孫影 潘平 王府

摘要：化學鍵是模型認知的良好對象，文中從模型認知視角下提出化學鍵概念教學的幾種教學策略，包括實物模型直觀教學、多媒體模型活化教學、數(shù)據(jù)模型明析教學、符號模型強化教學等。期望通過以上教學策略降低化學鍵概念學習的難度。

關(guān)鍵詞：模型認知;化學鍵;教學策略

文章編號：1008-0546（2019）02-0009-03 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

一、引言

我國最新高中化學課程標準修訂版本中將“模型認知”作為化學核心素養(yǎng)的重要組成部分[1]。高中生的“模型認知”能力是指能夠運用模型描述化學研究對象、解釋化學現(xiàn)象和規(guī)律、預(yù)測可能的結(jié)果，并能夠建構(gòu)模型證明自己對化學事實的理解和解釋化學事實的能力[2]。化學鍵概念模型是化學模型中最具學科代表性的對象，且化學鍵知識具有理論性強、微觀難以感知等特點，文中擬采用模型認知視角下的幾種教學策略，即基于模型的認知，從而完善學生頭腦中化學鍵概念的認知結(jié)構(gòu)，幫助教師進行有效教學，降低學生學習化學鍵知識的難度。

二、教學策略的理論基礎(chǔ)

Johnstone[3]（1991）學習模型（如圖1）經(jīng)常被視為一個幫助我們發(fā)展課堂策略的框架。

正如說明中描述的，化學鍵概念的教學可以通過模型中說明的三個概念層次來解決，教學策略設(shè)計先從宏觀人手，可以采用實物模型例如物質(zhì)的球棍模型進行直觀教學;再從微觀角度和表征的角度人手，例如采用多媒體模型使教學生動活潑，采用圖表、符號等模型使化學鍵教學明析。計劃并在課堂中實施的策略旨在清楚地解釋化學鍵實質(zhì)，并且提高學生模型認知能力。但在這些教學策略實施時要謹記配合腳手架（幫助性）問題和解釋。

三、教學策略具析

1.實物模型直觀教學

實物模型具有直觀性，在化學鍵相關(guān)概念教學過程中，其中球棍模型經(jīng)常用來幫助學生想象簡單共價分子、大分子、離子晶體的結(jié)構(gòu)，然后將它們的物理性質(zhì)的差異與它們的結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來。例如，碳化硅模型經(jīng)常被用于解釋碳化硅分解時，碳與硅原子之間的共價鍵斷裂，導致原子可以自由地移動。同樣，使用模型，學生可以更容易理解氯化鈉熔融狀態(tài)導電的原因，在熔化過程中氯化鈉晶格結(jié)構(gòu)中的鈉離子和氯離子之間的離子鍵被破壞，這樣就出現(xiàn)了可以在兩個電極之間定向移動的離子從而導電;模型的策略也能夠幫助我們解釋化學鍵斷裂和形成過程中確實伴隨著能量的變化;另外，為了防止學生把氯化鈉看成由一對鈉離子和氯離子組成的單元分子（如電子結(jié)構(gòu)所示）。也可使用氯化鈉晶體的3D模型，強調(diào)NaCl化學式實際上表示1：1的比率，并且在晶體結(jié)構(gòu)中鈉離子被氯離子包圍，氯離子也被鈉離子包圍。

我們還利用球棒模型來解釋碳原子排列成正四面體的金剛石的剛性三維結(jié)構(gòu)，以及每個碳中所有四個價電子都用于形成共價鍵的事實。但金剛石和石墨的結(jié)構(gòu)（如圖2，3）是截然不同的，石墨的結(jié)構(gòu)是由碳原子排列成多層狀，層與層之間容易滑動，是由于層與層存在微弱的范德華力。另外，石墨球棍模型說明僅有三個價電子被用來與其他碳原子形成共價鍵，第四個電子是離域的。我們可以看出模型的使用使金剛石、石墨的結(jié)構(gòu)直觀化，那么石墨可以用于電導體和潤滑添加劑，金剛石可用于鉆頭的原因，都很容易解釋了。

在實物模型直觀教學策略實施時，只有在老師的解釋與向?qū)W生提出的檢驗其理解程度的支架性問題一起使用的情況下，金剛石和石墨的鍵合情況才能被完整的解釋。這個解釋必須在一個適合大多數(shù)學生的平和的氛圍下給出，教師的解釋要始終強調(diào)一個事實——模型是實物簡單的表征，真實的亞顯微結(jié)構(gòu)會更復(fù)雜。這樣做的目的是防止迷思概念的形成，球棍模型只是一種模擬。

另外像球棍模型一樣，想象模型也被經(jīng)常用來解釋物理現(xiàn)象，當然想象模型我們可以用具體的實物模型反映出來，例如融化和沸騰。圖4表明使用白板磁性按鈕來顯示在沸騰過程中，單個甲烷分子簡單地進一步分開，因為它們的分子間吸引力被削弱。這個模型允許我們解釋甲烷分子中的原子之間的鍵依然是鍵合的。共價鍵把原子聚合在一起，在這個過程中并沒有斷裂。

2.多媒體模型活化教學

多媒體模型（視頻、電影剪輯、電腦動畫等）增強了原子、離子、分子的感觀，使學生更好認識微觀狀態(tài)的這些粒子。一方面生動多樣的媒體可以為學生觀看一系列事件提供條件，例如化學反應(yīng)、物理變化（像氯化鈉在融化時晶格斷裂，碘晶格在升華的過程中的變化）;另一方面還能夠幫助降低發(fā)生在微觀水平抽象的問題的難度。例如在探究離子鍵概念本質(zhì)時，可以播放氯化鈉形成過程的Flash動畫，讓學生既在活潑生動的氛圍內(nèi)學習氯化鈉形成過程的微觀實質(zhì)，同時化微觀為宏觀從而降低學習難度。

在多媒體模型中，視頻是一個很有力量的教學工具，當和支架性問題一起使用時，能夠幫助學生思考和建立概念。視頻教學能夠提高學生建構(gòu)知識的能力，因為用視頻可將事物更加清晰生動地呈現(xiàn)給學生。使用視頻時需注意，我們應(yīng)該把視頻當作一輛為了發(fā)現(xiàn)和開拓新視野的“車”一樣的工具，而不是把它們當作“學生的電視”一樣的工具。因此，在任何時候，當視頻被用于我們的指導中，我們應(yīng)該把指導學生發(fā)展概念納人工作表中。例如在進行化學鍵教學時導課可以使用化學鍵形成化學史小視頻，在觀看之前要向?qū)W生提出明確要求，對視頻中科學家所提出的的化學鍵的觀點進行評析。另外視頻有利于我們的學生專注于課堂教學中，幫助他們提高記憶力和保留力。我們?nèi)绾未蚰ザ嗝襟w模型（視頻、電影剪輯、電腦動畫）成為一個有效的教學策略，也是需要教師進行思考的問題。

3.數(shù)據(jù)模型明析教學

數(shù)據(jù)模型是化學鍵知識教學中不可或缺的部分，數(shù)據(jù)具有真實直觀性。例如共價化合物一般被認為具有比離子化合物低的熔點和沸點。這個概括容易使學生產(chǎn)生疑惑，并且導致他們總結(jié)出所有共價化合物包括二氧化硅;也會使許多學生認為離子鍵一定一直比共價鍵強。為了避免這兩個迷思概念，通過使用真實數(shù)據(jù)（如表1）可以說明不同類型化學物質(zhì)熔點和沸點的范圍，從而看出差異。因此在化學鍵相關(guān)概念辨析的過程中數(shù)據(jù)模型的使用是有益的。

4.符號模型完善教學

符號模型是化學學科獨特的表征方式，也是化學鍵概念教學的重要手段。用符號表征使化學鍵模型更加完善，例如氯化鈉形成過程的符號表征，如圖5。這種符號表征方式簡明化地闡述了氯化鈉形成過程的原因和實質(zhì)，是對離子鍵概念模型的完善，與整體教學內(nèi)容相呼應(yīng)。

5.概念圖漫畫模型辨析教學

概念漫畫實際是一種學生積極參與的概念辨析的活動模型，用它展現(xiàn)一些物理現(xiàn)象和化學現(xiàn)象的看法，概念卡通[4]是對學習策略的評估，可以有效地用于創(chuàng)建專注的討論，其中學生的迷思概念背后的推理可能最終被揭示。有時，我們可以在一節(jié)課開始用概念漫畫引出先前教的與此概念有關(guān)的知識。大多時候，我們也在教授概念以后用概念卡通，為了分辨學生的迷思概念有沒有被堅持（創(chuàng)建的一個例子如圖6）。

四、小結(jié)

化學鍵教學一直是高中教學模塊中一個重難點內(nèi)容，在模型認知視角下的教學策略，即利用各種模型和模型的方法融匯到化學鍵教學當中，模型能夠幫助學生鑒別粒子（原子、離子、分子），并且動畫能夠增強學生對化學過程的理解等。除了上述教學策略，我們也可以在教學過程中延伸拓展，給學生提供機會去做離子、原子、分子模型，總之采用有效的教學策略，有利于學生輕松愉快地建構(gòu)自己的知識觀念，促進學生的發(fā)展。

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）[M].北京：人民教育出版社，2018

[2]楊玉琴.化學核心素養(yǎng)之“模型認知”能力的測評研究[J].化學教學，2017（7）：9-15

[3]Johnstone，A，H.Why is science difficult to learn？Things are seldom what they seem[J].Journal ofComputer Assisted Learning，1991（7）：75-83

[4]Kabapinar， F.What Makes Concept Cartoons MoreEffective？ Using Research to Inform Practice[J].EgitimveBilim-Education and Science，2009（34）：104-118