文/林妹英

引言

在化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中，模型認(rèn)知是非常重要的內(nèi)容，是化學(xué)學(xué)科思想與方法的重要組成部分，也是使學(xué)生從具體認(rèn)知轉(zhuǎn)變?yōu)槌橄笳J(rèn)知、從感性思維轉(zhuǎn)變?yōu)槔硇运季S的重要手段。作為發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的主要陣地，在高中化學(xué)課堂教學(xué)中如何進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，直接影響到核心素養(yǎng)的落實(shí)程度，也直接影響著教學(xué)效果。因此，在實(shí)際教學(xué)中，教師需要轉(zhuǎn)變自身的教學(xué)理念，把培養(yǎng)學(xué)生的模型認(rèn)知作為重要的教學(xué)目標(biāo)?；谀Ｐ蜆?gòu)建，教師在傳授化學(xué)知識和技能的同時，能切實(shí)提高學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)興趣與自信心，提升學(xué)生的思維品質(zhì)，有效發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

一、模型構(gòu)建的內(nèi)涵與功能

（一）模型構(gòu)建的內(nèi)涵

模型構(gòu)建在不同領(lǐng)域中的定義存在一定差異。簡單來講，“模型”就是以科學(xué)分析為基礎(chǔ)，突出事物的主要特征，省略其非本質(zhì)特性的一種簡單化、標(biāo)準(zhǔn)化的描述。學(xué)生在教師的引領(lǐng)下經(jīng)歷“文本解讀→原型提煉→模型創(chuàng)建”的這個過程，稱之為“模型構(gòu)建”[1]。模型構(gòu)建的對象既可以是具體的實(shí)物，也可以是抽象的概念。

（二）模型構(gòu)建的功能

模型構(gòu)建實(shí)際上就是對模型進(jìn)行建構(gòu)的過程，屬于一種高效的學(xué)科思維方法，也是學(xué)生系統(tǒng)掌握知識及相關(guān)解題策略的重要學(xué)習(xí)工具。構(gòu)建教學(xué)具有把教材中煩瑣的語言進(jìn)行簡化描述，轉(zhuǎn)化成符號、圖表等模型化語言的功能，不僅可以將一些抽象結(jié)構(gòu)利用實(shí)物進(jìn)行模型假想，達(dá)到對其內(nèi)在結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行形象解釋的功能，還可以借助已經(jīng)構(gòu)建的模型，利用遷移、對比、推理等方式，檢驗(yàn)構(gòu)建的模型是否具有合理的遷移推理應(yīng)用功能。構(gòu)建的模型屬于一種直觀的教學(xué)手段。通過對模型進(jìn)行研究，學(xué)生可以加深對知識的理解與掌握，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣與自信心，提高學(xué)習(xí)效率，有效提升分析和解決問題的能力。

二、在高中化學(xué)課堂中應(yīng)用模型構(gòu)建的重要性

高中化學(xué)知識點(diǎn)多，內(nèi)容繁雜，知識體系比較散亂，實(shí)際化學(xué)問題的解決也需要多種方法與策略。教師通過模型構(gòu)建，能有效分解化學(xué)原理型知識模塊，更加直觀、清晰地講解知識點(diǎn)，幫助學(xué)生更好地對知識進(jìn)行加工并應(yīng)用于解題中[2]。無論是在概念教學(xué)中，還是在理論規(guī)律教學(xué)中，抑或是在化學(xué)反應(yīng)教學(xué)中，樹立模型構(gòu)建思想，把復(fù)雜的化學(xué)知識變得具有層次化和模式化，更易于學(xué)生對化學(xué)知識的理解、掌握與應(yīng)用。教師在高中化學(xué)教學(xué)中應(yīng)用模型構(gòu)建，不僅可以幫助學(xué)生梳理化學(xué)知識，使其通過構(gòu)建模型理解化學(xué)知識，形成多樣性、全面性的認(rèn)識，還可以使其通過構(gòu)建模型解決化學(xué)問題，提高解題的規(guī)范性和準(zhǔn)確性。

三、基于模型構(gòu)建的化學(xué)教學(xué)策略

（一）構(gòu)建物理模型，培養(yǎng)學(xué)生的“宏微結(jié)合”思維

物理模型可以分為實(shí)物物理模型和虛擬物理模型。在高中化學(xué)教學(xué)的應(yīng)用中，前者主要是指利用實(shí)物或者畫圖，直觀表達(dá)出所要描述的對象；后者是在對前者形成概念性認(rèn)知的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步虛（模）擬出新化學(xué)物質(zhì)的微觀（抽象）空間結(jié)構(gòu)，甚至預(yù)測其具有某些性質(zhì)的能力。教師在引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建物理模型開展教學(xué)活動時，需要注重教學(xué)內(nèi)容和素材的選擇，可以讓學(xué)生利用身邊常見的材料，直接展示實(shí)物物理模型或動手搭建形象卻表示微觀（抽象）空間結(jié)構(gòu)的虛擬物理模型。學(xué)生通過親手搭建宏觀模型，既能加深對相關(guān)知識的理解，又能拓展對化學(xué)物質(zhì)的想象空間，豐富自身的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，從而有效提升對化學(xué)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)認(rèn)識。物理模型構(gòu)建的過程不僅可以幫助學(xué)生更加深入地理解化學(xué)知識，還可以有效提升學(xué)生的動手操作能力，并引導(dǎo)學(xué)生預(yù)測物質(zhì)的性質(zhì)，提升學(xué)生的學(xué)科思維水平，發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

以“有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)”為例，判斷有機(jī)物的空間結(jié)構(gòu)要求學(xué)生具有較強(qiáng)的想象力，而利用文字描述平面模型，無法幫助學(xué)生創(chuàng)建對有機(jī)物空間結(jié)構(gòu)的認(rèn)識。因此，在教學(xué)過程中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行物理模型構(gòu)建，通過手工制作的方式，對有機(jī)物的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行構(gòu)建模擬。這不僅可以為課堂增添生動氣息，還可以促使學(xué)生更加深入地理解有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)。例如，在講解“乙烷、乙烯和乙炔的空間結(jié)構(gòu)比較”時，教師可以指導(dǎo)學(xué)生利用球棍制作實(shí)物模型，在實(shí)物模型的構(gòu)建中，促使學(xué)生意識到乙烷的空間性、乙烯的平面性和乙炔的直線性，從而掌握烷、烯、炔烴的空間結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，初步形成構(gòu)建虛擬模型的能力。然后，教師可以要求學(xué)生在紙上畫出較為復(fù)雜的有機(jī)物，如丙烯的空間結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步鍛煉學(xué)生的模型構(gòu)建能力，增強(qiáng)學(xué)生對有機(jī)物的模型認(rèn)知能力。

在選修模塊“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”有關(guān)晶體晶胞的教學(xué)中，教師僅用教材中的晶胞平面圖片及相關(guān)的文字描述，無法幫助學(xué)生迅速認(rèn)識晶胞中微粒的配位數(shù)、微粒連成的多面體的空間構(gòu)型及特定微粒所在的坐標(biāo)參數(shù)等。因此，在晶胞結(jié)構(gòu)的教學(xué)過程中，教師需引導(dǎo)學(xué)生通過用球棍制作晶胞模型等手工制作方式進(jìn)行物理模型構(gòu)建，再通過小組合作探究，將多個晶胞拼接堆積成晶體。在這種實(shí)物模型的構(gòu)建中，經(jīng)過教師的點(diǎn)撥，學(xué)生自然可以掌握晶胞中微粒的配位數(shù)、相關(guān)微粒連成的四面體或八面體及晶體內(nèi)特定微粒所在的坐標(biāo)參數(shù)等知識，同時培養(yǎng)空間想象力，豐富自身的感官體驗(yàn)，有效加深對化學(xué)物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識。

（二）構(gòu)建概念模型，提升學(xué)生的知識歸納能力

概念模型主要是指利用文字、符號、表格等元素，構(gòu)建流程圖或思維導(dǎo)圖，進(jìn)而描述和展示所要表達(dá)的事物規(guī)律，具有簡潔化、直觀化的特點(diǎn)。在實(shí)際教學(xué)中，教師利用概念模型，能夠使學(xué)生清楚了解化學(xué)知識的形成過程，促使學(xué)生對化學(xué)知識的基本原理和研究方法進(jìn)行深入探索，提升自身對知識的歸納總結(jié)能力，從而獲得學(xué)習(xí)能力的進(jìn)一步提升。雖然高中化學(xué)知識點(diǎn)零散，但是化學(xué)知識之間具有明確的種屬關(guān)系。教師如果沒有明確知識點(diǎn)之間的邏輯性與關(guān)聯(lián)性，就無法有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量。因此，在認(rèn)識模型階段，教師可以通過構(gòu)建思維導(dǎo)圖，使冗雜的化學(xué)知識呈現(xiàn)出簡明概要的相互聯(lián)系，以便于學(xué)生掌握[3]。在完成課堂教學(xué)后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建概念模型，總結(jié)歸納知識點(diǎn)，構(gòu)建完整的知識結(jié)構(gòu)圖，幫助學(xué)生形成完整的知識體系，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)品質(zhì)。

例如，以“化學(xué)反應(yīng)原理”為例，為了實(shí)現(xiàn)幾種平衡體系系統(tǒng)化的教學(xué)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建概念模型，設(shè)計關(guān)于化學(xué)平衡體系的思維導(dǎo)圖（如圖1），明確幾種平衡體系之間的相互聯(lián)系，使其通過思維導(dǎo)圖充分了解平衡的概念，理解平衡移動的影響因素，掌握平衡常數(shù)的表達(dá)式等，從而系統(tǒng)地掌握相關(guān)知識，構(gòu)建一個完整的高中化學(xué)平衡體系。

圖1

又如，在選修模塊“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”關(guān)于微粒間作用力的教學(xué)中，為了讓學(xué)生能精準(zhǔn)掌握幾種微粒間作用力的概念、表征、判斷及應(yīng)用，教師可以引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建概念模型，設(shè)計相關(guān)知識體系的思維導(dǎo)圖（圖2），引導(dǎo)學(xué)生全面理解幾種作用力之間的區(qū)別與聯(lián)系，掌握常用的微粒間作用力的表征，并能利用相關(guān)信息要素準(zhǔn)確判斷各種作用力的存在，預(yù)測物質(zhì)的性質(zhì)，從而準(zhǔn)確掌握解決相關(guān)類型題的思維模式。

圖2

（三）構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，協(xié)助學(xué)生突破數(shù)形結(jié)合瓶頸

數(shù)學(xué)模型主要是利用數(shù)字符號（包括坐標(biāo)、數(shù)軸、數(shù)式等）創(chuàng)建的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)表達(dá)式。在高中化學(xué)教學(xué)中，教師利用的數(shù)學(xué)模型主要有以下兩種類型，其一為數(shù)式模型，其二為圖形模型。在高中化學(xué)教學(xué)中，教師要善于引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用數(shù)學(xué)工具分析化學(xué)問題，提升學(xué)生對圖形的辨識能力及對圖文之間的信息轉(zhuǎn)換能力，協(xié)助學(xué)生突破數(shù)形結(jié)合的瓶頸。

例如，在講解“化學(xué)反應(yīng)的方向”相關(guān)知識點(diǎn)時，教師可以引導(dǎo)學(xué)生利用數(shù)式模型，對化學(xué)反應(yīng)是否可以自發(fā)進(jìn)行分析，通過吉布斯等溫方程式△G=△HT△S這一數(shù)式模型，促使學(xué)生更加深入地掌握反應(yīng)自發(fā)性的知識。又如，在“放熱反應(yīng)與吸熱反應(yīng)”教學(xué)中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生利用圖形模型進(jìn)行學(xué)習(xí)，對能量變化圖進(jìn)行構(gòu)建，圖中需包括放熱反應(yīng)、吸熱反應(yīng)中所要掌握的知識點(diǎn)。這樣，學(xué)生在遇到該類問題后，便可以在腦海中構(gòu)建該類圖形模型，進(jìn)而提升解題能力。

在“鹽類水解”的教學(xué)中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建數(shù)學(xué)圖形模型，從定量的角度分析鹽類水解的本質(zhì)特點(diǎn)。教師可以引導(dǎo)學(xué)生畫出常溫下pH 約為5 的0.1mol/L 的NH4Cl 溶液在水解前后溶液中存在的微粒種類及其濃度相對大小的柱形圖，幫助學(xué)生分析鹽類水解過程的微觀變化，從而加深對鹽類水解程度知識的理解。此外，教師還可以借助圖形幫助學(xué)生理解鹽類水解的本質(zhì)，掌握鹽類水解的符號表征，使學(xué)生更加熟練地應(yīng)用相關(guān)知識體系來解題。

（四）構(gòu)建程序模型，消除學(xué)生解題思路的障礙

在化學(xué)教學(xué)過程中構(gòu)建程序模型，是指在解答綜合性的化學(xué)問題時，將大問題分解成幾個簡單的、基礎(chǔ)的問題或步驟。教師可以引導(dǎo)學(xué)生通過對簡單問題的解答或?qū)A(chǔ)步驟的處理，使其順利地解答整個問題。

例如，在講解“新型化學(xué)電源電極反應(yīng)式的書寫”時，教師可將電極反應(yīng)式的書寫分解成三個步驟：（1）根據(jù)題目提供的信息分別找出發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的反應(yīng)物和生成物，初步寫出電極反應(yīng)式；（2）結(jié)合電解質(zhì)溶液的酸堿性配平電極反應(yīng)式；（3）檢查電極反應(yīng)式的原子守恒和電荷守恒。學(xué)生在處理分解步驟的過程中，自然而然地可以使新型電池的“神秘感”消失，從而達(dá)到化繁為簡、解決問題的目的。又如，在講解“有關(guān)難溶電解質(zhì)的沉淀溶解平衡圖像題”時，教師可將對圖形的分析大致分解成下列幾個問題：（1）橫、縱坐標(biāo)的含義是什么？（2）曲線的含義是什么？（3）題干中所指的點(diǎn)處于什么狀態(tài)？（4）特定的點(diǎn)移動到某曲線上需要改變什么條件或發(fā)生什么變化？在解答這些問題的過程中，學(xué)生就會加深對題目的理解和對圖形的認(rèn)識，從而明確解題的切入點(diǎn)，找到正確的解題方法。故而，在類似的高中化學(xué)習(xí)題教學(xué)中，教師要善于引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建程序模型，從而降低問題的難度，消除學(xué)生解題思路的障礙，提升學(xué)生的綜合解題能力，在增強(qiáng)學(xué)生自信心的同時，促進(jìn)學(xué)生證據(jù)推理和模型認(rèn)知素養(yǎng)的發(fā)展。

結(jié)語

總之，由于受多種因素影響，高中化學(xué)教學(xué)還存在一些問題，嚴(yán)重影響學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，而學(xué)科核心素養(yǎng)的提出正是教學(xué)改革的契機(jī)。因此，在實(shí)際工作中，教師要打破傳統(tǒng)教學(xué)模式的束縛，把模型構(gòu)建作為基礎(chǔ)，結(jié)合學(xué)生的實(shí)際情況，利用多樣化的教學(xué)手段，開展化學(xué)教學(xué)活動，從根本上提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。