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        基于模型認(rèn)知的高中化學(xué)教學(xué)實(shí)踐研究
        ——以“化學(xué)能與電能”為例

        2021-11-24 09:00:42張星華
        數(shù)理化解題研究 2021年33期
        關(guān)鍵詞:情境實(shí)驗(yàn)模型

        韓 博 張星華

        (1.甘肅省環(huán)縣第一中學(xué) 745700;2.甘肅省環(huán)縣第五中學(xué) 745700)

        模型認(rèn)知既是一種素養(yǎng),又是一種能夠促使學(xué)生更好的構(gòu)架知識體系的教學(xué)指導(dǎo)方式,為此教師應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確認(rèn)識這一理念對于實(shí)際教學(xué)所起到的作用,從而將學(xué)生培養(yǎng)成應(yīng)用型人才.電化學(xué)模塊是化學(xué)學(xué)科的重要原理性知識之一,電化學(xué)模塊融合的知識點(diǎn)較多并彼此滲透,其中諸多知識點(diǎn)較為抽象和微觀,學(xué)生在學(xué)習(xí)中所面臨的困難較多,因此要通過模型建構(gòu)、修正和應(yīng)用等引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合宏觀現(xiàn)象,通過證據(jù)推理其微觀原理,提升模型認(rèn)知水平.

        一、模型認(rèn)知的內(nèi)涵

        “認(rèn)知”既是哲學(xué)概念,也是心理學(xué)概念,在認(rèn)知心理學(xué)中認(rèn)知指的是人類對信息加工的過程,強(qiáng)調(diào)以個(gè)人的基礎(chǔ)建構(gòu)對于世界上所存在的真實(shí)情況的知識體系,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)實(shí)世界的互動.化學(xué)中的“模型認(rèn)知”是基于某種模型的認(rèn)知,即是“基于模型進(jìn)行思維的一種方式”,具有化學(xué)思維特征.學(xué)習(xí)是一個(gè)從“是什么”,過渡到“為什么”,從而達(dá)到“怎么用”的過程,與感知世界的流程有一定得聯(lián)系,因此遵循探究事物本質(zhì)屬性的原則.在高中化學(xué)教學(xué)中,關(guān)于核心素養(yǎng)的組成做出了明確的界定,其中證據(jù)推理與模型認(rèn)知是其中的一大組成部分,說明在教學(xué)中教師要致力于將學(xué)生所學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)換為借助證據(jù)推演出觀點(diǎn)間的邏輯關(guān)系的方式,從而構(gòu)建起符合本質(zhì)屬性的模型.由此可見,模型認(rèn)知的過程要融入到化學(xué)學(xué)科的日常教學(xué)中,從而確??蓱?yīng)用其解決實(shí)際問題.

        二、基于模型認(rèn)知的高中化學(xué)教學(xué)實(shí)踐研究

        1.情境創(chuàng)設(shè),初步構(gòu)建模型

        為將“是什么”這一層面的認(rèn)知解析透徹,教師可運(yùn)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)、信息技術(shù)等,將真實(shí)的化學(xué)情境展現(xiàn)在學(xué)生眼前.由于電化學(xué)模塊較為抽象,所包含的知識覆蓋面廣,因此要充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)、信息技術(shù)的作用,在初步構(gòu)建模型的階段,將直觀的情境展示完全,進(jìn)而激活興趣,使得學(xué)生在環(huán)環(huán)相扣的真實(shí)情境中感受化學(xué)的魅力,奠定模型構(gòu)建的基礎(chǔ).

        例如,在進(jìn)行原電池的初始學(xué)習(xí)中,教師在模型認(rèn)知階段要充分利用情境創(chuàng)設(shè)的辦法,通過溫故知新的方式,將鋅片、銅片放入溶液中的過程展示出來,并在展示前詢問學(xué)生:二者在反應(yīng)的過程中有何相同和不同之處?學(xué)生給出表面析出固體顏色有差異的回答后,教師利用多媒體將兩個(gè)實(shí)驗(yàn)過程還原,證明其說法是否精準(zhǔn).而后,繼續(xù)提出問題:那么分別將兩種金屬放置于稀硫酸中,其又會產(chǎn)生什么現(xiàn)象?同樣在回答鋅片表面有氣泡、銅片沒有反應(yīng)后,給出檢驗(yàn)的視頻.此舉是為了更好地引導(dǎo)學(xué)生感知不同還原劑的強(qiáng)弱差異,從而在腦海中調(diào)取關(guān)于氧化還原反應(yīng)的模型,進(jìn)而幫助其更好地過渡到原電池的模型上.隨后,展示火力發(fā)電的圖片,說明化學(xué)能可轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能,進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽@其中可將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置可稱之為原電池.

        通過引入環(huán)節(jié)情景的創(chuàng)設(shè),學(xué)生已經(jīng)明確了本節(jié)課所要探究的內(nèi)容,接著可以通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)的開展進(jìn)一步開展教學(xué),在實(shí)驗(yàn)開展的過程中,可以借助一些教學(xué)策略如PDEODE教學(xué)策略,為學(xué)生提供思考、交流、解釋、展示的時(shí)間和平臺,使得學(xué)生能夠依據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行大膽的猜測、充分的交流,并將不同的觀點(diǎn)進(jìn)行展示解釋,在此過程中通過思維的碰撞、相互的質(zhì)疑,最終結(jié)合所觀察到的宏觀現(xiàn)象對原電池的工作原理進(jìn)行解釋說明.以基于PDEODE教學(xué)策略探究Fe|稀H2SO4|Cu原電池實(shí)驗(yàn)裝置為例,通過以下問題串:1.此裝置和銅鋅原電池的實(shí)驗(yàn)裝置有哪些區(qū)別?2.請你預(yù)測導(dǎo)線接通后可能的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象?3.你觀察到了哪些具體的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象?4.怎樣解釋這些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象?5.請寫出Fe|稀H2SO4|Cu電池的電極反應(yīng)式.6.試著思考原電池構(gòu)成的條件都有哪些?這些問題串穿插在PDEODE教學(xué)策略的六個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中,為學(xué)生的思考、實(shí)驗(yàn)操作、現(xiàn)象觀察、交流、解釋、質(zhì)疑、展示等提供了充分的保證,通過此實(shí)驗(yàn)探究過程,學(xué)生能夠?qū)⒑暧^現(xiàn)象作為證據(jù)對原電池的微觀原理進(jìn)行解釋,在此過程中進(jìn)行原電池模型的初步建構(gòu),加深對氧化還原反應(yīng)的認(rèn)知水平.

        2.大膽求證,驗(yàn)證假設(shè)模型

        從“是什么”的情境中過渡到驗(yàn)證和修正模型的階段需要教師積極予以引導(dǎo),運(yùn)用問題情境創(chuàng)設(shè)和小組討論的模式,提出逐漸深入的問題,以此為討論的主題,學(xué)生在不斷的分析環(huán)節(jié)中自然對模型中與本質(zhì)屬性間不相符的部分有所認(rèn)識,同時(shí)在教師的指導(dǎo)下,將逐漸進(jìn)入到模型深化的層面上,踐行“為什么”的要求.與此同時(shí),教師應(yīng)當(dāng)為證據(jù)的提出和分析創(chuàng)建良好的氛圍,通過反問、追問等方式,引導(dǎo)學(xué)生自主提出論證的證據(jù),以此實(shí)現(xiàn)模型修正和驗(yàn)證的目標(biāo).

        繼續(xù)以原電池模型的構(gòu)建為例,在驗(yàn)證模型的環(huán)節(jié),教師要給出高溫熔融鹽電池、手機(jī)鋰離子電池、氧氫燃料電池、堿性鋅錳干電池的工作原理圖,結(jié)合以上幾個(gè)圖片所展示的信息,判定下列說法是否正確:(1)原電池中必須有溶液;(2)原電池的正極一定得電子;(3)原電池的正負(fù)極活性存在差異.學(xué)生積極反饋,結(jié)合之前所構(gòu)建的模型,并結(jié)合干電池的工作原理,看出這幾個(gè)說法均不正確,主要原因在于原電池的正負(fù)極材料并無限制,其可由同種材料構(gòu)成,自然在活性上也保持一致,并且正極不一定為氧化劑.高溫熔融鹽電池中不包含溶液,其電解質(zhì)為熔融狀態(tài).給出這幾個(gè)問題是為了讓學(xué)生對原電池構(gòu)成的充要條件有更為深入的認(rèn)識,明確在原電池能夠出現(xiàn)電子轉(zhuǎn)移的情況只要能夠保證電子定向移動且形成閉合電路即可,并保證其所發(fā)生的反應(yīng)為氧化還原反應(yīng),由此對之前的模型進(jìn)行修正,形成圖1所示的結(jié)構(gòu),使得模型更為科學(xué).

        圖1

        3.解讀內(nèi)涵,完成模型應(yīng)用

        科學(xué)知識學(xué)習(xí)的最終目的是作用于實(shí)際生活中,為達(dá)成這一目標(biāo),在電化學(xué)模塊知識教學(xué)的過程中,教師要最終將所形成的模型引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用到實(shí)際生活中,建立起知識與實(shí)踐之間的橋梁,保證知識的應(yīng)用效果.

        在將原電池模型構(gòu)建后,要保證應(yīng)用的效果,因此教師要通過與生活建立起聯(lián)系的方式,從而提升與應(yīng)用的效果.提出問題:在制取氫氣的過程中,常用稀硫酸與鋅反應(yīng)制得,其中在選擇反應(yīng)物的過程中,常選擇含有鉛、銅等雜質(zhì)的粗鋅,那么請你說一說如此選擇的理由?學(xué)生聯(lián)想到要想制取氫氣需要保證反應(yīng)的速率和純度,雜質(zhì)并不與稀硫酸發(fā)生反應(yīng),那么選擇粗鋅的理由是要將鋅與其他雜質(zhì),在稀硫酸的環(huán)境下形成原電池,從而加快反應(yīng)的速率.追問:那么同學(xué)們思考一下,在生活中你是否見過原電池的應(yīng)用?試著和其他同學(xué)分享一下.學(xué)生想到了生銹,由于水附著在鐵制器皿的表面,而且氧氣具有溶于水的性質(zhì),因此鐵制器皿中的碳和鐵就在氧氣的環(huán)境中形成了原電池,加快了生銹的速率.通過與生活實(shí)際聯(lián)系,進(jìn)而提升對此門學(xué)科的學(xué)習(xí)積極性.

        綜上所述,在高中化學(xué)電化學(xué)模塊的教學(xué)中要重視對證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)的培養(yǎng),通過創(chuàng)建真實(shí)的實(shí)驗(yàn)或者生活情景,將學(xué)生帶入到模型認(rèn)知的環(huán)境中,使其初步對模型有所了解,明確本節(jié)課的研究重點(diǎn),而后運(yùn)用問題串設(shè)置、啟發(fā)式教學(xué)、小組探討交流等方法,引導(dǎo)學(xué)生對所構(gòu)建的模型進(jìn)行論證和修正,最后運(yùn)用到實(shí)際生活中,提高模型認(rèn)知能力,促進(jìn)證據(jù)推理與模型認(rèn)知核心素養(yǎng)的提升.

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