張禮聰

摘要：認知模型的建構(gòu)過程就是學(xué)生思維模式系統(tǒng)化和認識方式發(fā)展的過程。化學(xué)教學(xué)要引領(lǐng)學(xué)生模型認知，并指導(dǎo)學(xué)生開展模型認知學(xué)習(xí)，以促進學(xué)生將模型認知轉(zhuǎn)化為自己的一種學(xué)習(xí)方式?！盎瘜W(xué)反應(yīng)中的熱量變化”教學(xué)，以促進學(xué)生“模型認知素養(yǎng)”發(fā)展為目標，通過概念形成、模型建構(gòu)、模型應(yīng)用和概念表達等教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計，開展了“素養(yǎng)發(fā)展為本”的教學(xué)實踐探索。

關(guān)鍵詞：模型;模型認知;化學(xué)反應(yīng);能量變化

文章編號：1008-0546（2019） 11-0030-03

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j.issn. 1008-0546.2019.1 1.008

所謂“模型”就是人們?yōu)榱诉_到對目標對象進行解釋、認識或研究等特定目的，對目標對象所作的一種簡化的、直觀的、定性的或定量的、文字的或圖形的描述[1]。模型是認識事物本質(zhì)屬性和相互關(guān)系的一種科學(xué)方法，其原型可以是物質(zhì)、概念、事件、過程和系統(tǒng)。

“模型認知”素養(yǎng)是化學(xué)核心素養(yǎng)的重要組成部分。新課標中“模型認知素養(yǎng)”要求是“知道可以通過分析、推理等方法認識研究對象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系，建立認知模型，并能運用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象，揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律”[2]。認知模型的建構(gòu)過程就是學(xué)生思維模式系統(tǒng)化建構(gòu)的過程，也是學(xué)生認識方式發(fā)展的過程[3]。依據(jù)事物及其變化的信息來建構(gòu)模型，建立解決復(fù)雜化學(xué)問題的思維框架，是化學(xué)教學(xué)必不可少的方法。

在解決化學(xué)問題時，為了揭示事物的本質(zhì)以及研究的方便，用化學(xué)的語言、方法從復(fù)雜的化學(xué)問題、條件和現(xiàn)象中經(jīng)過簡化、抽象得出化學(xué)模型的過程就是化學(xué)建模[4]?；瘜W(xué)建模不僅包括模型的建構(gòu)，也包括模型的應(yīng)用和發(fā)展的一個系統(tǒng)、復(fù)雜的過程;是人的心智活動與客觀世界相互作用的過程;是多種科學(xué)方法綜合運用的過程[5]。通過化學(xué)模型的建構(gòu)與應(yīng)用，可以促進學(xué)生的科學(xué)思維以及心智模型的改進，有利于提高學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)。

一、教學(xué)分析

物質(zhì)變化和能量變化是化學(xué)反應(yīng)的兩大特征。蘇教版《化學(xué)2》將“化學(xué)反應(yīng)巾的熱量變化”編排在“反應(yīng)速率與限度”之后;從能量變化角度為學(xué)習(xí)者認識化學(xué)反應(yīng)建立了新視角，幫助學(xué)習(xí)者構(gòu)建“物質(zhì)變化一反應(yīng)快慢一能量變化”的認識體系，揭示化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì);是學(xué)習(xí)者對化學(xué)反應(yīng)已有認識的延續(xù)、發(fā)展和完善，為后續(xù)發(fā)展性、全面性認識化學(xué)反應(yīng)搭建基礎(chǔ)和橋粱作用。

依據(jù)現(xiàn)行高中教材體系，筆者認為課時教學(xué)主要解決的問題：（1）化學(xué)反應(yīng)中有能量變化嗎？其主要表現(xiàn)形式？研究化學(xué)反應(yīng)能量變化有何意義？（2）化學(xué)反應(yīng)為什么有能量變化？如何從宏觀和微觀角度解釋能量變化？（3）怎樣用化學(xué)用語（符號）表征反應(yīng)及其反應(yīng)熱？（4）不同化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱數(shù)據(jù)是怎么來的？

二、教學(xué)思路

基于上述思考，本課時教學(xué)以“化學(xué)反應(yīng)中的熱量變化”概念模型構(gòu)建為核心目標，將問題情景創(chuàng)設(shè)、學(xué)生活動探究、問題任務(wù)驅(qū)動、建模理解概念、問題解決與應(yīng)用等融合于整體設(shè)計之中。設(shè)計課時整體構(gòu)架為：（1）以白熱飯盒為情景，提出問題，分析原理，感受化學(xué)價值，認識研究意義;（2）通過學(xué)生小組實驗探究，感知化學(xué)反應(yīng)中能量變化事實，概括形成放熱、吸熱反應(yīng)概念，達成基本認識;（3）學(xué)生小組討論，宏觀分析反應(yīng)放、吸熱原因，初建過程模型，達成概念基本理解;（4）問題研討，微觀思考，從化學(xué)鍵視角解釋反應(yīng)本質(zhì)，深化概念理解，修正、完善過程模型;（5）概念表征，化學(xué)用語書寫表達，問題解決，實現(xiàn)概念模型的應(yīng)用。教學(xué)設(shè)計各環(huán)節(jié)緊緊圍繞概念模型構(gòu)建目標，進行教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)化處理，使抽象概念形象化、直觀化，促進了學(xué)生“模型認知”素養(yǎng)的發(fā)展。

三、教學(xué)過程

1.實驗引導(dǎo)，概念構(gòu)建

[情景]展示“白熱飯盒”實物。飯盒能“白熱”真有這么神奇嗎？

[實驗]打開水包，將白熱包（Ca0粉末）放入水中（觀察、感受溫度變化）;

[問題]①飯盒“白熱”的化學(xué)原理是什么？

②化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化為哪些形式的能量？其主要表現(xiàn)為？

[實驗]①鎂條與鹽酸反應(yīng);（觸摸試管外壁，感知溫度變化）

②氯化銨與氫氧化鋇晶體反應(yīng);（創(chuàng)新設(shè)計：將藥品氯化銨和氫氧化鋇晶體分裝于自封塑料袋上下，用夾子隔開;實驗時打開夾子，將兩種藥品混合均勻，輕輕揉搓，感知溫度變化）

[任務(wù)]請分別給放熱反應(yīng)、吸熱反應(yīng)下定義。

設(shè)計意圖：以真實的生活情境引課，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，了解化學(xué)反應(yīng)中熱量的應(yīng)用，認識化學(xué)的價值;通過問題引導(dǎo)、實驗探究，建立“化學(xué)反應(yīng)既有物質(zhì)變化又有能量變化”的基本認識，形成放熱、吸熱反應(yīng)化學(xué)概念，構(gòu)建新分類觀念。

2.概念理解，建構(gòu)模型

[任務(wù)]①從宏觀物質(zhì)變化的角度，分析反應(yīng)放熱、吸熱的原因;

②在坐標系中畫出放、吸熱反應(yīng)過程與能量變化的關(guān)系。

[歸納]學(xué)生交流討論，評價分析，形成如圖1的概念理解模型。

[問題]①化學(xué)反應(yīng)的微觀本質(zhì)是什么？

②化學(xué)鍵斷裂和形成伴隨著怎樣的能量變化？

[任務(wù)]以H2與Cl2反應(yīng)生成HCl氣體為例，結(jié)合微觀化學(xué)鍵分析，修改、完善能量一反應(yīng)過程圖;

[歸納]學(xué)生交流討論，評價分析，在圖1模型基礎(chǔ)上，完善成圖2模型。

[思考]①為什么說化學(xué)反應(yīng)中均存在吸熱和放熱過程？

②從微觀化學(xué)鍵變化角度，怎樣解釋放熱、吸熱反應(yīng)？

③在描述化學(xué)反應(yīng)中能量變化時，為什么要標注物質(zhì)的狀態(tài)？

④點燃、加熱等反應(yīng)條件，能否作為反應(yīng)放、吸熱的判斷依據(jù)？

設(shè)計意圖：科學(xué)概念具有概括性、微觀性和抽象性等特點，學(xué)生對科學(xué)概念的準確理解需要經(jīng)歷“濃縮”到“稀釋”的過程。本環(huán)節(jié)通過任務(wù)驅(qū)動-宏觀說理-過程建模-微觀探析-完善模型-問題思辨等舉措，對概念展開宏微觀視角解釋，對概念形成過程建模解讀，使概念形象化、直觀化，促進了學(xué)生對概念的理解，發(fā)展了學(xué)生的模型認知素養(yǎng)。

3.模型應(yīng)用，表達概念

[任務(wù)]①利用表1鍵能數(shù)據(jù)，計算1molH2與1molCl2反應(yīng)，生成2molHCl氣體的能量變化。

②若用△H（焓變）表示反應(yīng)吸收或釋放的熱量，請寫出H2與Cl2反應(yīng)的熱化學(xué)方程式。

③說說上述熱化學(xué)方程式的意義，指出它與化學(xué)方程式的異同？

④你認為正確書寫熱化學(xué)方程式應(yīng)注意哪些問題？

[應(yīng)用]已知拆開1mol氫氣中的化學(xué)鍵需要消耗436.4kJ能量，拆開1mol氧氣中的化學(xué)鍵需要消耗498kJ能量，形成水分子中的1moIH-O鍵能夠釋放462.8kJ能量。

①計算反應(yīng)2H2（g）+O2（g）=2H2O（g）的△H。

②宏微結(jié)合，用圖像表示上述反應(yīng)的能量變化過程。

③計算每克氫氣燃燒所釋放的熱量。

④結(jié)合③計算對比教材P37氫氣熱值數(shù)據(jù)，分析差異，給熱值下個定義。

設(shè)計意圖：熱化學(xué)方程式書寫不僅僅是一種技能，它屬于化學(xué)用語，具有幫助學(xué)生用符號準確表征概念、理解化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)的功能。在上一環(huán)節(jié)模型認知的基礎(chǔ)上，通過提出問題-計算焓變-嘗試書寫-比較歸納，幫助學(xué)生掌握熱化學(xué)方程式書寫這一程序性知識：變式應(yīng)用、概念融合、對比分析，完善和深化概念認識，實現(xiàn)概念精準表達。

4.概念延伸，問題解決

[問題]①不同化學(xué)反應(yīng)具有不同的反應(yīng)熱，人們是如何獲得反應(yīng)熱數(shù)據(jù)？

②化學(xué)反應(yīng)數(shù)目眾多，結(jié)合已有化學(xué)知識和教材P35“交流討論”欄目，討論、分享判斷放熱、吸熱反應(yīng)規(guī)律認識。

[實驗]鹽酸與氫氧化鈉反應(yīng);（創(chuàng)新：利用溫度傳感器測定溫度變化）

[史話]瑞士化學(xué)家蓋斯提出了理論計算化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)的“蓋斯定律”;

[歸納]①反應(yīng)熱數(shù)據(jù)可以通過實驗測得，也可進行理論計算;

②判斷反應(yīng)放、吸熱要依據(jù)科學(xué)實驗和理論計算，但也有一些經(jīng)驗規(guī)律：

放熱反應(yīng)：燃燒、酸堿中和、金屬與酸、大多數(shù)化合反應(yīng);

吸熱反應(yīng)：銨鹽與堿、大多數(shù)分解反應(yīng)。

[應(yīng)用]①已知56g Ca0與適量水完全反應(yīng)，生成Ca（OH）2固體，放出熱量57.86kJ，寫出該反應(yīng)的熱化學(xué)方程式。

②約50kJ的熱量能使200g飯菜溫度升高80℃左右。要使白熱飯盒中盛放400g飯菜加熱到1OO℃，自熱飯盒需要多少克Ca0與水？

設(shè)計意圖：反應(yīng)熱（焓變）數(shù)據(jù)怎么來？判斷化學(xué)反應(yīng)是放熱還是吸熱，有無一般認識規(guī)律？利用反應(yīng)熱知識能否對生產(chǎn)生活中實際問題解決進行科學(xué)預(yù)測？等問題的提出、思考成為必然，通過引入傳感器實驗、蓋斯定律史話手段，討論歸納，形成“具體到一般，感性到理性”認識，既呼應(yīng)了“引課”意圖，又拓寬了概念科學(xué)視野。

四、教后反思

基于“模型認知”的教學(xué)關(guān)注學(xué)生分析和解決問題的思維過程。因此，化學(xué)教學(xué)要借鑒“方法理解”的實踐取向，把學(xué)科知識、學(xué)科方法和思維方法融合在一起，讓學(xué)生在方法的引領(lǐng)下解決問題和獲取知識，在習(xí)得知識的同時掌握相應(yīng)的學(xué)科方法和思維方法[6]。課時通過實驗宏觀感知，形成概念;概念微觀剖析，構(gòu)建模型;用語科學(xué)表征，解決問題;將概念知識、認知策略和思維方法在教學(xué)中交融，達成了課時教學(xué)目標要求，促成了學(xué)生模型認知能力的發(fā)展。

基于“模型認知”的教學(xué)要重視教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化。教師在進行教學(xué)設(shè)計時要圍繞核心教學(xué)內(nèi)容“建?！?要引導(dǎo)學(xué)生通過建模來獲取知識和解決問題;要善于整合教學(xué)資源，配合學(xué)生的思維發(fā)展，形成適合學(xué)生認知的思維模型。因此本課教學(xué)在處理上將原定于2課時教學(xué)[1]，依據(jù)學(xué)情實際，進行重新梳理整合，將“熱值概念”“蓋斯定律史話”“反應(yīng)熱測定方法”等《化學(xué)反應(yīng)原理》模塊的相關(guān)內(nèi)容，以學(xué)生能理解且不增加學(xué)生負擔(dān)的方式取舍和整合，確保了概念模型認知體系的系統(tǒng)性和完整性。

基于“模型認知”的教學(xué)就是要指導(dǎo)學(xué)生在平時學(xué)習(xí)中善于發(fā)現(xiàn)和提出問題，學(xué)會研究和分析問題，能夠總結(jié)和歸類問題，建立解決問題的模型，從而實現(xiàn)教學(xué)方式和學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，促進學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。本課時以情景問題、任務(wù)問題、辨析問題、問題解決為問題設(shè)計思路，將“自熱飯盒是怎么回事？”“為什么化學(xué)反應(yīng)具有能量變化？”“研究化學(xué)反應(yīng)能量變化有何現(xiàn)實意義？”等生活和化學(xué)問題緊密聯(lián)系，優(yōu)化了教學(xué)過程，踐行了“真實問題”促進學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展的教學(xué)理念。

參考文獻

[1]單旭峰.對“模型認知”學(xué)科核心素養(yǎng)的認識與思考[J].化學(xué)教學(xué)，2019（3）：8

[2] 中華人民共和國教育部制定.普通高中化學(xué)課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：3

[3]張俊華，康永明.運用模型認知教學(xué)促進教師專業(yè)發(fā)展[J].中國教師，2017（2）下半月：77-78

[4] 袁野.高中生化學(xué)問題解決中建模能力的研究[D].揚州大學(xué)碩士論文，2009：20

[5]張晉，畢華林.模型建構(gòu)與建模教學(xué)的理論分析[J].化學(xué)教育，2017（13）：27-32

[6] 陸軍.化學(xué)教學(xué)中引領(lǐng)學(xué)生模型認知的思考與探索[J].化學(xué)教學(xué)，2017（9）：19-23

[7] 浙江省基礎(chǔ)教育課程改革專業(yè)指導(dǎo)委員會制定.浙江省普通高中學(xué)科指導(dǎo)意見[M].浙江：浙江教育出版社，2012：23-24