黃 熙

【摘要】 以化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”為根本，利用建模思想引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)一種解決化學(xué)問題的常用思維框架：選擇原型——建構(gòu)模型——應(yīng)用模型，提高高三復(fù)習(xí)課效率，培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】 證據(jù)推理與模型認(rèn)知 選擇原型——建構(gòu)模型——應(yīng)用模型 前測 后測

【中圖分類號】 G633.8

【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 A

【文章編號】 1992-7711（2020）02-069-030

1.問題的提出

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》明確指出普通高中化學(xué)課程是以發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為主旨，因此如何在高三復(fù)習(xí)課中落實化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，是每位高三老師必備的課題。對于高三一輪復(fù)習(xí)中有關(guān)化學(xué)基本概念和理論的復(fù)習(xí)課，比如電化學(xué)專題、陌生方程式書寫、元素周期律、溶液中粒子濃度的關(guān)系等，這些知識點都可以通過構(gòu)建基本解題思維模型讓學(xué)生模仿、遷移、運用，特別適用于加強化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的培養(yǎng)。另一方面，在教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)有的學(xué)生經(jīng)過一輪復(fù)習(xí)后，能力得到很大的提高，而另一些學(xué)生則相反。究其原因，主要是在一輪復(fù)習(xí)中有沒有學(xué)會解決化學(xué)問題的有效思維模式。高中生在解決化學(xué)問題時，使用頻率最高的學(xué)習(xí)策略是模型匹配策略。根據(jù)認(rèn)知語言學(xué)的理論基礎(chǔ)原型范疇理論，在解釋認(rèn)知心理學(xué)時，人們首先是通過原型認(rèn)識事物，然后把與原型相似但又有差異的事物歸類認(rèn)識，這就是“家族相似性”。原型范疇理論的實質(zhì)是在解釋某種現(xiàn)象時，將屬于這類現(xiàn)象的某個最典型的個體視為原型，在對這個原型總體特征認(rèn)識不變的情況下，把握認(rèn)知過程和創(chuàng)造心理學(xué)方面的“模型”。學(xué)習(xí)是認(rèn)知過程，因此“模型認(rèn)知”是教學(xué)中非常重要的一種教學(xué)模式。利用模型認(rèn)知把化學(xué)問題中次要的、非本質(zhì)的信息舍去，使本質(zhì)的知識更清晰，更容易納入學(xué)生已有的知識框架，使學(xué)生在解決化學(xué)問題時，更容易遷移。研究表明，成績好的學(xué)生之所以能快速解決一些常見的問題，主要是他們模型豐富，匹配迅速，而潛能生則相反，他們往往沒有一個快速思考的程序，不能高效統(tǒng)攝已知信息，以至在考試過程中面對眾多的信息時思維混亂，嚴(yán)重影響答題質(zhì)量。因此如何以素養(yǎng)為本，教會學(xué)生利用建模思想構(gòu)建解決問題的有效思維模式是提升高三化學(xué)復(fù)習(xí)課效率的有效策略之一，也是培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑。

2.基于“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的高三復(fù)習(xí)專題復(fù)習(xí)模式

高三復(fù)習(xí)專題復(fù)習(xí)模式基本設(shè)計思路如下：

2.1巧設(shè)前測，發(fā)現(xiàn)問題

根據(jù)認(rèn)知心理學(xué)，學(xué)習(xí)過程是原有知識同化新知識的過程，教學(xué)必須建立在學(xué)生已有的知識基礎(chǔ)上，因此利用前測找準(zhǔn)學(xué)生的起點非常重要。同時高三復(fù)習(xí)課要防止給學(xué)生炒冷飯的感覺，一個好的前測，可以把知識問題化，把問題情景化，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)自己的問題，從而引起學(xué)生深度學(xué)習(xí)的欲望。因此前測的設(shè)計要基于學(xué)生的實際情況，難度要適當(dāng)，設(shè)計要有層次，要充分暴露學(xué)生的問題。比如在電化學(xué)專題復(fù)習(xí)中，我設(shè)計了如下前測：

某同學(xué)組裝了圖2所示的電化學(xué)裝置，電極Ⅰ為Al，其它均為Cu，則：

（1）在圖中標(biāo)出裝置名稱、電極名稱、電子流動方向、電流流動方向、陰陽離子移動方向。

（2）寫出各電極的電極反應(yīng)式。

（3）如果把電極Ⅰ、II改為石墨，電極Ⅰ通氫氣、電極II通氧氣，當(dāng)電解液為H2SO4，寫出電極Ⅰ、II的電極反應(yīng)式。當(dāng)電解液為NaOH，寫出電極Ⅰ、II的電極反應(yīng)式

（4）如果要在鐵鍍上銅，上圖應(yīng)如何改動？如果精煉銅，上圖應(yīng)如何改動？

（5）對于電化學(xué)，你最感到困惑的地方是什么？

通過前測，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的主要問題如下：

（1）對電化學(xué)的原理沒有理解透徹，不清楚如何寫書電極方程式，特別是陌生度大的裝置，找不到電極反應(yīng)物或產(chǎn)物。

（2）對電化學(xué)的裝置沒有理解透徹，部分同學(xué)對裝置類型、正負(fù)極、陰陽極理解不到位，很大一部分同學(xué)把電極反應(yīng)物與電極材料等同起來。缺乏離子導(dǎo)體和電子導(dǎo)體的概念，對于電子和離子的流向不清晰。

（3）對電化學(xué)題型缺乏一個有效的解題思維模型，對于一些較熟悉、簡單的題型可以做出來，但對于陌生度較大的裝置、物質(zhì)，就不知道應(yīng)從哪個角度思考。

2.2基于“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”課堂設(shè)計基本模式：“選擇原型—構(gòu)建模型—應(yīng)用模型”

根據(jù)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，知識不是通過教師傳授得到，而是學(xué)習(xí)者自己建構(gòu)的，因此課堂教學(xué)過程的關(guān)鍵是讓學(xué)生自己構(gòu)建模型。構(gòu)建模型的過程一定讓學(xué)生有足夠的時間思考、討論、展示，只有把學(xué)生的思維充分外顯出來才能把其內(nèi)在的真正問題暴露出來，從而幫助他糾正錯誤的認(rèn)知。構(gòu)建模型的過程包括提出猜想、證實證偽、修正猜想、得到模型幾個步驟。

在電化學(xué)專題復(fù)習(xí)中，先以最基礎(chǔ)的Zn-Cu原電池為原型，讓學(xué)生抽提模型，再以氫氧燃料電池及吸氧腐蝕為變式，引發(fā)認(rèn)知沖突，引導(dǎo)學(xué)生從氧化還原的角度修正猜想，重新構(gòu)建模型。

【學(xué)生活動1】請分析以下原電池裝置的工作原理，分別寫出：

（1）負(fù)極材料：（2）正極材料：（3）負(fù)極反應(yīng)式：（4）正極反應(yīng)式：（5）總反應(yīng)方程式：

（6）離子遷移方向：（7）電子遷移方向：

思考：這三個原電池的共同之處是什么？如何判斷正負(fù)極？如何判斷正負(fù)極反應(yīng)物？

【學(xué)生活動2】分析以下電解池裝置的工作原理，分別寫出：

（1）當(dāng)若X、Y都是石墨電極，a是飽和NaCl溶液

（2）當(dāng)若X、Y都是銅電極，a是飽和NaCl溶液

（3）當(dāng)若X是粗銅（含Zn、Fe、Ag、Au雜質(zhì)），Y是純銅電極，a是CuSO4溶液

①陽極反應(yīng)式：②陰極反應(yīng)式：③總反應(yīng)方程式：④離子遷移方向：⑤電子遷移方向：

思考：這三個電解池的共同之處是什么？如何判斷陰陽極？如何判斷陰陽極反應(yīng)物？

【學(xué)生活動3】根據(jù)前面小結(jié)的原電池、電解池工作原理，重新完成前測（1）（2）問。并據(jù)此嘗試畫出原電池、電解池的工作原理模型。

構(gòu)建模型的過程可用追問的形式引導(dǎo)學(xué)生提出猜想、證實證偽、修正猜想。如：一問圖一如何判斷正負(fù)極？負(fù)極是誰在反應(yīng)？正極是誰在反應(yīng)？二問圖二兩個電極都是石墨如何判斷正負(fù)極？三問為什么不是石墨反應(yīng)而H2反應(yīng)呢？如果負(fù)極材料是Fe，負(fù)極是誰在反應(yīng)？四問圖三正極為什么不是H+反應(yīng)而是O2反應(yīng)？最后讓學(xué)生自己得出“負(fù)極材料是發(fā)生氧化反應(yīng)的場所，負(fù)極反應(yīng)物是還原劑，可以是金屬（負(fù)極材料）、電解質(zhì)溶液、外加氣體等，誰的還原性強誰先反應(yīng)”的結(jié)論。

在構(gòu)建模型的時候，不同小組的學(xué)生畫出的裝置模型會有所不同，也會有所欠缺，可以先展示各組不同的裝置模型，讓學(xué)生按自己畫的模型講原電池、電解池的工作原理，相互修正，最后老師再作小結(jié)歸納。

電化學(xué)裝置的認(rèn)知模型可如下圖1所示：

最后應(yīng)用模型：

練習(xí)：科學(xué)家報道了如圖所示的水溶液鋰離子電池體系。下列敘述錯誤的是

A. a為電池的正極

B. 電池充電反應(yīng)為LiMn2O4=Li1-xMn2Ox+xLi

C. 放電時，a極鋰的化合價發(fā)生變化

D. 放電時，溶液中Li+從b向a遷移

從上題C選項再次用追問的形式：上述電化學(xué)裝置的正負(fù)極變價元素分別是什么？為什么正極不是Li+反應(yīng)？能否從氧化還原原理解釋？引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步理解正極發(fā)生還原反應(yīng)，誰的氧化性強誰先反應(yīng)。

2.3重視后測，及時反饋

后測可以明確課堂教學(xué)效果，及時反饋，有利于后期調(diào)查教學(xué)策略。后測的方式很多，最主要是作業(yè)與考試，可以設(shè)計一兩個與前測相呼應(yīng)的問題，針對課堂學(xué)習(xí)的重難點重新設(shè)疑，以檢測學(xué)生學(xué)習(xí)的效果。如電化學(xué)復(fù)習(xí)前測是一道原電池與電解池串聯(lián)起來的題型，部分學(xué)生不會判斷電池類型及電極，后測可設(shè)置如下二道題目：

1.? 將如圖所示實驗裝置的K閉合，下列判斷正確的是

A.Cu電極上發(fā)生還原反應(yīng)

B.電子沿Zn→a→b→Cu路徑流動

C.片刻后甲池中c（SO42-）增大

D.片刻后可觀察到濾紙b點變紅色

2.某興趣小組設(shè)計如下微型實驗裝置。實驗時，先斷開K2，閉合K1，兩極均有氣泡產(chǎn)生;一段時間后，斷開K1，閉合K2，發(fā)現(xiàn)電流表指針偏轉(zhuǎn)，下列有關(guān)描述正確的是

A.斷開K2，閉合K1時，總反應(yīng)的離子方程式為：

電解

2H++2Cl- ==========Cl2↑+H2↑

B. 斷開K2，閉合K1時，石墨電極附近溶液變紅

C.斷開K1，閉合K2時，銅電極上的電極反應(yīng)為：

Cl2+2e-=2Cl-

D.斷開K1，閉合K2時，石墨電極作正極

第一道題目要判斷出Zn、Cu構(gòu)成的原電池是電解飽和硫酸鈉溶液的電源，第二道題目要判斷出電解飽和食鹽水產(chǎn)生的兩種氣體是閉合K2形成原電池時的兩極，與前測中Al-Cu原電池是后面兩個Cu極的電源遙相呼應(yīng)，形式又各不相同。

雖然作業(yè)與考試是最直接暴露學(xué)生學(xué)習(xí)效果的方式，但對于學(xué)生學(xué)得好或不好的深層成因，光靠作業(yè)與考試很難真正顯現(xiàn)出來，而個別談話和問卷調(diào)查則可以起到揭視學(xué)生學(xué)習(xí)水平深層成因的作用。比如用問卷調(diào)查作電化學(xué)復(fù)習(xí)專題的后測，可設(shè)置“你對電化學(xué)有哪些認(rèn)識？盡可能多的寫出你的認(rèn)識”讓學(xué)生表達(dá)，也可以設(shè)置調(diào)查表調(diào)查學(xué)生對本節(jié)課的認(rèn)同程度，還可以在個別談話中詢問學(xué)生課堂上還有什么不清楚的問題等等。

3.反思

如何在高三復(fù)習(xí)課上培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)？關(guān)于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的理解，借衡水市教研室陳春芝主任的話，就是忘掉學(xué)科技術(shù)性知識后融入血脈的學(xué)科思維。因此高三復(fù)習(xí)課上需要老師引導(dǎo)學(xué)生把化學(xué)中零散、雜亂的知識內(nèi)化為知識系統(tǒng)，引導(dǎo)學(xué)生建立各種認(rèn)知模型，形成不同的解題思路，但這并不是最終目的。最終目的是要讓學(xué)生把化學(xué)的學(xué)科思維融入血脈，能在陌生的化學(xué)問題情境中對關(guān)鍵要素進(jìn)行分析以建構(gòu)相應(yīng)的新模型。因此，課堂的重點不是得出什么完美的認(rèn)知模型，而是設(shè)計活動讓學(xué)生如何學(xué)會構(gòu)建模型，即如何能從事實中提取證據(jù)，對有關(guān)的化學(xué)問題提出假設(shè)，尋找證據(jù)證明或證偽假設(shè)，不斷修正猜想，推出合理的結(jié)論并能解釋證據(jù)與結(jié)論之間的關(guān)系。

總之，高三復(fù)習(xí)課如何才能做到高效有序，既幫助學(xué)生深化基礎(chǔ)知識，又培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，以提高運用化學(xué)知識解決實際問題的能力，是一個值得我們一再探討的課題。

【注：本文系課題“化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)研究——‘證據(jù)推理與模型認(rèn)知的培養(yǎng)策略研究”成果（課題編號：2016-XK356）】

[ 參? 考? 文? 獻(xiàn) ]

[1]普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）人民教育出版社.

[2]單旭峰.從化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的角度解析和認(rèn)識高考電化學(xué)試題[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2018（8）：43-45.

[3]北京師范大學(xué).華中師范大學(xué).南京師范大學(xué)無機(jī)化學(xué)教研室.無機(jī)化學(xué)（上冊）[M].第四版.北京：高等教育出版社，2002：356-361，376-377.

[4]王磊等.基于學(xué)生核心素養(yǎng)的化學(xué)學(xué)科能力研究[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2017：420-439.

[5]王維臻，王磊，支瑤，葛繼寧，李振華，于少華.電化學(xué)認(rèn)識模型及其在高三原電池復(fù)習(xí)教學(xué)中的應(yīng)用[J].化學(xué)教育，2014（1）：34-41.