基于模型構建的高中化學教學探究

文/林妹英

引言

在化學學科核心素養中，模型認知是非常重要的內容，是化學學科思想與方法的重要組成部分，也是使學生從具體認知轉變為抽象認知、從感性思維轉變為理性思維的重要手段。作為發展學生學科核心素養的主要陣地，在高中化學課堂教學中如何進行教學設計，直接影響到核心素養的落實程度，也直接影響著教學效果。因此，在實際教學中，教師需要轉變自身的教學理念，把培養學生的模型認知作為重要的教學目標。基于模型構建，教師在傳授化學知識和技能的同時，能切實提高學生的化學學習興趣與自信心，提升學生的思維品質，有效發展學生的學科核心素養。

一、模型構建的內涵與功能

（一）模型構建的內涵

模型構建在不同領域中的定義存在一定差異。簡單來講，“模型”就是以科學分析為基礎，突出事物的主要特征，省略其非本質特性的一種簡單化、標準化的描述。學生在教師的引領下經歷“文本解讀→原型提煉→模型創建”的這個過程，稱之為“模型構建”[1]。模型構建的對象既可以是具體的實物，也可以是抽象的概念。

（二）模型構建的功能

模型構建實際上就是對模型進行建構的過程，屬于一種高效的學科思維方法，也是學生系統掌握知識及相關解題策略的重要學習工具。構建教學具有把教材中煩瑣的語言進行簡化描述，轉化成符號、圖表等模型化語言的功能，不僅可以將一些抽象結構利用實物進行模型假想，達到對其內在結構特點進行形象解釋的功能，還可以借助已經構建的模型，利用遷移、對比、推理等方式，檢驗構建的模型是否具有合理的遷移推理應用功能。構建的模型屬于一種直觀的教學手段。通過對模型進行研究，學生可以加深對知識的理解與掌握，激發學習興趣與自信心，提高學習效率，有效提升分析和解決問題的能力。

二、在高中化學課堂中應用模型構建的重要性

高中化學知識點多，內容繁雜，知識體系比較散亂，實際化學問題的解決也需要多種方法與策略。教師通過模型構建，能有效分解化學原理型知識模塊，更加直觀、清晰地講解知識點，幫助學生更好地對知識進行加工并應用于解題中[2]。無論是在概念教學中，還是在理論規律教學中，抑或是在化學反應教學中，樹立模型構建思想，把復雜的化學知識變得具有層次化和模式化，更易于學生對化學知識的理解、掌握與應用。教師在高中化學教學中應用模型構建，不僅可以幫助學生梳理化學知識，使其通過構建模型理解化學知識，形成多樣性、全面性的認識，還可以使其通過構建模型解決化學問題，提高解題的規范性和準確性。

三、基于模型構建的化學教學策略

（一）構建物理模型，培養學生的“宏微結合”思維

物理模型可以分為實物物理模型和虛擬物理模型。在高中化學教學的應用中，前者主要是指利用實物或者畫圖，直觀表達出所要描述的對象；后者是在對前者形成概念性認知的基礎上，進一步虛（模）擬出新化學物質的微觀（抽象）空間結構，甚至預測其具有某些性質的能力。教師在引導學生構建物理模型開展教學活動時，需要注重教學內容和素材的選擇，可以讓學生利用身邊常見的材料，直接展示實物物理模型或動手搭建形象卻表示微觀（抽象）空間結構的虛擬物理模型。學生通過親手搭建宏觀模型，既能加深對相關知識的理解，又能拓展對化學物質的想象空間，豐富自身的學習體驗，從而有效提升對化學物質的微觀結構認識。物理模型構建的過程不僅可以幫助學生更加深入地理解化學知識，還可以有效提升學生的動手操作能力，并引導學生預測物質的性質，提升學生的學科思維水平，發展學生的化學學科核心素養。

以“有機化合物的結構”為例，判斷有機物的空間結構要求學生具有較強的想象力，而利用文字描述平面模型，無法幫助學生創建對有機物空間結構的認識。因此，在教學過程中，教師可以引導學生進行物理模型構建，通過手工制作的方式，對有機物的分子結構進行構建模擬。這不僅可以為課堂增添生動氣息，還可以促使學生更加深入地理解有機物分子結構。例如，在講解“乙烷、乙烯和乙炔的空間結構比較”時，教師可以指導學生利用球棍制作實物模型，在實物模型的構建中，促使學生意識到乙烷的空間性、乙烯的平面性和乙炔的直線性，從而掌握烷、烯、炔烴的空間結構特點，初步形成構建虛擬模型的能力。然后，教師可以要求學生在紙上畫出較為復雜的有機物，如丙烯的空間結構，進一步鍛煉學生的模型構建能力，增強學生對有機物的模型認知能力。

在選修模塊“物質結構與性質”有關晶體晶胞的教學中，教師僅用教材中的晶胞平面圖片及相關的文字描述，無法幫助學生迅速認識晶胞中微粒的配位數、微粒連成的多面體的空間構型及特定微粒所在的坐標參數等。因此，在晶胞結構的教學過程中，教師需引導學生通過用球棍制作晶胞模型等手工制作方式進行物理模型構建，再通過小組合作探究，將多個晶胞拼接堆積成晶體。在這種實物模型的構建中，經過教師的點撥，學生自然可以掌握晶胞中微粒的配位數、相關微粒連成的四面體或八面體及晶體內特定微粒所在的坐標參數等知識，同時培養空間想象力，豐富自身的感官體驗，有效加深對化學物質微觀結構的認識。

（二）構建概念模型，提升學生的知識歸納能力

概念模型主要是指利用文字、符號、表格等元素，構建流程圖或思維導圖，進而描述和展示所要表達的事物規律，具有簡潔化、直觀化的特點。在實際教學中，教師利用概念模型，能夠使學生清楚了解化學知識的形成過程，促使學生對化學知識的基本原理和研究方法進行深入探索，提升自身對知識的歸納總結能力，從而獲得學習能力的進一步提升。雖然高中化學知識點零散，但是化學知識之間具有明確的種屬關系。教師如果沒有明確知識點之間的邏輯性與關聯性，就無法有效提高學生的學習質量。因此，在認識模型階段，教師可以通過構建思維導圖，使冗雜的化學知識呈現出簡明概要的相互聯系，以便于學生掌握[3]。在完成課堂教學后，教師可以引導學生構建概念模型，總結歸納知識點，構建完整的知識結構圖，幫助學生形成完整的知識體系，提升學生的學習品質。

例如，以“化學反應原理”為例，為了實現幾種平衡體系系統化的教學，教師可以引導學生構建概念模型，設計關于化學平衡體系的思維導圖（如圖1），明確幾種平衡體系之間的相互聯系，使其通過思維導圖充分了解平衡的概念，理解平衡移動的影響因素，掌握平衡常數的表達式等，從而系統地掌握相關知識，構建一個完整的高中化學平衡體系。

圖1

又如，在選修模塊“物質結構與性質”關于微粒間作用力的教學中，為了讓學生能精準掌握幾種微粒間作用力的概念、表征、判斷及應用，教師可以引導學生構建概念模型，設計相關知識體系的思維導圖（圖2），引導學生全面理解幾種作用力之間的區別與聯系，掌握常用的微粒間作用力的表征，并能利用相關信息要素準確判斷各種作用力的存在，預測物質的性質，從而準確掌握解決相關類型題的思維模式。

圖2

（三）構建數學模型，協助學生突破數形結合瓶頸

數學模型主要是利用數字符號（包括坐標、數軸、數式等）創建的數學結構表達式。在高中化學教學中，教師利用的數學模型主要有以下兩種類型，其一為數式模型，其二為圖形模型。在高中化學教學中，教師要善于引導學生構建數學模型，運用數學工具分析化學問題，提升學生對圖形的辨識能力及對圖文之間的信息轉換能力，協助學生突破數形結合的瓶頸。

例如，在講解“化學反應的方向”相關知識點時，教師可以引導學生利用數式模型，對化學反應是否可以自發進行分析，通過吉布斯等溫方程式△G=△HT△S這一數式模型，促使學生更加深入地掌握反應自發性的知識。又如，在“放熱反應與吸熱反應”教學中，教師可以引導學生利用圖形模型進行學習，對能量變化圖進行構建，圖中需包括放熱反應、吸熱反應中所要掌握的知識點。這樣，學生在遇到該類問題后，便可以在腦海中構建該類圖形模型，進而提升解題能力。

在“鹽類水解”的教學中，教師可以引導學生構建數學圖形模型，從定量的角度分析鹽類水解的本質特點。教師可以引導學生畫出常溫下pH 約為5 的0.1mol/L 的NH4Cl 溶液在水解前后溶液中存在的微粒種類及其濃度相對大小的柱形圖，幫助學生分析鹽類水解過程的微觀變化，從而加深對鹽類水解程度知識的理解。此外，教師還可以借助圖形幫助學生理解鹽類水解的本質，掌握鹽類水解的符號表征，使學生更加熟練地應用相關知識體系來解題。

（四）構建程序模型，消除學生解題思路的障礙

在化學教學過程中構建程序模型，是指在解答綜合性的化學問題時，將大問題分解成幾個簡單的、基礎的問題或步驟。教師可以引導學生通過對簡單問題的解答或對基礎步驟的處理，使其順利地解答整個問題。

例如，在講解“新型化學電源電極反應式的書寫”時，教師可將電極反應式的書寫分解成三個步驟：（1）根據題目提供的信息分別找出發生氧化反應和還原反應的反應物和生成物，初步寫出電極反應式；（2）結合電解質溶液的酸堿性配平電極反應式；（3）檢查電極反應式的原子守恒和電荷守恒。學生在處理分解步驟的過程中，自然而然地可以使新型電池的“神秘感”消失，從而達到化繁為簡、解決問題的目的。又如，在講解“有關難溶電解質的沉淀溶解平衡圖像題”時，教師可將對圖形的分析大致分解成下列幾個問題：（1）橫、縱坐標的含義是什么？（2）曲線的含義是什么？（3）題干中所指的點處于什么狀態？（4）特定的點移動到某曲線上需要改變什么條件或發生什么變化？在解答這些問題的過程中，學生就會加深對題目的理解和對圖形的認識，從而明確解題的切入點，找到正確的解題方法。故而，在類似的高中化學習題教學中，教師要善于引導學生構建程序模型，從而降低問題的難度，消除學生解題思路的障礙，提升學生的綜合解題能力，在增強學生自信心的同時，促進學生證據推理和模型認知素養的發展。

結語

總之，由于受多種因素影響，高中化學教學還存在一些問題，嚴重影響學生的學習效果，而學科核心素養的提出正是教學改革的契機。因此，在實際工作中，教師要打破傳統教學模式的束縛，把模型構建作為基礎，結合學生的實際情況，利用多樣化的教學手段，開展化學教學活動，從根本上提升學生的綜合素養，促進學生全面發展。