構建認知模型 促進思維發展

林立豪

［摘 要］酸堿中和滴定曲線的形式多變，考查內容多樣，為此，在復習課中應以問題為導向，以知識為載體引導學生感知和構建認知模型，并以任務為抓手，進行針對性訓練，促使學生深入理解和靈活運用認知模型，從而實現“知識→認知→能力”進階式提升，突破酸堿中和滴定曲線學習的難點，促進學生思維發展，優化復習效果，提升復習效率。

［關鍵詞］認知模型；思維發展；滴定曲線；復習課

［中圖分類號］? ? G633.8? ? ? ? ［文獻標識碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2023）05-0069-04

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》將“模型認知”素養表述為：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，建立認知模型，并能運用模型解釋化學現象，揭示現象的本質和規律。模型認知是指用模型化的方法處理化學知識認知發生和發展的過程，提取知識認知過程中的要素和規律，獲得高度概括化、結構化的核心知識。通過構建認知模型，能有效促進學生應用已有知識解決特定知識領域的問題，形成解決問題的思路和方法，培養嚴密的邏輯推理能力，進而促進學生的深度學習，幫助學生認識化學學科的本質，提升學科核心素養。

化學反應原理部分的教學常常會涉及圖像問題，而圖像題是歷年高考化學考查的熱點和難點，其涉及的知識內容范圍廣，考查形式多變，如果復習備考僅僅停留在知識的梳理和羅列上，那么復習效果將大打折扣。下面筆者以“一元強堿與一元弱酸的滴定曲線”復習課為例，在分析滴定曲線的基礎上嘗試引導學生構建認知模型，以促進學生思維發展，提升復習效率。

一、以問題為導向，感知認知模型

一元酸堿中和滴定曲線是電解質溶液中微粒變化的基礎圖像，認識和掌握滴定曲線的分析方法，厘清滴定曲線問題的解題思路，是突破復雜酸堿中和滴定曲線問題的前提。在滴定曲線的教學過程中，如果只是由教師直接給出解題模型，那么它就只是知識，無法成為學生解決問題的有效工具，也無法有效提升學生的“模型認知”素養。因此，在一元酸堿中和滴定曲線的復習過程中，教師應以問題為導向，從學生的實際知識水平出發，引導學生自主分析，逐步進行深度思考，使學生認識滴定曲線的基本分析方法和模式，感知解決滴定曲線問題的認知模型。

【例1】常溫下，用0.1000 mol·L-1 NaOH溶液滴定20.00 mL 0.1000 mol·L-1 CH3COOH溶液所得滴定曲線如圖1所示 （混合溶液的體積可看成混合前溶液的體積之和）。

請結合圖像分析、思考以下幾個問題：

（1）觀察滴定曲線，分析滴定過程中的溶液變化。

（2）分析點①溶液存在的溶質。

（3）分析點①溶質物質的量間的關系。

（4）分析點①溶液中存在哪些平衡。

（5）分析點①溶液中Na+、CH3COOH、CH3COO-、H+、OH-各微粒的濃度大小關系。

（6）寫出點①溶液中存在的守恒關系（電荷守恒、物料守恒）。

學生由題干信息可知滴定過程中的溶液變化情況為：CH3COOH溶液→CH3COOH與CH3COONa的混合溶液→CH3COONa溶液→CH3COONa與NaOH的混合溶液。學生通過分析得出：曲線上點①溶液中存在的溶質為CH3COOH和CH3COONa；若不考慮兩種溶質的電離和水解，兩種溶質的物質的量之比為1∶1。CH3COOH為弱酸，存在電離平衡，而CH3COONa是可溶性鹽，可完全電離產生Na+和CH3COO-，CH3COO-為弱酸的酸根離子，存在水解平衡。根據曲線上點①溶液的pH<7（溶液呈酸性），說明CH3COOH的電離強于CH3COO-的水解，進而可分析出溶液中各微粒的濃度大小關系和存在的守恒關系。對點①溶液的深入分析，使學生了解了滴定過程中特殊點的分析思路和方法，教師可在此基礎上引導學生用類似的方法分析滴定曲線的起點、點②和點③，使學生進一步熟悉和掌握滴定曲線的分析方法。

問題解決的過程，自始至終是一個思維的過程。在上述教學過程中，教師以問題為導向，以培養學生的解題思維為目標，引導學生通過提取題干中的認知要素，形成認知規律，掌握該領域核心知識的認知角度和思路。

二、以知識為載體，構建認知模型

模型是以客觀事實為依據建立起來的，是對事物及其變化的簡化描述或模擬。模型認知是一種重要的科學研究方法，通過分析、推理、比較、歸納等認識研究對象，構建認知模型并運用模型揭示問題的本質和規律，解決相關問題。模型認知也是高中化學課程標準中的學科核心素養之一，它可以使龐雜的知識高度概括化、結構化，并使之與問題建立聯系，將知識轉化為學生解決問題的思路和方法，從而實現“知識→認知→能力”進階式提升。

通過對例1中各特殊點的深入分析，引導學生自主整理，從問題中提煉NaOH溶液與CH3COOH溶液滴定曲線分析的本源知識，構建思維模型。根據滴定過程中溶液的變化及各溶質物質的量的變化，得出滴定過程中各微粒的濃度大小關系（如圖2）。

學生根據所得的NaOH溶液與CH3COOH溶液滴定曲線分析模型，歸納出一元強堿與一元弱酸滴定曲線的分析過程，逐步形成解決問題的思路和方法，并構建相關知識的認知模型。

教師結合學生的分析情況，引導學生構建如下一元強堿與一元弱酸的滴定曲線解題模型。

（一）確定溶質，關注比例

根據題干信息分析滴定過程中溶液的變化情況：酸溶液→酸與鹽的混合溶液→鹽溶液→鹽與堿的混合溶液。同時，關注溶液中各溶質物質的量的比例關系，為后續的離子濃度大小判斷提供依據。

（二）運用原理，分析平衡

根據滴定過程中溶液溶質的變化情況，確定溶液中存在的微粒種類，并分析這些微粒的電離平衡和水解平衡情況。

（三）結合圖像，判斷強弱

依據溶液中各微粒存在的平衡，結合圖像所提供的溶液pH數據，判斷各微粒在水中電離和水解的強弱。

（四）利用守恒，比較濃度

結合相關微粒電離和水解的強弱情況，根據溶液呈電中性的原則，得出溶液中各微粒間的電荷守恒關系式，進而得出溶液中各微粒的濃度大小關系。

以電解質知識為載體，滲透化學反應原理，基于答題視角整合學科知識，確認酸堿中和滴定過程中溶質的變化，分析溶質在水溶液中的電離和水解情況，并逐步進階到酸堿中和滴定曲線分析模型的構建，使學生學會從微觀粒子及其相互作用的視角認識物質及其變化規律，形成化學學科觀念，掌握科學思維方法，提升科學探究能力。

三、以任務為抓手，運用認知模型

模型是學生掌握化學基本理論和原理以及分析解決實際問題的重要手段。化學學習離不開模型，能否熟練地構建和運用模型直接影響學生的學習效率。教學過程中，教師再次通過例題設置相關任務，由淺入深地引導學生在原有模型的基礎上對知識進行內化和提升，并在新問題的解決過程中進一步理解和掌握原有認知模型。

教師在教學過程中應結合學生模型認知能力的進階規律，基于學生的已有認知水平識別學生的最近發展區，循序漸進地提供由淺入深的教學情境，使學生逐步拓展思維的廣度和深度，幫助學生喚醒和激活基礎知識，提升思維品質，進而提升課堂教學的有效性。

四、以素養為核心，升華認知模型

化學學科核心素養是學生必備的科學素養，它是在化學學科層面來落實的，是科學素養的深化和發展以及具體化和化學學科化。酸堿中和滴定曲線的分析對學生整合和加工信息的能力、分析問題和解決問題的能力有較高的要求，能多角度培養學生的化學學科核心素養。

【例3】常溫下，向25.00 mL 0.1000 mol·L-1 HSCN溶液中滴入0.1000 mol·L-1 NaOH溶液，溶液中由水電離出的c（H+）的負對數［-1gc水（H+）］與所加NaOH溶液體積的關系如圖4所示。試分析R、N、Q各點所含的溶質、微粒所存在的平衡以及離子濃度間的守恒和大小關系。

學生根據題干信息可知本題仍然是一元堿滴定一元酸，滴定過程中溶液的變化情況為：HSCN溶液→HSCN與NaSCN的混合溶液→NaSCN溶液→NaSCN與NaOH的混合溶液。本題圖像的縱坐標變成了由水電離出的c（H+）的負對數，而由水電離出的[c（H+）]與溶液的pH密切相關。教師可設置問題引導學生分析影響水電離平衡的因素。學生結合圖像可知，當加入的NaOH溶液的體積小于[a] mL和大于[c] mL時水的電離被抑制，而加入的NaOH溶液的體積介于[a] mL與[c] mL之間時水的電離得到促進。曲線的起點為HSCN溶液，由縱坐標可知起點時由水電離出的[c水（H+）=c水（OH-）=10-11 mol/L]，而酸電離不產生OH-，此時溶液中的OH-都是由水電離產生的，所以[c（OH-）=c水（OH-）=10-11 mol/L]，HSCN溶液的pH=3，進而推知HSCN為一元弱酸，而NaSCN溶液因SCN-的水解呈堿性。

接著，教師引導學生運用類似曲線起點的分析方法對N、R、Q三點進行分析，通過分析可得：

1.N點溶液中c水（H+）= c水（OH-），達到最大值，水的電離程度最大，此時溶液的溶質只有NaSCN，SCN-的水解促進了水的電離，使溶液呈堿性。

2.R點加入的NaOH溶液的體積小于N點， R點的溶質為HSCN與NaSCN，溶液中存在HSCN的電離和SCN-的水解，由c水（H+）= c水（OH-）= 10-7 mol/L，可推知R點為中性點。

3.Q點加入的NaOH溶液的體積大于N點，Q點的溶質為NaSCN和NaOH，溶液呈堿性。其中SCN-結合部分水電離出的H+，使溶液中的[c（H+）<10-7 mol/L]，而溶液中的OH-來自水的電離和NaOH，因此[c（OH-）>10-7 mol/L]。

在此基礎上運用滴定曲線解題模型分析N、R、Q各點溶液中存在的電離和水解平衡，從而確定各點溶液中離子濃度間的守恒和大小關系，解決滴定曲線所涉及的問題，升華對認知模型的理解和應用。

以素養為核心的酸堿中和滴定曲線的教學超越了符號、邏輯的知識層次，向能力、意義層次進階，建立解決復雜化學問題的思維框架，引導學生運用模型解釋化學現象和解決復雜的化學問題，實現知識的遷移和能力的提升，促進學生對化學學科本質的理解。

綜上所述，酸堿中和滴定曲線是電解質在水溶液中固有性質的直觀反映，為我們分析酸、堿、鹽混合溶液中的微粒成分及微粒所存在的平衡提供了快捷、準確的信息。因酸堿中和滴定的內容多變，學生在解題過程中較難獲取有效信息，常常束手無策。對此，教師常試圖通過刷題來解決，然而大量重復、機械的習題訓練雖能提升學生解題的熟練度，但會造成知識的碎片化、理解的膚淺化和思維的呆板化，在復雜滴定曲線問題的突破上常常事倍功半。因此，在化學復習課上教師應注重對學生“模型認知”素養的培養，以問題為導向，以知識為載體，以任務為抓手，讓學生感知和構建認知模型，并運用模型解決具體問題，升華對相關認知模型的理解，有效提升復習的效率。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?］

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（責任編輯 羅 艷）