初中化學(xué)模型認(rèn)知的教學(xué)策略探究

王鋒

【摘 要】模型認(rèn)知能力是科學(xué)教育中的重要目標(biāo)，是發(fā)展學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分。文章探析初中化學(xué)模型認(rèn)知的內(nèi)涵，梳理初中化學(xué)模型認(rèn)知的內(nèi)容，從整體規(guī)劃設(shè)計模型認(rèn)知目標(biāo)、強(qiáng)化模型認(rèn)知體驗、拓展模型認(rèn)知外延、感受模型認(rèn)知價值幾個方面探究初中化學(xué)模型認(rèn)知的教學(xué)策略。

【關(guān)鍵詞】學(xué)科核心素養(yǎng);模型認(rèn)知;內(nèi)容梳理;教學(xué)策略

模型是人們?yōu)榱诉_(dá)到對目標(biāo)對象進(jìn)行解釋、認(rèn)識或研究等特定目的，對目標(biāo)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(rèn)知是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分，是化學(xué)學(xué)科研究物質(zhì)及其變化的重要認(rèn)知方法[2]。

化學(xué)學(xué)科與數(shù)學(xué)、物理學(xué)科相比，內(nèi)容較零散，其既有較多的具象記憶內(nèi)容，也有較多的抽象概念內(nèi)容。在化學(xué)教學(xué)中，教師可以通過把具體的、零散的內(nèi)容進(jìn)行歸納概括，使復(fù)雜的內(nèi)容簡單化、結(jié)構(gòu)化;也可以應(yīng)用規(guī)律性的內(nèi)容解釋相關(guān)問題、預(yù)測相關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)及用途，使抽象的概念具體化、實用化。根據(jù)模型的內(nèi)容特點，把化學(xué)認(rèn)知模型分為形象模型、符號模型、數(shù)學(xué)模型、思想方法模型[3]。模型認(rèn)知作為高級的認(rèn)知素養(yǎng)，對學(xué)生的認(rèn)知基礎(chǔ)及過程有較高的要求，它的達(dá)成不是一蹴而就的。本文結(jié)合初中化學(xué)模型認(rèn)知教學(xué)內(nèi)容的特點，探索初中化學(xué)模型認(rèn)知的教學(xué)策略，為學(xué)生進(jìn)一步發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。

一、在課程單元備課時，整體規(guī)劃設(shè)計模型認(rèn)知目標(biāo)

學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展是一個持續(xù)進(jìn)步的過程，要實現(xiàn)素養(yǎng)高階目標(biāo)，整體規(guī)劃設(shè)計是重要的，也是必須經(jīng)歷的過程。教師應(yīng)依據(jù)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)涵及其發(fā)展水平、課程目標(biāo)、課程內(nèi)容和學(xué)業(yè)質(zhì)量要求，結(jié)合學(xué)生的已有經(jīng)驗，對學(xué)段、主題、單元和課題教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行整體規(guī)劃設(shè)計[4]。

以“結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、用途”關(guān)系模型為例，這一方法模型是化學(xué)中重要的方法模型，其貫穿在整個元素化合物的教學(xué)中，在初中化學(xué)教學(xué)中分階段實施。以人教版初中化學(xué)這一模型為例，各階段進(jìn)階內(nèi)容如表1所示。

根據(jù)表1的內(nèi)容，首先，從初中化學(xué)課程整體規(guī)劃設(shè)計模型認(rèn)知目標(biāo)出發(fā)，即從研究物質(zhì)及其變化中認(rèn)識“結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、用途”的關(guān)系規(guī)律，建立認(rèn)知模型，并明確模型認(rèn)知素養(yǎng)目標(biāo)。通過整體規(guī)劃設(shè)計后，對課程中具有“結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、用途”關(guān)系模型認(rèn)知功能的內(nèi)容進(jìn)行深入梳理，得出模型認(rèn)知的進(jìn)階過程及要求。然后，結(jié)合教材單元對單元整體備課，根據(jù)“結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、用途”關(guān)系的各階段模型認(rèn)知目標(biāo)，找到具體的結(jié)合點，再通過深入概括確定單元認(rèn)知模型目標(biāo)。最后，在具體教學(xué)設(shè)計中，以“結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、用途”關(guān)系模型認(rèn)知為線索，選擇相關(guān)素材，設(shè)計相應(yīng)的活動環(huán)節(jié)，特別是要重視課堂小結(jié)環(huán)節(jié)設(shè)計及板書設(shè)計。

總之，通過整體規(guī)劃設(shè)計，讓模型認(rèn)知素養(yǎng)等隱性的目標(biāo)顯性化，使模型思想貫穿于教學(xué)的全過程，并在教學(xué)過程中不斷修正、充實，豐富模型內(nèi)涵，從而更高效地達(dá)成學(xué)生的模型認(rèn)知素養(yǎng)。

二、重視活動設(shè)計，強(qiáng)化模型認(rèn)知體驗

模型認(rèn)知教學(xué)不僅讓學(xué)生記住模型的外在形式或相關(guān)表述，而且讓學(xué)生通過模型認(rèn)知相關(guān)活動，對模型認(rèn)知內(nèi)涵進(jìn)行有意義的建構(gòu)。在具體教學(xué)實施過程中，教師應(yīng)以模型為線索，組織課堂教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生充分參與各個教學(xué)活動環(huán)節(jié)，理解各部分內(nèi)容的本質(zhì)及內(nèi)在聯(lián)系，并提取整體內(nèi)容本質(zhì)，形成思維模型。在這個過程中，教師要讓學(xué)生更多地經(jīng)歷觀察、比較、分析、綜合、抽象、概括等思維過程;讓學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容經(jīng)歷由特殊到一般，由具體到抽象，由現(xiàn)象到本質(zhì)的認(rèn)識過程，即由感性認(rèn)識到理性認(rèn)識;讓學(xué)生對知識進(jìn)行歸納、概括，逐步建立模型。在模型教學(xué)中，教師應(yīng)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(yǎng)學(xué)生模型認(rèn)知的教學(xué)時機(jī)，導(dǎo)致學(xué)生只能通過機(jī)械記憶來建立模型，不能理解其內(nèi)涵和外延，在應(yīng)用時只能生搬硬套，不會靈活遷移解決問題。在模型教學(xué)過程中，教師可以讓學(xué)生通過參與繪制思維導(dǎo)圖，匯報相關(guān)體會，形成教學(xué)共同體;還可以利用板書逐步引導(dǎo)學(xué)生思考，讓學(xué)生勾勒出相關(guān)模型。例如在初中有關(guān)氣體壓強(qiáng)專題的復(fù)習(xí)中，教師可以將教學(xué)目標(biāo)定位為：建立有關(guān)氣體壓強(qiáng)的模型。教學(xué)中教師如果直接給出模型，再講應(yīng)用，學(xué)生更多的是要記住整個抽象的模型，很難靈活地應(yīng)用模型。建議在建立有關(guān)氣體壓強(qiáng)模型專題教學(xué)過程中，可以采取如表2所示的教學(xué)活動。

通過以上教學(xué)活動設(shè)計，充分調(diào)動學(xué)生原有的認(rèn)知基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生積極參與活動體驗，進(jìn)而分析、抽象、概括出氣體壓強(qiáng)問題的核心要素，并建立各要素的關(guān)系，最后完整地、全面地建立氣體壓強(qiáng)問題的解決模型。

三、在真實情境中應(yīng)用，拓展模型認(rèn)知外延

模型素養(yǎng)指學(xué)生不僅要懂得建立相應(yīng)的認(rèn)知模型，還要能夠應(yīng)用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象、解決化學(xué)問題，揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律。教師通過觀察學(xué)生在真實情境中應(yīng)用模型解決實際問題的情況，一方面可以檢測學(xué)生的模型認(rèn)知能力水平;另一方面是“用模”來檢測學(xué)生對模型的理解，及時糾正學(xué)生在模型認(rèn)知中的偏差，進(jìn)一步修正模型，提升學(xué)生的模型認(rèn)知水平。

在教學(xué)中，教師可以進(jìn)一步拓展、充實模型，發(fā)展學(xué)生的模型認(rèn)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(nèi)的壓強(qiáng)變小，水被倒吸，利用進(jìn)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(yīng)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(xué)中教師可以啟發(fā)學(xué)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(xué)習(xí)酸堿的性質(zhì)之后，對本實驗?zāi)Ｐ偷膽?yīng)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(yīng)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(jìn)一步完善以上氣體測定模型，對于測定所需的試劑要求調(diào)整為：與測定成分發(fā)生反應(yīng)（不與其他成分發(fā)生反應(yīng)），要求生成物不影響其他測定的結(jié)果。在復(fù)習(xí)中拓展這一模型，還可以將應(yīng)用范圍進(jìn)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(zhì)與混合物中的該成分發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)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(xí)題教學(xué)過程中，教師可以選擇一些具有真實情境的習(xí)題，讓學(xué)生應(yīng)用模型演繹解決問題，在應(yīng)用過程中，不斷拓展模型的外延。同時，教師要注意進(jìn)行多題一解、舉一反三的習(xí)題講解，對不同習(xí)題進(jìn)行歸納總結(jié)，提取解題思路，這也是培養(yǎng)學(xué)生模型認(rèn)知的有效途徑。

四、挖掘化學(xué)史的教育價值，感受模型認(rèn)知價值

化學(xué)中有較多模型發(fā)展變化的史實，如原子結(jié)構(gòu)模型、晶體結(jié)構(gòu)模型、酸堿理論模型等。這些模型發(fā)展過程就是人類認(rèn)識發(fā)展各個階段的演變過程，是十分生動的教育教學(xué)素材。教師可以利用這些素材引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識模型的建構(gòu)過程、理解模型內(nèi)涵、應(yīng)用模型解決問題，讓學(xué)生感受建構(gòu)模型的過程就是不斷思考、不斷創(chuàng)新的過程，從而認(rèn)識到模型認(rèn)知的學(xué)習(xí)價值。以原子結(jié)構(gòu)模型的建構(gòu)為例，我國古代墨家提出“非半不著斤則不動，說在端”，認(rèn)為構(gòu)成物質(zhì)的最小單位是“端”;希臘哲學(xué)家德謨克利特提出了宇宙萬物是由最微小、不可分的物質(zhì)粒子“原子”構(gòu)成[5]。教師可以利用這些問題引導(dǎo)學(xué)生對物質(zhì)世界的構(gòu)成進(jìn)行思考，并結(jié)合相應(yīng)史實，介紹不同階段的原子結(jié)構(gòu)模型（如圖1，由簡單到最后接近于現(xiàn)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?nèi)鐖D2所示。盧瑟福根據(jù)α射線實驗中α射線的不同偏轉(zhuǎn)情況，對原來的模型進(jìn)行創(chuàng)新，提出新的模型。這一過程讓學(xué)生認(rèn)識到模型的演變是基于實驗結(jié)果，利用科學(xué)事實進(jìn)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(rèn)識的結(jié)果，是人們認(rèn)識原子的階梯，教師逐步引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識這些過程，能使他們對原子的認(rèn)識更加全面、系統(tǒng)。這些原子結(jié)構(gòu)模型的不斷破立過程，也會激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，讓學(xué)生感受到模型的學(xué)習(xí)價值是解決各種問題，而不是固化認(rèn)知。通過結(jié)合化學(xué)史進(jìn)行模型教學(xué)，讓學(xué)生在真實情境中自主參與原子結(jié)構(gòu)模型的建立，為今后模型建立的學(xué)習(xí)提供學(xué)習(xí)經(jīng)驗及認(rèn)知動力。

總而言之，對于初中化學(xué)模型認(rèn)知的教學(xué)，首先要結(jié)合初中化學(xué)課程內(nèi)容，對模型素養(yǎng)進(jìn)行整體規(guī)劃設(shè)計;然后通過具體的學(xué)習(xí)活動，建構(gòu)學(xué)科各種模型及找到建構(gòu)模型的方法，對模型進(jìn)行內(nèi)涵梳理及外延拓展;最后在具體情境中，進(jìn)行遷移應(yīng)用，達(dá)到較好地運(yùn)用模型方法進(jìn)行化學(xué)學(xué)習(xí)和解決問題的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]邢紅軍.論科學(xué)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(rèn)知”學(xué)科核心素養(yǎng)的認(rèn)識與思考[J].化學(xué)教學(xué)，2019（3）：8-12.

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

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

[5]張家治.化學(xué)史教程[M].太原：山西教育出版社，1987.

（責(zé)任編輯：羅小熒）