馮小明
(安徽省廣德市廣德中學(xué) 242200)
《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》指出,化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括5個方面.“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的內(nèi)涵包括具有證據(jù)意識,能基于證據(jù)對物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及其變化提出可能的假設(shè),通過分析推理加以證實或證偽;建立觀點、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系;知道可以通過分析、推理等方法認(rèn)識研究對象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系,建立模型.能運用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象,解釋現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律.同時,新課程標(biāo)準(zhǔn)也在課程目標(biāo)體系中對“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”作了具體要求.
模型的分類有不同的標(biāo)準(zhǔn),按照模型與原型的相似程度和直觀性大小,大體上將模型劃分為三類:形象模型、符號模型、數(shù)學(xué)模型.形象模型是以一定的形象或圖像反映原型的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和機制.中學(xué)化學(xué)教學(xué)中,用到的形象模型有原子模型、電子云模型、球棍模型、比例模型、化工流程圖等,通過這些形象模型的輔助教學(xué),突破了教學(xué)難點,起到了事半功倍的教學(xué)效果.
教師除運用已有化學(xué)模型進行教學(xué),還可以和學(xué)生一起分析系統(tǒng)性較強又較為抽象的專題,學(xué)會構(gòu)建模型,并在教學(xué)實踐中不斷優(yōu)化拓展,逐漸構(gòu)建各種模型.構(gòu)建模型既服務(wù)于教學(xué),充分調(diào)動學(xué)生研究化學(xué)科學(xué)的積極性,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣,也有利于培養(yǎng)學(xué)生模型認(rèn)知和構(gòu)建能力,有利于高中化學(xué)核心素養(yǎng)的落地,逐步形成研究科學(xué)的素養(yǎng)和品質(zhì).
建模和用模是培養(yǎng)學(xué)生模型認(rèn)知能力的兩個過程,二者相輔相成,是一個整體.建模是基礎(chǔ),是用模的前置條件,用模是目的,是對建模的驗證和深化.在建模過程中,教師要突出學(xué)生的主體地位,充分引導(dǎo)學(xué)生敢于突破學(xué)科常規(guī)思維,勇于跨學(xué)科、跨領(lǐng)域類比、類推,大膽假設(shè),小心求證,通過相互討論、相互激發(fā)、相互質(zhì)疑、相互補充,讓學(xué)生融入到主動探索學(xué)習(xí)的氛圍之中.
在教師引導(dǎo)下,學(xué)生通過研究原型,分析問題本質(zhì)后構(gòu)建初級模型,運用、理解和拓展模型,反復(fù)修改構(gòu)建高級模型,在此過程中,學(xué)生不僅獲得了較完善的模型,教師也落實了基于化學(xué)核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)(如圖1所示).
圖1
《化學(xué)反應(yīng)原理》中電離平衡一節(jié)內(nèi)容抽象,類型復(fù)雜多變,學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中較難掌握,教師可先展示漂浮的冰山圖片如圖2所示,引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建形象模型.
通過模型,學(xué)生形象地認(rèn)識到弱電解質(zhì)的電離程度是微弱的,只有很少一部分發(fā)生了電離,大部分弱電解質(zhì)未電離.進一步引導(dǎo)學(xué)生思考如何表示鹽酸等強電解質(zhì)的電離呢?學(xué)生分析、討論,拓展構(gòu)建鹽酸的電離模型如圖4所示,教師繼續(xù)趁熱打鐵,給出例題.
例題在兩份等量的足量鋅粉中分別滴加:
(1)10mL 0.01mol/L的鹽酸;
(2)10 mL 0.01 mol/L的醋酸.
比較大?。?/p>
①開始產(chǎn)生氫氣的速率;
②完全反應(yīng)后所得氫氣的體積(相同狀況下).學(xué)生思考后建模如圖5所示.
分析根據(jù)v(H2)∝c(H+)和模型,開始c(H+)大小關(guān)系:鹽酸>醋酸,故產(chǎn)生氫氣速率:鹽酸>醋酸.又根據(jù)V(H2)∝n(H+),醋酸未電離的H+可以隨反應(yīng)進行繼續(xù)電離出來,并與鋅粉反應(yīng),結(jié)合模型,二者面積相等,故醋酸參加反應(yīng)的H+總量與鹽酸相同,完全反應(yīng)產(chǎn)生氫氣相等.學(xué)生已經(jīng)基本理解該模型,但靈活運用上還有困難,教師再次給出變式練習(xí)加以鞏固.
練習(xí)在兩份等量的足量鋅粉中分別滴加:
(1)10mL pH=2的鹽酸;
(2)10 mL pH=2的醋酸.
比較大?。?/p>
①開始產(chǎn)生氫氣的速率,
②反應(yīng)一段時間后產(chǎn)生氫氣的速率,
③完全反應(yīng)后所得氫氣的體積(相同狀況下).
學(xué)生獨立思考、重新構(gòu)建模型如圖6所示.
學(xué)生運用前面所學(xué)知識很容易構(gòu)建模型來分析①③,而面對②,則較困難,教師引導(dǎo)學(xué)生從題中“反應(yīng)一段時間后”必消耗一定量的H+,如同冰山融化一部分,隱藏的冰山就會上浮,激發(fā)學(xué)生思考弱電解質(zhì)的電離平衡被破壞,發(fā)生電離平衡的移動,學(xué)生運用勒夏特列原理,重新構(gòu)建模型,在新模型中,可以清晰的看出醋酸和鹽酸中的c(H+)均減小,但前者大于后者,故產(chǎn)生氫氣的速率為:醋酸>鹽酸.學(xué)生在不斷思考、分析中,通過建模、改模的反復(fù)構(gòu)建中強化了模型理解和拓展能力,培養(yǎng)了學(xué)生模型認(rèn)知和構(gòu)建能力,落實了高中化學(xué)核心素養(yǎng)的目標(biāo).
模型從原型而來,不能簡單地等同于原型,要充分理解二者的聯(lián)系和本質(zhì)區(qū)別.模型的發(fā)展離不開新問題,要遵從由淺入深,循序漸進,逐步提高的原則,同時隨著核心知識的深入學(xué)習(xí),模型在新問題中可能不能適用,甚至出現(xiàn)錯誤,這是事物發(fā)展的自然規(guī)律,教師要用引導(dǎo)學(xué)生用發(fā)展的眼光看問題,積極地、科學(xué)地評價模型,總結(jié)得失,這樣就能在構(gòu)建模型的教學(xué)中不斷落實化學(xué)核心素養(yǎng)的目標(biāo).