初中化學模型認知的教學策略探究

王鋒

【摘 要】模型認知能力是科學教育中的重要目標，是發展學生科學素養的重要組成部分。文章探析初中化學模型認知的內涵，梳理初中化學模型認知的內容，從整體規劃設計模型認知目標、強化模型認知體驗、拓展模型認知外延、感受模型認知價值幾個方面探究初中化學模型認知的教學策略。

【關鍵詞】學科核心素養;模型認知;內容梳理;教學策略

模型是人們為了達到對目標對象進行解釋、認識或研究等特定目的，對目標對象所做的一種簡化的、直觀的、定性的或定量的、文字的或圖形的描述[1]。模型認知是化學學科核心素養的重要組成部分，是化學學科研究物質及其變化的重要認知方法[2]。

化學學科與數學、物理學科相比，內容較零散，其既有較多的具象記憶內容，也有較多的抽象概念內容。在化學教學中，教師可以通過把具體的、零散的內容進行歸納概括，使復雜的內容簡單化、結構化;也可以應用規律性的內容解釋相關問題、預測相關物質的性質及用途，使抽象的概念具體化、實用化。根據模型的內容特點，把化學認知模型分為形象模型、符號模型、數學模型、思想方法模型[3]。模型認知作為高級的認知素養，對學生的認知基礎及過程有較高的要求，它的達成不是一蹴而就的。本文結合初中化學模型認知教學內容的特點，探索初中化學模型認知的教學策略，為學生進一步發展學科核心素養奠定基礎。

一、在課程單元備課時，整體規劃設計模型認知目標

學生化學學科核心素養的發展是一個持續進步的過程，要實現素養高階目標，整體規劃設計是重要的，也是必須經歷的過程。教師應依據化學學科核心素養的內涵及其發展水平、課程目標、課程內容和學業質量要求，結合學生的已有經驗，對學段、主題、單元和課題教學目標進行整體規劃設計[4]。

以“結構、性質、用途”關系模型為例，這一方法模型是化學中重要的方法模型，其貫穿在整個元素化合物的教學中，在初中化學教學中分階段實施。以人教版初中化學這一模型為例，各階段進階內容如表1所示。

根據表1的內容，首先，從初中化學課程整體規劃設計模型認知目標出發，即從研究物質及其變化中認識“結構、性質、用途”的關系規律，建立認知模型，并明確模型認知素養目標。通過整體規劃設計后，對課程中具有“結構、性質、用途”關系模型認知功能的內容進行深入梳理，得出模型認知的進階過程及要求。然后，結合教材單元對單元整體備課，根據“結構、性質、用途”關系的各階段模型認知目標，找到具體的結合點，再通過深入概括確定單元認知模型目標。最后，在具體教學設計中，以“結構、性質、用途”關系模型認知為線索，選擇相關素材，設計相應的活動環節，特別是要重視課堂小結環節設計及板書設計。

總之，通過整體規劃設計，讓模型認知素養等隱性的目標顯性化，使模型思想貫穿于教學的全過程，并在教學過程中不斷修正、充實，豐富模型內涵，從而更高效地達成學生的模型認知素養。

二、重視活動設計，強化模型認知體驗

模型認知教學不僅讓學生記住模型的外在形式或相關表述，而且讓學生通過模型認知相關活動，對模型認知內涵進行有意義的建構。在具體教學實施過程中，教師應以模型為線索，組織課堂教學內容，讓學生充分參與各個教學活動環節，理解各部分內容的本質及內在聯系，并提取整體內容本質，形成思維模型。在這個過程中，教師要讓學生更多地經歷觀察、比較、分析、綜合、抽象、概括等思維過程;讓學生對教學內容經歷由特殊到一般，由具體到抽象，由現象到本質的認識過程，即由感性認識到理性認識;讓學生對知識進行歸納、概括，逐步建立模型。在模型教學中，教師應避免先直接展示模型、再講解模型這種灌輸形式。因為這種灌輸形式會喪失培養學生模型認知的教學時機，導致學生只能通過機械記憶來建立模型，不能理解其內涵和外延，在應用時只能生搬硬套，不會靈活遷移解決問題。在模型教學過程中，教師可以讓學生通過參與繪制思維導圖，匯報相關體會，形成教學共同體;還可以利用板書逐步引導學生思考，讓學生勾勒出相關模型。例如在初中有關氣體壓強專題的復習中，教師可以將教學目標定位為：建立有關氣體壓強的模型。教學中教師如果直接給出模型，再講應用，學生更多的是要記住整個抽象的模型，很難靈活地應用模型。建議在建立有關氣體壓強模型專題教學過程中，可以采取如表2所示的教學活動。

通過以上教學活動設計，充分調動學生原有的認知基礎，引導學生積極參與活動體驗，進而分析、抽象、概括出氣體壓強問題的核心要素，并建立各要素的關系，最后完整地、全面地建立氣體壓強問題的解決模型。

三、在真實情境中應用，拓展模型認知外延

模型素養指學生不僅要懂得建立相應的認知模型，還要能夠應用模型解釋化學現象、解決化學問題，揭示現象的本質和規律。教師通過觀察學生在真實情境中應用模型解決實際問題的情況，一方面可以檢測學生的模型認知能力水平;另一方面是“用模”來檢測學生對模型的理解，及時糾正學生在模型認知中的偏差，進一步修正模型，提升學生的模型認知水平。

在教學中，教師可以進一步拓展、充實模型，發展學生的模型認知能力。以“空氣中氧氣的含量測定實驗”為例，其實驗過程是利用一種可燃物燃燒消耗氧氣，生成固體小顆粒，使容器內的壓強變小，水被倒吸，利用進入水的體積來測定空氣中氧氣的含量。這樣就建立了測定混合氣體中氧氣含量的測定模型。應用這一模型，可以判斷木炭、硫等能否作為本實驗的可燃物。很顯然，這些可燃物不適用于這一模型。但是在教學中教師可以啟發學生，如果用堿性液體作為吸收劑，可以消除生成氣體的影響，這樣可以把模型的適用范圍升級為：可燃物只要能消耗氧氣，并且生成物不影響測定的氣體即可。在學習酸堿的性質之后，對本實驗模型的應用范圍可以拓展為測定混合氣體中的二氧化碳含量，這樣就把以上模型的應用范圍由測定氧氣含量拓展為測定混合氣體中的其他氣體的含量。這時測定原理不再是采用燃燒法，而是采用少量堿性液體吸收氣體，利用液體倒吸原理測定混合氣體中的二氧化碳含量。這時，進一步完善以上氣體測定模型，對于測定所需的試劑要求調整為：與測定成分發生反應（不與其他成分發生反應），要求生成物不影響其他測定的結果。在復習中拓展這一模型，還可以將應用范圍進一步提升為：若要測定混合物中某種成分的含量，可以用一種物質與混合物中的該成分發生反應，產生可測量的變化，即可測得混合物中該成分的含量。如測定氯化鈉溶液中的碳酸鈉含量。

在習題教學過程中，教師可以選擇一些具有真實情境的習題，讓學生應用模型演繹解決問題，在應用過程中，不斷拓展模型的外延。同時，教師要注意進行多題一解、舉一反三的習題講解，對不同習題進行歸納總結，提取解題思路，這也是培養學生模型認知的有效途徑。

四、挖掘化學史的教育價值，感受模型認知價值

化學中有較多模型發展變化的史實，如原子結構模型、晶體結構模型、酸堿理論模型等。這些模型發展過程就是人類認識發展各個階段的演變過程，是十分生動的教育教學素材。教師可以利用這些素材引導學生認識模型的建構過程、理解模型內涵、應用模型解決問題，讓學生感受建構模型的過程就是不斷思考、不斷創新的過程，從而認識到模型認知的學習價值。以原子結構模型的建構為例，我國古代墨家提出“非半不著斤則不動，說在端”，認為構成物質的最小單位是“端”;希臘哲學家德謨克利特提出了宇宙萬物是由最微小、不可分的物質粒子“原子”構成[5]。教師可以利用這些問題引導學生對物質世界的構成進行思考，并結合相應史實，介紹不同階段的原子結構模型（如圖1，由簡單到最后接近于現代的原子模型）。其中，從湯姆生的棗糕模型到盧瑟福的行星模型的演變如圖2所示。盧瑟福根據α射線實驗中α射線的不同偏轉情況，對原來的模型進行創新，提出新的模型。這一過程讓學生認識到模型的演變是基于實驗結果，利用科學事實進行推理建立新模型的過程。這些模型是人們不斷突破對原子認識的結果，是人們認識原子的階梯，教師逐步引導學生認識這些過程，能使他們對原子的認識更加全面、系統。這些原子結構模型的不斷破立過程，也會激發學生的創新意識，讓學生感受到模型的學習價值是解決各種問題，而不是固化認知。通過結合化學史進行模型教學，讓學生在真實情境中自主參與原子結構模型的建立，為今后模型建立的學習提供學習經驗及認知動力。

總而言之，對于初中化學模型認知的教學，首先要結合初中化學課程內容，對模型素養進行整體規劃設計;然后通過具體的學習活動，建構學科各種模型及找到建構模型的方法，對模型進行內涵梳理及外延拓展;最后在具體情境中，進行遷移應用，達到較好地運用模型方法進行化學學習和解決問題的效果。

參考文獻：

[1]邢紅軍.論科學教育中的模型方法教育[J].教育研究，1997（7）：53-56.

[2]單旭峰.對“模型認知”學科核心素養的認識與思考[J].化學教學，2019（3）：8-12.

[3]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版） [M].北京：人民教育出版社，2018.

[4]普通高中化學課程標準修訂組.普通高中化學課程標準（2017年版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2018.

[5]張家治.化學史教程[M].太原：山西教育出版社，1987.

（責任編輯：羅小熒）