屬及化合物的教學。根據課標上對于模型認知及金屬及化合物的要求，對鐵及其化合物一節進行了復習課的教學設計，此教學設計在完成復習鐵及鐵化合物的教學任務上，新增的探究陌生物質環節貫穿整堂課的教學，使學生能夠積極主動地利用所學過的知識，構建金屬及化合物模型，利用模型解決實際問題。并提出基于模型的元素及化合物教學內容組織建議，幫助一線教師更好地研讀課標，提升學生的化學核心素養。

參考文獻

[1] 侯麗麗，劉晶，于少華，等.基于學生核心素養培養的元素化合物教學研究—— 以“鐵及其化合物”單元整體教學為例[J].化學教學，2019（7）：44-46.

[2] 周業虹.高中化學模型建構能力的培養與測評[J].中國考試，2019（5）：50-56.

[3] 中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2017.

[4] 王磊，魏銳.學科核心素養發展導向的高中化學課程內容和學業要求——《普通高中化學課程標準（2017年版）》解讀[J].化學教育（中英文），2018，39（9）：48-53.

[5] 魏釗.高中生化學空間能力測評研究[D].華中師范大學，2019.

[6] 周師捷.“教、學、評一體化”的高中化學教學實踐研究[D].湖南師范大學，2019.