陳仕功

江蘇

高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)修訂并提出包含“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的核心素養(yǎng)?！?018年江蘇化學(xué)高考說(shuō)明”在“對(duì)所獲取的信息進(jìn)行初步加工和應(yīng)用”所運(yùn)用的方法中增加了“建模”思想，凸顯模型認(rèn)知的建立促進(jìn)了中學(xué)化學(xué)教學(xué)對(duì)學(xué)生科學(xué)態(tài)度和科學(xué)方法的培養(yǎng)?；诖耍瑖@模型與建模開展課堂教學(xué)的研究變得極有意義，其將探索一系列有效的方法與路徑，旨在提高學(xué)生課堂學(xué)習(xí)效率和學(xué)科素養(yǎng)。

第一階段：理論認(rèn)知——模型在教與學(xué)中的效能

1.厘清概念

模型認(rèn)知是指人類用化學(xué)方法探索未知世界時(shí)，除了對(duì)客觀實(shí)驗(yàn)事實(shí)進(jìn)行橫向比較、縱向歸納，還通過(guò)抽象和簡(jiǎn)化的方法建構(gòu)認(rèn)知模型，再利用模型進(jìn)一步認(rèn)知未知物質(zhì)及其變化規(guī)律的過(guò)程。

2.認(rèn)識(shí)幾種效能

用圖象(靜態(tài)圖片或動(dòng)態(tài)視頻)、圖表(二維圖或思維導(dǎo)圖)、模型(球棍模型或比例模型)等使微粒結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)特征具體化。用化學(xué)用語(yǔ)(如化學(xué)方程式、電子式、元素符號(hào)等)模型表述元素及其化合物的相互關(guān)系，使物質(zhì)的組成或結(jié)構(gòu)模型化。用數(shù)學(xué)表達(dá)式(如化學(xué)平衡常數(shù)、溶度積常數(shù)等)揭示微粒運(yùn)動(dòng)的自身屬性及微粒間的內(nèi)在聯(lián)系，使模型數(shù)字化。

第二階段：實(shí)踐提煉——多維建構(gòu)教學(xué)模型

奧蘇貝爾的學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，采用建模思想，將化學(xué)問(wèn)題中次要的、非本質(zhì)的信息舍去，可使本質(zhì)的知識(shí)變得更為清晰，更容易納入學(xué)習(xí)者已有的知識(shí)框架中，使教師在教學(xué)時(shí)，正向遷移變得更容易。

1.真實(shí)情境促進(jìn)化學(xué)模型的建構(gòu)

教師針對(duì)性創(chuàng)設(shè)相關(guān)的問(wèn)題情境，引導(dǎo)學(xué)生自主合作探究，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手建模的意識(shí)和能力。在模型的認(rèn)知、建構(gòu)和應(yīng)用過(guò)程中，教師既要關(guān)注學(xué)生的已有知識(shí)體驗(yàn)，更要關(guān)注在真實(shí)情境中模型的發(fā)展歷程，聚焦演變與升華。

案例1：鋁的氧化物與氫氧化物

[情境1]展示炫目多彩的紅寶石、藍(lán)寶石，紅寶石主要成分是Al2O3，還含少量鉻元素顯紅色，藍(lán)寶石含少量鐵和鈦元素顯藍(lán)色。

[問(wèn)題]紅寶石為何要用中性的清潔劑清洗？

[實(shí)驗(yàn)]探究氧化鋁的性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)試劑與實(shí)驗(yàn)儀器：氧化鋁、6.0 mol/L NaOH溶液、鹽酸、試管、膠頭滴管、藥匙、廢液缸等。

[結(jié)論]紅寶石主要成分Al2O3既能和強(qiáng)酸反應(yīng)，又能和強(qiáng)堿反應(yīng)。

[情境2]前幾天，小王同學(xué)和爸爸媽媽一起去吃酸菜魚火鍋。一走進(jìn)火鍋店，看到鋁鍋上燉著的酸菜魚正散發(fā)著濃郁的香味……這時(shí)，小王突然想起了……他心里打起了退堂鼓，這火鍋是吃還是不吃呢？

[問(wèn)題]鋁元素能使人老年癡呆，如何減少鋁元素的攝入？首先，要探究氫氧化鋁的化學(xué)性質(zhì)有何特點(diǎn)。

[實(shí)驗(yàn)]請(qǐng)同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并用所給藥品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究：①探究鹽酸與氫氧化鋁是否反應(yīng)；②探究氫氧化鈉與氫氧化鋁是否反應(yīng)。儀器：同上述實(shí)驗(yàn)。藥品：氫氧化鋁(提前制備)、10%鹽酸、6 mol/L NaOH溶液、氨水。

[結(jié)論]Al(OH)3既能和強(qiáng)酸反應(yīng)，又能和強(qiáng)堿反應(yīng)。

[情境3]氫氧化鋁能凈化水，可用于吸附渾濁雨水中的懸浮物。

[問(wèn)題]如何利用上述的轉(zhuǎn)化模型制備氫氧化鋁？

[實(shí)驗(yàn)(1)]取一支試管加入1 mL AlCl3溶液，逐滴加入NaOH溶液，邊加邊振蕩至過(guò)量。取另一支試管加入1 mL AlCl3溶液，滴加氨水至過(guò)量(對(duì)比實(shí)驗(yàn))。

[結(jié)論(1)]Al(OH)3易溶于強(qiáng)堿，難溶于弱堿(氨水)。

[實(shí)驗(yàn)(2)]取一支試管加入1 mL NaAlO2溶液，逐滴加入稀鹽酸，邊加邊振蕩至過(guò)量。取另一支試管加入1 mL NaAlO2溶液，通入二氧化碳至過(guò)量(對(duì)比實(shí)驗(yàn))。

[結(jié)論(2)]Al(OH)3易溶于強(qiáng)酸，難溶于弱酸(碳酸)。

在真實(shí)的情境中應(yīng)用氧化鋁、氫氧化鋁的兩性特征建構(gòu)模型，提升學(xué)生解決問(wèn)題的能力。

2.高質(zhì)互動(dòng)促進(jìn)化學(xué)模型的建構(gòu)

高質(zhì)量的師生互動(dòng)激發(fā)學(xué)生主動(dòng)思維，看重的是思考過(guò)程，促進(jìn)學(xué)生自主建構(gòu)具有邏輯內(nèi)聚力的化學(xué)模型，推動(dòng)學(xué)生的模型認(rèn)知水平縱向發(fā)展。

案例2：物質(zhì)的量濃度計(jì)算

[師生互動(dòng)1]

師：1 mol NaCl溶于1 L水中和1 mol NaCl配成1 L溶液有何區(qū)別？

生：1 L水是溶劑的體積，1 L水溶液是溶液的總體積。

[師生互動(dòng)2]

師：標(biāo)準(zhǔn)狀況下，448 L NH3溶于水，配成1 L溶液。如何求氨水的物質(zhì)的量濃度？

【設(shè)計(jì)意圖】強(qiáng)化物質(zhì)的量濃度計(jì)算公式，重點(diǎn)讓學(xué)生學(xué)會(huì)間接求出氣態(tài)溶質(zhì)的物質(zhì)的量。

[師生互動(dòng)3]

師：標(biāo)準(zhǔn)狀況下448 L NH3溶于1 L水中(已知水的ρ=1 g/cm3)。所得溶液的密度ρ=0.85 g/cm3,如何求NH3的物質(zhì)的量濃度？

【設(shè)計(jì)意圖】由已知溶液的體積變?yōu)槿軇┑捏w積，讓溶液的體積變?yōu)槲粗?，激發(fā)學(xué)生解決問(wèn)題的興趣，通過(guò)討論交流，學(xué)生可以得出通過(guò)溶液的總質(zhì)量m和溶液的密度ρ來(lái)解決的思維模型。m溶液=m溶質(zhì)+m水，強(qiáng)化細(xì)節(jié)，轉(zhuǎn)化單位ρ=0.85×103g/L，由淺入深，提高學(xué)生的思維品質(zhì)。

【變式練習(xí)】10.6 g Na2CO3，溶于1 L水中，所得溶液ρ=1.01 g/cm3，如何求Na2CO3的物質(zhì)的量濃度?

【設(shè)計(jì)意圖】由氣態(tài)溶質(zhì)變固態(tài)溶質(zhì)，強(qiáng)化由ρ求溶液體積的基本思路模型。通過(guò)變式訓(xùn)練幫助學(xué)生辨明特征，能更精確地理解概念的含義，可以看到概念應(yīng)用情景的各種變化，進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生對(duì)概念的靈活運(yùn)用。

3.梯式思維促進(jìn)化學(xué)模型的建構(gòu)

化學(xué)模型的建構(gòu)是與學(xué)生思維密切相關(guān)的，在化學(xué)模型的建構(gòu)中要從最簡(jiǎn)單的問(wèn)題開始，即從思維的起點(diǎn)開始，采用“問(wèn)題串”的思維方式，圍繞學(xué)生最近發(fā)展區(qū)，拾級(jí)而上，循序漸進(jìn)建構(gòu)化學(xué)模型。

案例3：化學(xué)平衡常數(shù)計(jì)算

(2)25℃時(shí)，將0.1 mol/L的CH3COOH溶液進(jìn)行稀釋，c(OH-)________。(填“增大”或“不變”或“減小”)

(3)把4.0×10-3mol/L HF溶液與4.0×10-4mol/L CaCl2溶液等體積混合，調(diào)節(jié)混合液pH為4.0(忽略溶液體積的變化)，計(jì)算有無(wú)沉淀產(chǎn)生：________。此溫度下，Ksp(CaF2)=1.5×10-10，c(HF)、c(F-)與溶液pH的變化關(guān)系如下圖：

(2)根據(jù)25℃時(shí)，0.1 mol/L的CH3COOH溶液稀釋，c(H+)減小，且K不變，c(OH-)增大，即模型應(yīng)用。

(3)由pH=4可知，c(F-)=1.6×10-3mol/L，而溶液中的c(Ca2+)=2.0×10-4mol/L，則c2(F-)×c(Ca2+)=5.12×10-10，5.12×10-10>Ksp(CaF2)，此時(shí)有沉淀產(chǎn)生，即模型拓展。

【設(shè)計(jì)意圖】利用此題目訓(xùn)練學(xué)生規(guī)范表達(dá)平衡常數(shù)，檢驗(yàn)平衡常數(shù)的應(yīng)用模型，把化學(xué)平衡常數(shù)的模型應(yīng)用到電離平衡和沉淀溶解平衡。

【設(shè)計(jì)意圖】通過(guò)定量計(jì)算，學(xué)生逐步建立平衡常數(shù)模型，并用此模型判斷反應(yīng)進(jìn)行的方向和程度,歸類到模型拓展的應(yīng)用范疇。

通過(guò)平衡常數(shù)表達(dá)式及運(yùn)用來(lái)建模，遷移到電離平衡常數(shù)、沉淀溶度積常數(shù)等，應(yīng)用不同平衡之間的內(nèi)在聯(lián)系，豐富建模的內(nèi)涵。

第三階段：總結(jié)提升——建模教學(xué)的基本流程

課前：教師多媒體展示預(yù)習(xí)檢測(cè)內(nèi)容，學(xué)生自學(xué)落實(shí)雙基，為模型創(chuàng)建進(jìn)行知識(shí)儲(chǔ)備；教師實(shí)物投影展示預(yù)習(xí)檢測(cè)效果，并進(jìn)行簡(jiǎn)單的評(píng)價(jià)、點(diǎn)撥。

課中：教師展示探究性任務(wù)，師生共同建構(gòu)模型；學(xué)生自主討論，運(yùn)用模型解決同一類問(wèn)題，將已解決了的問(wèn)題通過(guò)媒介展示，其他同學(xué)給予補(bǔ)充或質(zhì)疑，教師適時(shí)對(duì)模型建立及運(yùn)用進(jìn)行評(píng)價(jià)。

課尾：教師依據(jù)已有模型，進(jìn)行思維導(dǎo)圖式的小結(jié)，學(xué)生反思提高。反饋練習(xí)促進(jìn)模型的再認(rèn)知與再建構(gòu)。

課后：教師總結(jié)得失，撰寫教學(xué)反思與論文。學(xué)生書寫收獲與考試得失。