高中化學核心素養下的形象模型構建能力培養

摘要：本文圍繞高中化學核心素養的目標要求，闡述模型構建的策略，按模型分類的三種類別，著重介紹弱電解質電離平衡模型（形象模型）的教學策略，培養學生的形象模型認知能力和構建能力，落實高中化學核心素養的目標.

關鍵詞：核心素養;形象模型構建;電離平衡;高中化學

中圖分類號：G632文獻標識碼：A文章編號：1008-0333（2021）30-0100-02

《普通高中化學課程標準（2017年版）》指出，化學學科核心素養包括5個方面.“證據推理與模型認知”的內涵包括具有證據意識，能基于證據對物質組成、結構及其變化提出可能的假設，通過分析推理加以證實或證偽;建立觀點、結論和證據之間的邏輯關系;知道可以通過分析、推理等方法認識研究對象的本質特征、構成要素及其相互關系，建立模型.能運用模型解釋化學現象，解釋現象的本質和規律.同時，新課程標準也在課程目標體系中對“證據推理與模型認知”作了具體要求.

一、模型認知和構建能力培養的意義

模型的分類有不同的標準，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、數學模型.形象模型是以一定的形象或圖像反映原型的結構、性質和機制.中學化學教學中，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，突破了教學難點，起到了事半功倍的教學效果.

教師除運用已有化學模型進行教學，還可以和學生一起分析系統性較強又較為抽象的專題，學會構建模型，并在教學實踐中不斷優化拓展，逐漸構建各種模型.構建模型既服務于教學，充分調動學生研究化學科學的積極性，激發學生學習化學的興趣，也有利于培養學生模型認知和構建能力，有利于高中化學核心素養的落地，逐步形成研究科學的素養和品質.

二、模型認知能力培養模式

建模和用模是培養學生模型認知能力的兩個過程，二者相輔相成，是一個整體.建模是基礎，是用模的前置條件，用模是目的，是對建模的驗證和深化.在建模過程中，教師要突出學生的主體地位，充分引導學生敢于突破學科常規思維，勇于跨學科、跨領域類比、類推，大膽假設，小心求證，通過相互討論、相互激發、相互質疑、相互補充，讓學生融入到主動探索學習的氛圍之中.

圖1在教師引導下，學生通過研究原型，分析問題本質后構建初級模型，運用、理解和拓展模型，反復修改構建高級模型，在此過程中，學生不僅獲得了較完善的模型，教師也落實了基于化學核心素養的教學目標（如圖1所示）.

三、形象模型認知能力培養策略實例分析——以弱電解質電離平衡為例《化學反應原理》中電離平衡一節內容抽象，類型復雜多變，學生在學習過程中較難掌握，教師可先展示漂浮的冰山圖片如圖2所示，引導學生構建形象模型.

所謂“冰山一角”，露出海水的只是整座冰山的一小部分，還有絕大部分隱藏在海面以下，重力和浮力相等使二者處于相對平衡.學生通過圖片和生活閱歷，初步獲得電離平衡的認識.進一步引導學生，對于醋酸的電離平衡：CHCOOHCHCOO+H，已電離的醋酸和未電離的醋酸相當于冰山的哪一部分？通過對比，學生很快建立對應關系，進一步抽象構建模型如圖3所示.

通過模型，學生形象地認識到弱電解質的電離程度是微弱的，只有很少一部分發生了電離，大部分弱電解質未電離.進一步引導學生思考如何表示鹽酸等強電解質的電離呢？學生分析、討論，拓展構建鹽酸的電離模型如圖4所示，教師繼續趁熱打鐵，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開始產生氫氣的速率;

②完全反應后所得氫氣的體積（相同狀況下）.學生思考后建模如圖5所示.

分析根據v（H）∝c（H）和模型，開始c（H）大小關系：鹽酸>醋酸，故產生氫氣速率：鹽酸>醋酸.又根據V（H）∝n（H），醋酸未電離的H可以隨反應進行繼續電離出來，并與鋅粉反應，結合模型，二者面積相等，故醋酸參加反應的H總量與鹽酸相同，完全反應產生氫氣相等.學生已經基本理解該模型，但靈活運用上還有困難，教師再次給出變式練習加以鞏固.

練習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開始產生氫氣的速率，

②反應一段時間后產生氫氣的速率，

③完全反應后所得氫氣的體積（相同狀況下）.

學生獨立思考、重新構建模型如圖6所示.

學生運用前面所學知識很容易構建模型來分析①③，而面對②，則較困難，教師引導學生從題中“反應一段時間后”必消耗一定量的H+，如同冰山融化一部分，隱藏的冰山就會上浮，激發學生思考弱電解質的電離平衡被破壞，發生電離平衡的移動，學生運用勒夏特列原理，重新構建模型，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，故產生氫氣的速率為：醋酸>鹽酸.學生在不斷思考、分析中，通過建模、改模的反復構建中強化了模型理解和拓展能力，培養了學生模型認知和構建能力，落實了高中化學核心素養的目標.

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系和本質區別.模型的發展離不開新問題，要遵從由淺入深，循序漸進，逐步提高的原則，同時隨著核心知識的深入學習，模型在新問題中可能不能適用，甚至出現錯誤，這是事物發展的自然規律，教師要用引導學生用發展的眼光看問題，積極地、科學地評價模型，總結得失，這樣就能在構建模型的教學中不斷落實化學核心素養的目標.

參考文獻：

[1]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，2017.

[2]化學方法論編委.化學方法論[M].杭州：浙江教育出版社，1989.

[責任編輯：季春陽]

作者簡介：馮小明（1980.12-），男，安徽省績溪人，本科，中學一級教師，從事高中化學教學研究.