滲透模型建構 促進課堂生成

■劉 東

化學中有各種各樣的模型，它們的存在幫助我們學習和研究物質的組成、結構、性質和應用。比如化學方程式、電離方程式和熱化學方程式等符號模型，向我們清晰地揭示物質的轉化以及轉化過程的能量變化；原子結構模型、比例模型和晶體結構模型等圖像模型，向我們揭示物質的微觀構成奧秘；“宏、微、符”三重表征模型簡潔清楚地表示出了宏觀、微觀和符號之間的聯系。

但是，目前中學化學中，各種各樣的模型更多的是作為學生學習的對象出現，也就是課程標準要求的認識模型、理解模型和應用模型。如果教師不能在具體情境中引導學生建立模型以解決新問題，學生核心素養的培養很難真正落地生根。那么，怎樣引導學生在具體情境中建立模型、解決問題呢？

影響課堂生成的因素有很多，比如師生關系是否和諧，任務的難易程度是否適合，教師備課是否充分等。筆者發現，即使上述條件都非常適合，學生也具備解決問題的知識基礎和能力基礎，但碰到一些困難的、有挑戰性的任務時，依然會出現“生成困難”的問題。筆者認為，應該是學生頭腦中缺乏解決這類問題的模型。之前分析中提到的模型是幫助學生認知的重要方法，是解決問題的那把鑰匙。如果教師能幫助學生建立合適的思維模型，課堂生成可能就會變得輕松簡單。

一、模型建構的一般過程

在初中化學教學過程中，筆者認為建立模型的過程一般有5個階段。

第一階段，教師提出具體的問題情境。問題要有一定的探究意義，不能太簡單，要根植于學生的知識基礎，是應用所學知識和生活經驗確實能夠解決的問題。

第二階段，原型啟發。師生共同合作、討論，建立初步模型。這個模型一般是以問題的形式呈現，問題要有一定的概括性和一般性，要包含第一階段問題的核心特征。這里面的邏輯是：只要這個一般性的問題得到解決，包含在其中的第一個具體問題就可能被解決。同時，教師啟發學生從生活經驗和所學知識中尋找解決問題的原型。

第三階段，原型匹配和假設猜想。學生根據已有的原型，嘗試解決第二階段的一般性問題，同時對第一階段的問題進行合理假設和預測。

第四階段，驗證模型。通過實驗或者查閱相關資料，對預測結果進行驗證。

第五階段，建立模型。對初始模型進行修改，使其符合相關事實，建立最終模型，并運用這個模型解決問題。

二、模型建構的基本原則

開放性原則。需要通過建構模型解決的任務不應該是簡單的或指向唯一答案的任務，要有一定的探究性和開放性。但是限于初中生的既有認知水平和一節課的容量，任務的開放程度也不能太大，應該從具體情境出發提出問題。

預設性原則。建構模型應該以學生為主體，以師生討論、小組討論為主要形式。但這對教師的前期準備提出了更高要求：教師需精心選擇有探究性的問題，對學生已有的原型數量有充分的預估，對建立什么樣的初步模型和最終模型做到心中有數，收集相關資料和準備實驗以便為學生的假設提供證據等。

豐富性原則。模型的建立依賴于學生頭腦中已有的原型。學生已有的原型數量越多，對原型越熟悉，建立模型并進行原型匹配就越流暢。如果學生缺乏相關原型，那么此時就不適合進行模型建構教學。另外，筆者認為學生已有的且非常熟悉的模型也可以作為解決新問題的原型。

生成性原則。模型建構的過程就是學生不斷生成、創新的過程，非常依賴學生的主觀積極性。在此過程中，教師應該是組織者和協調者，是“主持人”，而不是“評委”，盡量不要評價學生方案的優劣，以保護學生的積極性，促使學生提出一些大膽的假設。

三、建立模型，促進課堂生成的案例分析

“金屬礦物 鐵的冶煉”是滬教版第5章第2 節的內容。通過分析學情，筆者發現，之前學生已經學過氧化物、化合物的相關概念，以及分解反應、化合反應、氧化反應和置換反應等反應類型，也學習了科學探究的基本過程和思維方法。因此，學生具備對本節內容進行科學探究的知識和能力基礎。于是，對于鐵的冶煉原理這部分內容，筆者大膽提出探究問題：“怎樣使氧化鐵變成鐵呢？你能提出盡可能多的解決方案嗎？”但是很可惜，在不事先查閱資料的前提下，鮮有學生能提出具有建設性的方案，課堂生成十分困難。筆者通過思考，基于模型建構，又對教學進行了改進，教學片段如下：

環節1 建立初步的模型“化合物→單質”，啟發學生尋找解決問題的原型

師：怎樣使氧化鐵變成鐵呢？你能提出盡可能多的方案嗎？

師：氧化鐵和鐵分別屬于什么類型的物質？

生：氧化鐵屬于化合物也屬于氧化物，鐵屬于單質。

師：那有什么辦法將化合物變成單質嗎？如果我們能找到將化合物變成單質的方法，那么這個方法可能也適用于將氧化鐵變成鐵。

環節2 原型匹配，找到解決第二個問題的初始原型，對第一個問題給出合理預測

學生分組討論，根據知識原型給出具體的解決方案。

方案1：高溫使氧化鐵分解。原型是：高錳酸鉀受熱分解制取氧氣。

方案2：通電使氧化鐵分解。原型是：水通電可以分解，生成氧氣和氫氣。（也有學生提出氧化鐵是不導電的固體，該方案可能行不通。）

方案3：用更活潑的金屬和氧化鐵反應，將鐵置換出來，比如鋁和鋅。原型是：鐵和硫酸銅溶液反應得到硫酸亞鐵和銅。

方案4：用一些極容易和氧元素結合的物質（比如H2、CO）搶走氧化鐵中的氧元素。該方案是基于對模型“氧化物單質”的樸素認識。

環節3 查閱資料，驗證猜想

教師給出相關資料，為學生的預測尋找證據，驗證假設。

方案1：高溫確實能使氧化鐵分解，但是不能得到鐵，只能得到四氧化三鐵。只有一些較不活潑的金屬（比如汞）可以通過熱分解的方法制得。

方案2：將氧化鐵熔化后，通電確實可以使其分解，而且能制得純度很高的鐵，但是耗能較大。

方案3：用鋁和氧化鐵在高溫下確實能反應制得鐵，這個反應叫“鋁熱反應”，但是該反應成本較高。

方案4：H2、CO 和焦炭等物質在高溫下可以和氧化鐵反應制取鐵，該過程叫熱還原法，其中用焦炭煉鐵成本較低。

環節4建立最終模型，解決實際問題

綜合考慮成本、能耗、原料來源等因素，最終選擇焦炭或者CO 為原料來煉鐵，并提出金屬冶煉的基本模型。

金屬冶煉：（1）熱分解法，適用于較不活潑金屬，比如汞；（2）電解法，適用于活潑金屬；（3）置換法，比如濕法煉銅；（4）熱還原法，常用還原劑為H2、CO和焦炭等物質。

四、基于模型建構的課堂教學反思

首先，耗時長。對于煉鐵原理的教學，大部分教師采用講解法，一般幾分鐘就能講完，但是模型建構教學卻需要大半節課。其次，收獲大。學生不僅學會了煉鐵的原理，而且還建構了金屬冶煉的一般模型，更重要的是，在這個過程中體驗了模型建構的一般過程。再次，學生參與度高。在初步模型建立之后，課堂生成就變得極為流暢，學生積極參與討論和發言，從預測實驗方案，用實驗和事實驗證假設，到建立金屬冶煉的一般模型和選擇合理的冶煉反應原理，學生都表現出很強的參與意愿。最后，教師的前期準備工作要做足。課堂雖然只有短短的45 分鐘，但是教師在各個環節都要做到心中有數，更多的扮演“主持人”角色。

模型幫助我們更好地認識了客觀世界，而客觀世界是復雜多變的，模型雖然能將問題簡化，但是認識和研究世界的模型必然也是多種多樣的。筆者認為，教師可以從模型建構的角度出發，基于實踐，開發各種用于解決具體問題的多種多樣的思維模型。模型和原型是可以相互轉化的，之前學習過的模型可以是新情境、新模型下的原型，而頭腦已有的原型也可以為我們建立新模型提供參考和借鑒。