高中化學(xué)核心素養(yǎng)下的形象模型構(gòu)建能力培養(yǎng)
——以弱電解質(zhì)電離平衡為例

馮小明

(安徽省廣德市廣德中學(xué) 242200)

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》指出，化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括5個(gè)方面.“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的內(nèi)涵包括具有證據(jù)意識，能基于證據(jù)對物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及其變化提出可能的假設(shè)，通過分析推理加以證實(shí)或證偽；建立觀點(diǎn)、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系；知道可以通過分析、推理等方法認(rèn)識研究對象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系，建立模型.能運(yùn)用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象，解釋現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律.同時(shí)，新課程標(biāo)準(zhǔn)也在課程目標(biāo)體系中對“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”作了具體要求.

一、模型認(rèn)知和構(gòu)建能力培養(yǎng)的意義

模型的分類有不同的標(biāo)準(zhǔn)，按照模型與原型的相似程度和直觀性大小，大體上將模型劃分為三類：形象模型、符號模型、數(shù)學(xué)模型.形象模型是以一定的形象或圖像反映原型的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和機(jī)制.中學(xué)化學(xué)教學(xué)中，用到的形象模型有原子模型、電子云模型、球棍模型、比例模型、化工流程圖等，通過這些形象模型的輔助教學(xué)，突破了教學(xué)難點(diǎn)，起到了事半功倍的教學(xué)效果.

教師除運(yùn)用已有化學(xué)模型進(jìn)行教學(xué)，還可以和學(xué)生一起分析系統(tǒng)性較強(qiáng)又較為抽象的專題，學(xué)會(huì)構(gòu)建模型，并在教學(xué)實(shí)踐中不斷優(yōu)化拓展，逐漸構(gòu)建各種模型.構(gòu)建模型既服務(wù)于教學(xué)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生研究化學(xué)科學(xué)的積極性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，也有利于培養(yǎng)學(xué)生模型認(rèn)知和構(gòu)建能力，有利于高中化學(xué)核心素養(yǎng)的落地，逐步形成研究科學(xué)的素養(yǎng)和品質(zhì).

二、模型認(rèn)知能力培養(yǎng)模式

建模和用模是培養(yǎng)學(xué)生模型認(rèn)知能力的兩個(gè)過程，二者相輔相成，是一個(gè)整體.建模是基礎(chǔ)，是用模的前置條件，用模是目的，是對建模的驗(yàn)證和深化.在建模過程中，教師要突出學(xué)生的主體地位，充分引導(dǎo)學(xué)生敢于突破學(xué)科常規(guī)思維，勇于跨學(xué)科、跨領(lǐng)域類比、類推，大膽假設(shè)，小心求證，通過相互討論、相互激發(fā)、相互質(zhì)疑、相互補(bǔ)充，讓學(xué)生融入到主動(dòng)探索學(xué)習(xí)的氛圍之中.

在教師引導(dǎo)下，學(xué)生通過研究原型，分析問題本質(zhì)后構(gòu)建初級模型，運(yùn)用、理解和拓展模型，反復(fù)修改構(gòu)建高級模型，在此過程中，學(xué)生不僅獲得了較完善的模型，教師也落實(shí)了基于化學(xué)核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)(如圖1所示).

圖1

三、形象模型認(rèn)知能力培養(yǎng)策略實(shí)例分析——以弱電解質(zhì)電離平衡為例

《化學(xué)反應(yīng)原理》中電離平衡一節(jié)內(nèi)容抽象，類型復(fù)雜多變，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中較難掌握，教師可先展示漂浮的冰山圖片如圖2所示，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建形象模型.

通過模型，學(xué)生形象地認(rèn)識到弱電解質(zhì)的電離程度是微弱的，只有很少一部分發(fā)生了電離，大部分弱電解質(zhì)未電離.進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生思考如何表示鹽酸等強(qiáng)電解質(zhì)的電離呢？學(xué)生分析、討論，拓展構(gòu)建鹽酸的電離模型如圖4所示，教師繼續(xù)趁熱打鐵，給出例題.

例題在兩份等量的足量鋅粉中分別滴加：

(1)10mL 0.01mol/L的鹽酸；

(2)10 mL 0.01 mol/L的醋酸.

比較大小：

①開始產(chǎn)生氫氣的速率;

②完全反應(yīng)后所得氫氣的體積(相同狀況下).學(xué)生思考后建模如圖5所示.

分析根據(jù)v(H2)∝c(H+)和模型，開始c(H+)大小關(guān)系：鹽酸>醋酸，故產(chǎn)生氫氣速率：鹽酸>醋酸.又根據(jù)V(H2)∝n(H+)，醋酸未電離的H+可以隨反應(yīng)進(jìn)行繼續(xù)電離出來，并與鋅粉反應(yīng)，結(jié)合模型，二者面積相等，故醋酸參加反應(yīng)的H+總量與鹽酸相同，完全反應(yīng)產(chǎn)生氫氣相等.學(xué)生已經(jīng)基本理解該模型，但靈活運(yùn)用上還有困難，教師再次給出變式練習(xí)加以鞏固.

練習(xí)在兩份等量的足量鋅粉中分別滴加：

(1)10mL pH=2的鹽酸；

(2)10 mL pH=2的醋酸.

比較大小：

①開始產(chǎn)生氫氣的速率，

②反應(yīng)一段時(shí)間后產(chǎn)生氫氣的速率，

③完全反應(yīng)后所得氫氣的體積(相同狀況下).

學(xué)生獨(dú)立思考、重新構(gòu)建模型如圖6所示.

學(xué)生運(yùn)用前面所學(xué)知識很容易構(gòu)建模型來分析①③，而面對②，則較困難，教師引導(dǎo)學(xué)生從題中“反應(yīng)一段時(shí)間后”必消耗一定量的H+，如同冰山融化一部分，隱藏的冰山就會(huì)上浮，激發(fā)學(xué)生思考弱電解質(zhì)的電離平衡被破壞，發(fā)生電離平衡的移動(dòng)，學(xué)生運(yùn)用勒夏特列原理，重新構(gòu)建模型，在新模型中，可以清晰的看出醋酸和鹽酸中的c(H+)均減小，但前者大于后者，故產(chǎn)生氫氣的速率為：醋酸>鹽酸.學(xué)生在不斷思考、分析中，通過建模、改模的反復(fù)構(gòu)建中強(qiáng)化了模型理解和拓展能力，培養(yǎng)了學(xué)生模型認(rèn)知和構(gòu)建能力，落實(shí)了高中化學(xué)核心素養(yǎng)的目標(biāo).

模型從原型而來，不能簡單地等同于原型，要充分理解二者的聯(lián)系和本質(zhì)區(qū)別.模型的發(fā)展離不開新問題，要遵從由淺入深，循序漸進(jìn)，逐步提高的原則，同時(shí)隨著核心知識的深入學(xué)習(xí)，模型在新問題中可能不能適用，甚至出現(xiàn)錯(cuò)誤，這是事物發(fā)展的自然規(guī)律，教師要用引導(dǎo)學(xué)生用發(fā)展的眼光看問題，積極地、科學(xué)地評價(jià)模型，總結(jié)得失，這樣就能在構(gòu)建模型的教學(xué)中不斷落實(shí)化學(xué)核心素養(yǎng)的目標(biāo).