張永久

摘 ? ?要：化學認識模型的建構過程是一個輸入過程，但輸入的不僅僅是知識系統(tǒng)，還有問題系統(tǒng)、任務系統(tǒng)和認識系統(tǒng)等，需要學生經(jīng)過深度加工才能完成。運用化學認識模型解決問題的過程是一個輸出過程，外顯在化學認識模型中的認識方法可以內(nèi)化為學生的自我監(jiān)控和自我評價能力。教學中通過構建并運用化學認識模型，有利于學生形成和發(fā)展認識素養(yǎng)。

關鍵詞：化學認識模型;認識素養(yǎng);學習能力;研究能力;專項能力

化學認識模型是指導學生學習化學知識、研究化學問題的一種系統(tǒng)化思維模式，可在“研究范圍是什么、從哪些角度切入研究、需要完成哪幾類任務”等方面為學生提供系統(tǒng)化的指導?；瘜W教學中，針對某一特定領域、特定目的建構化學認識模型，并基于化學認識模型設計和實施教和學，有利于促進學生認識素養(yǎng)的發(fā)展。以下是筆者的一些實踐和思考。

一、化學認識模型的建構和運用過程就是認識系統(tǒng)化的過程

建構化學認識模型，就是把特定的研究對象和解決問題過程轉化為可重復、可推廣的認識規(guī)律，提取解決該類問題的一般思維方法，形成結構化、系統(tǒng)化的思維模型。在此基礎上，引導學生基于化學認識模型學習化學知識、解決化學問題，幫助學生跨越認知障礙，引導學生遵循思維規(guī)律挑戰(zhàn)認知高度，讓學生學會像專家一樣去學習知識和研究問題。高中化學教學中，化學認識模型的建構和運用過程可用圖1來表示。

化學認識模型的建構過程是一個輸入過程，輸入的不僅僅是化學知識系統(tǒng)，還有化學問題系統(tǒng)、能力任務系統(tǒng)和化學認識系統(tǒng)等，在輸入過程中需要學生對知識、問題、任務等進行深度加工，以形成系統(tǒng)化的認識角度和穩(wěn)定的認識思路?；瘜W認識模型的建構過程還是一個建立聯(lián)系通道的過程，需要建立不同化學知識之間的聯(lián)系、不同化學問題之間的聯(lián)系、不同能力任務之間的聯(lián)系以及不同認識角度和認識思路之間的聯(lián)系。運用化學認識模型解決問題的過程是一個輸出過程，是一種認識角度、認識思路外顯化的具體途徑，從中提升學生自覺調(diào)用認識角度、自動檢索思維方法、自我監(jiān)控問題解決過程的能力。

化學認識模型是一種具有多種教學功能的思維模式。在學生學習化學知識和研究化學問題的過程中，化學認識模型是關于知識系統(tǒng)、認識系統(tǒng)、實際情境系統(tǒng)、能力任務系統(tǒng)的總綱。在教師施教的過程中，化學認識模型又是指導教學設計、教學實施、教學評價的總綱，教師可以根據(jù)化學認識模型設計教學目標、能力活動任務和相關化學能力活動，可以根據(jù)化學認識模型確定評價素養(yǎng)類型和對應的表現(xiàn)水平。

二、基于化學認識模型促進學生認識素養(yǎng)發(fā)展的兩種途徑

（一）通過構建和運用化學認識模型提升學生的學習和研究能力

高中化學可以分成元素化合物、物質結構基礎、化學反應原理、有機化學基礎、化學實驗等幾大領域，每個大領域還可以分成若干個子領域，學生在每一個領域的學習過程中都會由于沒有清晰的認識角度、認識思路等原因產(chǎn)生認識瓶頸，導致在解決與該領域相關問題時常會產(chǎn)生思維障礙。教學中，通過構建并運用化學認識模型來提升學生針對某領域內(nèi)知識的學習能力、相關問題的研究能力，從而有效促進學生的認識素養(yǎng)發(fā)展。

以元素化合物為例，教學中教師可以根據(jù)教材中每一章、每一節(jié)的學習要求，并根據(jù)前后順序的安排，分兩個階段來完成。

第一階段，先以某種元素為線索（如氯、硫、鈉、鐵及其化合物）建構化學認識模型，讓學生基于所建構的化學認識模型學習對應元素化合物的知識，研究相關問題。針對氯、硫、鈉、鐵等具體元素的化合物學習時，可以引導學生建構對應元素的“價態(tài)—類別二維圖”，讓學生以此作為學習元素及其化合物性質、解決元素及其化合物相關問題的化學認識模型，完成關于對應元素及其化合物的性質預測和驗證、相互轉化反應的預測和驗證等學習活動。如必修1中關于“氯及其化合物”的教學就屬于上述的第一階段，可以引導學生建構氯元素的“價態(tài)—類別二維圖”，讓學生以此作為學習氯元素及其化合物性質、解決氯元素及其化合物相關問題的化學認識模型，完成關于氯氣、次氯酸等含氯物質的性質預測、轉化等學習活動[1]。當然，在其他元素及其化合物教學中，也可以建構對應元素的“價態(tài)—類別二維圖”，進行類似的學習和研究活動。

第二階段，構建并運用適用面更廣、更具有遷移價值的元素化合物認識模型，以促進學生自覺運用多種角度認識元素化合物的性質，促進學生形成認識元素化合物性質的穩(wěn)定思路。當學生已掌握比較豐富的元素化合物知識，積累了較多的元素化合物知識的學習經(jīng)驗、研究與元素化合物相關問題的能力，就應該讓學生的認識發(fā)展進入第二階段，即建構和運用適用面更廣、更具遷移價值的元素化合物認識模型，王磊老師團隊提出了現(xiàn)已成為中學化學教學經(jīng)典的元素化合物認識模型 [2]。其中包含：①研究領域（元素化合物領域內(nèi)的研究對象可歸結為元素和不同元素、物質和物質組等）;②化學問題（元素化合物領域內(nèi)的問題通常會以物質保存、物質使用、物質鑒別和鑒定、物質分離和物質制備等多種實際問題形式，本質上可歸納為“性質”和“轉化”兩類）;③任務維度（能力水平從低到高依次分為理解型任務、應用型任務、遷移型任務三類）;④認識維度（以物質類別通性、基于核心元素價態(tài)、基于元素周期律、基于化學反應原理等作為元素化合物領域的認識角度，其中類別通性、核心元素價態(tài)是核心認識角度）等。教學中基于元素化合物認識模型進行教和學，有利于落實新課標要求的教、學、評一體化原則。

在與物質制備相關的化工生產(chǎn)內(nèi)容教學中，也要引導學生建構針對性的化學認識模型。筆者在進行“銅、鐵的冶煉”教學時，設計了以下任務。

任務1 ? 分析“銅礦→銅”的關鍵步驟（初步形成化學認識模型）。

任務2 ? 由“銅礦→銅”經(jīng)類比遷移研究“鐵礦→鐵”的過程（由學生自主運用“模型”研究工業(yè)煉鐵相關內(nèi)容，既為學生設計認知腳手架，也給學生創(chuàng)設一個發(fā)展“模型認知”素養(yǎng)的機會）。

任務3 ? 從煉銅、煉鐵等個例的研究中，概括出金屬冶煉一般步驟（讓學生經(jīng)過拓展、歸納，概括得出學習和研究金屬冶煉的“化學認識模型”的一般形式，再經(jīng)過討論得出適應面更廣的物質制備“化學認識模型”），詳見圖2。

上述教學過程中，學生不僅學習理解了有關銅、鐵冶煉的知識，還提高了對化工生產(chǎn)相關的認識能力，對物質制備相關的化工生產(chǎn)過程有了概括性的認識，為將學到的知識更好地遷移運用打下了基礎。

實際上，化學認識模型可看作是一種具有傳遞功能的認識成果，是師生之間、生生之間交流過程中可以相互傳遞的智慧化符號;解決化學問題過程中，化學認識模型可以成為學生自主操控的接近理想化的方法，又是學生開展化學思維活動的基本單位，還是師生、生生之間交流思維成果的工具。

（二）通過構建和運用化學認識模型發(fā)展學生的專項能力

高中化學中有些模塊、有些章節(jié)的學習，需要與之匹配的專項能力，實際上解決不同領域相關的實際問題也往往需要相應的專項能力。高中化學教學中教師要有計劃地針對不同領域培養(yǎng)學生的專項能力，才能將化學學科核心素養(yǎng)落實到相應的化學知識學習過程中，以達到化學學業(yè)質量水平的要求。在關于元素化合物的教學中，就需要培養(yǎng)學生的“物質性質的預測能力、物質組成的探究能力、物質的制備能力”等專項能力。

關于物質性質的預測能力是一項重要的專項能力，是學習元素化合物知識、解決與元素化合物有關的實際問題所必需的關鍵能力。我們認為，可以在不同階段構建并運用對應的化學認識模型來培養(yǎng)學生的“關于物質性質的預測能力”。在不同階段，不同的學生對于物質性質的認識能力差異較大，可以針對學生的實際情況構建不同的化學認識模型來發(fā)展學生的認識素養(yǎng)。若學生在關于物質性質學習方面的經(jīng)驗不多，可以引導學生構建如圖3所示的物質性質認識模型，讓學生根據(jù)圖3中三種認識角度預測物質的化學性質。

結合關于物質性質的實驗探究過程，也可以跟學生一起建構圖4 [3]所示的“研究物質性質的認識模型”，讓學生運用此認識模型探究重要物質的化學性質。

例如，黃鐵礦（FeS2）是我國工業(yè)制硫酸的重要原料，也是高中階段需要學生研究并掌握其性質的一種重要化合物，但大多數(shù)學生只是靠記憶了解“黃鐵礦能夠在氧氣中燃燒生成二氧化硫”，沒有研究黃鐵礦性質的經(jīng)歷，對黃鐵礦的多種性質無法做出預測和驗證。因此，可設計如下教學流程，引導學生對黃鐵礦的性質進行預測和驗證。

第一步：觀察FeS2樣品。黃鐵礦呈金黃色，外觀似黃金（黃鐵礦的俗名叫作“愚人金”），是一種自然礦物，預測其有較好的穩(wěn)定性。

第二步：引導學生從元素價態(tài)、物質分類等角度預測其性質。黃鐵礦中鐵元素呈+2價，所含過硫根離子（S22-）中硫元素呈-1價，預測黃鐵礦既有氧化性，也有還原性;FeS2屬于鹽類物質、過硫化物（可以跟過氧化物類比），預測其能夠跟酸反應，能夠發(fā)生分解反應等。

第三步：設計實驗方案進行驗證。FeS2與稀硫酸混合，產(chǎn)生臭雞蛋氣味的氣體，同時溶液中有淺黃色的物質生成。將FeS2隔絕空氣加強熱，可以生成一種黑色固體和一種淺黃色的固體。

第四步：通過與其他物質進行比較，總結歸納黃鐵礦的性質。與FeS比較，F(xiàn)eS2與稀硫酸反應生成FeSO4與H2S2;與H2O2比較，H2S2也會分解生成H2S與S，進一步推理，F(xiàn)eS2隔絕空氣分解生成FeS與S。

通過上述探究活動，學生對FeS2的性質就有了比較清晰與完整的了解。

在有機化學基礎內(nèi)容學習過程中，可以引導學生結合有機化合物的特點構建“預測有機物性質的認識模型”，讓學生依據(jù)“化學鍵的飽和度、鍵的極性→斷鍵部位→斷鍵方式與反應類型→反應試劑、反應條件、反應產(chǎn)物→鄰近基團對鍵極性的影響……”的思維程序來學習和研究重要有機物的性質。如在選修模塊《有機化學基礎》中關于“醛”的教學中，可以抓住“羰基”（這是烴的含氧衍生物中十分重要的官能團，醛、羧酸、酯等烴的含氧衍生物都含有碳氧雙鍵），碳氧雙鍵屬于多重鍵（雙鍵或三鍵），由于碳元素和氧元素的電負性不同，所以碳氧雙鍵是極性多重鍵，在此基礎上再引導學生分析討論醛基中羰基對碳氫鍵的影響，形成對醛基特征的整體認識，理解與醛基相關的化學反應（加成反應、氧化反應等），學生經(jīng)歷了這樣的分析碳氧雙鍵結構特征的一般思路，就為將來分析其他多重鍵的特征和相關反應打下了遷移應用的基礎。

化學教學中還可以結合實際問題，引導學生構建“材料問題的認識模型”，讓學生依據(jù)以下程序研究材料問題。第一步，分析材料的化學成分;第二步，根據(jù)材料的性能和使用注意事項研究物理性質和化學性質;第三步，考慮材料的價值，分析制備時原料的選擇等……基于這一認識模型能夠發(fā)展學生從生活中發(fā)現(xiàn)問題的能力，可用于研究鋁、鐵、銅等金屬材料，也可用于研究非金屬材料。

建構有遷移價值的發(fā)展專項能力的化學認識模型，是化學知識學習實現(xiàn)化學學科關鍵能力發(fā)展、化學學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的具體途徑。引導學生建構并運用化學認識模型，可以促進學生將外顯在化學認識模型中的認識角度、認識思路內(nèi)化為自我監(jiān)控、自我評價能力。

化學認識模型，可以針對某個單元、某個章節(jié)或某個模塊，包含認識角度系統(tǒng)、知識系統(tǒng)、能力任務系統(tǒng)等多個系統(tǒng)構成的較大系統(tǒng)。從系統(tǒng)的層面、鳥瞰的視角對某領域進行認識化的梳理，使學習過程變得有序、有系統(tǒng)、有進階。化學認識模型為教師和學生提供了理解知識最普遍的世界觀和方法論。當然，化學認識模型不能當作一個具體知識點傳授給學生，而是應該通過特定實例的學習過程逐步讓學生自主構建起來。

參考文獻：

[1]陳進前.分階段促進學生化學學科認識方式發(fā)展[J].現(xiàn)代中小學教育，2018（3）：44-49.

[2]王磊，郭曉麗，王瀾，等.元素化合物認識模型及其復習教學中的應用——以高中《化學1》“金屬元素及其化合物”單元復習為例[J].化學教育，2015（5）：15-21.

[3]胡久華，黃燕寧.普通高中課程標準實驗教科書·化學1（必修）[M].濟南：山東科學技術出版社，2019：50.