從“可視”到“內生”：培育模型認知素養五次升維教學實踐的思考

陸卓純 梁彩勝

摘 要：指向問題解決能力提高的模型認知既是學科核心素養之一，也是科學思維培養的目標。模型認知的“可視”僅是低階思維，“內生”的模型才是授之以漁式的高階思維。文章闡述了模型認知的內涵，詳細探討了思維“可視”到模型“內生”的升維教學實踐，并提出了一些對教學實踐的思考。

關鍵詞：模型認知；內生模型；升維教學

基金項目：本文系廣西教育科學“十四五”規劃2022年度廣西教育質量監測研究專項課題重點課題“基于高中學科核心素養監測結果促進教師集體備課質量提升的研究”（課題編號：2022ZJY241）的階段性成果。

作者簡介：

陸卓純（1971—），男，廣西壯族自治區貴港市高級中學。

梁彩勝（1979—），男，廣西壯族自治區貴港市高級中學。

2022年，我國教育部發布了新的化學課程標準，其中科學思維核心素養的培養目標為“發展科學思維，強化創新意識”。模型認知既是學科核心素養之一，也是科學思維培養的目標，模型認知素養的應用深刻地影響著人們生活、學習和工作等各個

方面。

一、模型認知的理解與教學調研

（一）模型認知的理解

模型是人們為了某種特定目的而對認識對象所作的一種簡化的概括性描述，能實現從低維升到高維。我國基礎教育強調在教學實踐中喚醒學生的認知意識，以可視的形式呈現隱性的思維過程，通過構建模型解決實際問題。就高中化學模型認知核心素養而言，學習主體應認識研究化學物質的本質特征、構成要素，厘清化學知識的關系，按認知模型分析、推理，合理解釋化學現象，從本質上揭示相關現象和規律［1］。

筆者分類統計近五年全國高考試題（廣西用卷）化學學科核心素養考查內容后發現，2018年全國丙卷涉及模型認知核心素養的知識的分數共22.5分（分占比19.56%），主要內容有滴定曲線解析、可充電電池的化學原理、電熱水器中的金屬防腐蝕、金屬晶體堆積模型解析、化學鍵類型與物質分類（物質性質）、多原子陰離子的空間構型。之后逐年上升，到2022年，全國甲卷涉及模型認知核心素養的知識的分數高達31.5分（分占比27.39%）。所以，學生模型認知核心素養培養工作的落實迫在眉睫。

（二）模型認知的教學調研

模型認知教學是培養學生理性思維的重要途徑與方法，但部分教師對其的運用僅停留在應用思維導圖的層面，設計、實踐相關教學方案，利用數據分析評估教學成效，實現“教—學—評”一體化的較少［2］。目前，部分教師存在兩個方面的問題：一是建模意識薄弱，認為教學只是信息的輸入，教學內容缺少實際的應用原型；二是用模能力弱，很少分析問題的共性，缺少對知識的提煉及優化。

二、思維“可視”到模型“內生”的升維教學實踐

校本教研是同行學習、知識共享、共同成長的重要途徑，很多優秀教師都從中獲益，并在成為教育領軍人才后，積極參與并指導教研活動，帶動更多教師成長［3］。以蘇教版化學必修一“氯氣及氯的化合物”一課為例，梁彩勝老師把升維教學實踐歸納為如下的“抽提—解構—異構—重構—整合”應用模型（如圖1）。

圖1 “抽提—解構—異構—重構—整合”應用模型

（一）“雙基”課堂的教學設計

基礎知識和基本技能簡稱“雙基”。改革開放以來，我國基礎教育非常重視“雙基”目標的達成。學生的“雙基”扎實，有助于其取得優異成績，也能幫助教師穩定教學秩序，提高教學質量，為構建面向21世紀的基礎教育課程體系提供必要基礎。

圖片導入：浩瀚的大海是一座巨大的寶庫，人類可以從海洋中獲取很多資源。請大家分析文中的柱狀圖，找出海水中含量最多的元素，思考自然界中有沒有游離態的氯。

必備知識：學生在審題析義中抽提氣體實驗室制備的知識點如下表（如表1）。

學生活動：課堂練習鞏固。

導入的實驗裝置圖示、模型具有可視化特征，可幫助學生掌握教材中的知識，讓學生學會科學的學習方法。當然，“雙基”模式還存在一些弊端，如教師過于注重學生對知識的記憶而忽略學生對知識的理解與思維的形成，學生的主體地位沒有得到重視，等等［4］，這不利于培養全面發展的人，無法滿足新時代國家現代化建設的需要。

（二）指向三維目標達成的教學設計

以“活動”為標志的教學改革的最大亮點是提出了知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀三維目標，其強調引導學生參與學科探究活動，讓學生經歷問題的發現、解決過程以及知識的建構、運用過程，從而使學生深入理解知識，感受知識創生、驗證、傳播與分享的過程。教師在解構舍勒發現氯氣的化學史時，可進行如下思維散化（如表2）。

教師不僅是知識的傳授者，更是活動的設計者、情境的創設者，應積極挖掘學生的潛能，多給予學生想象、反思、質疑、組織、聯系的機會。這樣，學生能轉變為知識的主動建構者、團隊的積極合作者，能提升學習主動性、自主性和合作探究的積極性。

（三）以素養為本的教學設計

教師要圍繞核心素養開展課堂教學設計，思考教什么、怎么教、為什么而教；評價學習結果要從學生學會了什么，是否達到學習目標入手。

素養目標：探究、選擇和動手組裝氯氣實驗制備裝置；構建相應的方法模型；掌握氯氣的工業生產原理。

教師異構活動任務鏈，進行指向圖式特征的教學設計如下（如表3）。

思維建模：創設真實情境，讓學生認識真實的世界，能夠更好地解決真實問題。

能力遷移：實驗室還可用KMnO₄代替MnO₂來制備氯氣，化學反應方程式：2KMnO₄+16HCl（濃）=2KCl+2MnCl₂+5Cl₂↑+8H₂O，請根據原理拼出正確的實驗裝置圖。

拓展提問：除了MnO₂和KMnO₄，我們可用NaClO、KClO₃等物質制備氯氣嗎？

（四）“教—學—評”一體化的教學設計

“教—學—評”一體化教學不是一種固化的教學模式，而是重構教學設計、課堂組織的理念和指導思想。仍以“氯氣的實驗室制法及工業制備”一課為例，教師可設計有深度學習歷程的教學活動。

深化情境：實驗室制氯氣有反應快、操作簡便、便于收集等優點，這一方法可否用于工業生產中？

精打妙算：生產1噸液氯，理論上需要2.5噸二氧化錳（50%）和7噸鹽酸（31%）。液氯、二氧化錳（50%）和鹽酸（31%）的市場價分別是3000元/噸、3800元/噸和400元/噸，在計算后我們能發現，按實驗室制備氯氣的方法生產氯氣成本很高，因此不適用于工業生產。那么工業上要如何制取氯氣呢？我們可以用如下方法。

工業制法：電解法，化學方程式為2NaCl+2H₂O=2NaOH+H₂↑+Cl₂↑。

視頻講述：電解法初始制氯氣的規模很小，直到有較好的直流發電機后，此工業制氯技術快速發展，為氯堿工業奠定了堅實的基礎。

科學解惑：將84消毒液和潔廁靈混合使用會產生化學反應，生成有毒的氣體，這是真的嗎？請設計一個簡單的實驗方案進行驗證。

論證推理：84消毒液的主要成分是次氯酸鈉，潔廁靈的主要成分是鹽酸，兩者混合會產生化學反應，相關化學方程式為NaClO+2HCl=NaCl+Cl₂↑+H₂O。

教師要以評價促進教師教學活動、學生學習活動的開展，充分整合教、學、評等環節，進行“教—學—評”一體化教學設計。

（五）“教—學—評—考”聚合的教學設計

要想在復雜實踐中做到“教—學—評”一體化，教師就要“內生”應用模型，用測評與考試去檢驗評估、真實呈現學生學科核心素養的發展過程與現有水平。學生通過氣體制備知識的學習，能構建實驗室制備氣體的一般模型，為下一階段學習提供方法模型，從而提高學習效率。

三、教學實踐的思考

在本節課五次升維的教學設計和實踐中，筆者查閱了大量文獻，研究了很多相關的教學設計，對以“教—學—評—考”聚合為指導思想的教學設計與實踐有了深入的認識。

從課堂實踐來看，一是學習目標設定符合學生知識學習要求以及能力發展要求，可觀察、可測量；二是化學史情境效果明顯，學生能快速融入情境中，并能從化學史資料中提取有效信息，解決課堂上遇到的問題；三是活動靈活多樣，效果明顯，實驗裝置圖的拼裝活動充分調動了學生的參與積極性，為學生搭建了交流溝通、動手合作的平臺；四是評價方式多樣，評價時機合理，有內容評價，有目標評價；五是素養目標有效達成，化學史作為情境和信息，貫穿整個教學過程。

從核心素養培養來看，學習科學家的嚴謹態度有助于學生證據推理與模型認知學科核心素養的發展；學生根據氯氣的性質增加尾氣處理裝置，發展了科學精神與社會責任的學科核心素養；學生根據不同的條件以及需求，從不同的角度了解制取氯氣的方法，發展了變化觀念與平衡思想的學科核心素養；學生根據實際需要不斷優化改進實驗裝置，發展了科學探究與創新意識的學科核心素養。

由“可視”到“內生”需要學生進行大量的思維活動，其能促使學生思考，達到訓練學生思維的目的。［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2020年修訂）［M］.北京：人民教育出版社，2020.

［2］馬翠萃.促進化學核心素養發展的思維可視化教學研究［D］.桂林：廣西師范大學，2019.

［3］高書國.教育領軍人才關鍵能力與成長策略思考［J］.人民教育，2022（17）：41-44.

［4］崔允漷.學科實踐：學科育人方式變革的新方向［J］.人民教育，2022（9）：30-32.