基于模型认知素养能力培养的高中化学教学实践研究
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作者:陈花
摘 要：本文立足教学实践，阐明模型认知的内涵，通过教学实践研究建立认知模型能力的路径，提出可行性措施，在高中化学教学中落实模型认知核心素养。
关键词：模型认知;建模能力;高中化学
2021年福建省实施“3+1+2”新高考模式，不再编写考纲，只有新课标。高考化学试题必然注重对学科核心素养的考查，化学学科核心素养之一为证据推理与模型认知，这是化学素养的思维核心，是考查的重点，本文立足本校教学实践阐明如何发展和提升学生的建立模型认知能力。
一、 模型认知素养培养现状分析
立足本校化学教学实际，第一学期期末分别对本校三个年段进行调查分析如下：
（一）高一学生无法有效建立相关核心知识体系的思维模型
让学生从必修一金属元素钠镁铝铁中任选一种元素画出物质转化的思维模型导图，大部分学生只能做到对课本知识的复述而无法建构元素化合物相关知识体系思维模型，导致元素化合物知识无法系统化。元素化合物知识在高一上新课时学生就感觉知识点多且零散，高三复习时总是费时费力，一轮二轮复习过后又易忘记，使元素化合物的复习课停留在较低的认知水平，效率极低。
（二）高二学生无法有效建立相关化学理论深层次思维模型
让学生分析化学平衡体系中平衡常數Kp、Ka、Kb、Kh、Ksp之间的关系，学生思维一片混乱，对平衡体系的深层次的模型认知能力不够，无法利用勒夏特列原理，将化学平衡相关的知识进行深层次的思维建模。
（三）高三学生没有构建很好的解题模型，导致解题能力薄弱，无法深度学习
高三综合题信息量大，解题能力速度要求高，面对复杂转化或综合知识解决问题时，学生欠缺必备的化学思维，缺乏方法类的解题模型作支撑。许多学生无法突破思维瓶颈顺利解题。
从学生实际出发，为发展学生模型认知的核心素养能力，在课堂教学的设计和实施中具体做法，策略探讨如下。
二、 模型认知的内涵
新课标关于模型认知的表述简明扼要：建立认知模型，并能运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律。大部分师生对模型认知的认识只停留在浅层的模型一词，如有机物分子结构模型，金属晶体的基本堆积模型，氯化钠、氯化铯、金刚石、石墨晶体结构模型等，模型的内涵远比这深远得多。
（一）模型认知的内涵
模型是按实物比例和结构制成的物品，也指人的大脑形成的意识形态，通过表达形成的物件。思维模型用简单易懂的图形符号结构化语言等表达人们思考和解决问题的形式。可见模型可以是抽象化的化学概念、化学符号等。
（二）模型认知的功能
帮助学生面对抽象的复杂的化学知识时，提取主要因素进行思维建模，快速理清现象与本质的联系。这种认知模型的功能强大，可以解决一类化学题。
（三）模型认知的类型
模型认知的类型分为浅层的模型认知和深层的思维建模。
浅层的模型认知如教学中常用的甲烷、乙烯、乙炔的比例模型、球棍模型，均为浅层的模型制作。根据实物与模型之间共有的特征，把抽象的原子、分子用模型表达，便于学生理解。
深层的思维建模就是学生的认知活动，是大脑的系统工程，涉及观察、分析、探究、推理、演绎、归纳、总结等各种思维活动，把复杂的庞大的化学知识系统化。如构建硫元素价类二维图，此类模型认知具有系统性，难度大。
三、 建立认知模型能力的路径
（一）重视培养学生对模型的认知
学生建立认知模型十分重要，它是学生在面对物质世界的认识过程中采用的科学研究的方法，借助于实物模型和思维模型，将物质组成、结构、化学性质及变化规律融合，构建成解决实际问题的思维模型，学生通过模型认知自觉进行建模解决实际问题，充分理解并体会到模型价值，最终认知模型将升华为学生重要的学习方法和思维模式。学生的学习过程与化学家的研究过程是一样的，都是建构模型认知的过程。从已有的知识经验出发，通过动手实验、观察现象，提取有用信息分析原因，建立认知模型，解释现象的本质和规律。要重视并强化培养学生对模型的认知，培养创新思维。实践证明，学生只要形成对某一系统知识的认知模型，遇到类似的问题时，学生将会自觉地运用已有的认知模型去分析和解决问题，即借助建构认知模型进行学习与迁移，对原有的认知模型或强化或修正，将已建立起来的认知模型从简略的模型发展成较完整的认知模型。
教师必须清楚学生建立认知模型的重要性，重视培养学生对模型的认知。研究近几年高考题，我们会发现试题所选的素材广泛，经常是最新科研论文直接摘取出来的情景。教师要有意识地创设相关的问题情境，引导学生自主合作学习，培养学生自觉建模的意识。在模型的认知建构和应用过程中，教师不要倾囊相授，知识点讲的越多越细越深越好，而是要引导学生实现主动学习，让学生渴望从已知达到未知，在这个过程中进行自我思维建模，实现从现象到本质的跨越。教师在教学中充分引导，不仅要关注学生已有的知识经验，更要关注在真实情境中模型的发展演变，促进学生对化学学科概念的建模和学习。
（二）重视培养学生参与建模过程
学生参与建模过程就是要让学生动手动脑，通过构建和应用模型理解现象与本质。好比一个人学游泳，光听教练的讲解不可能学会游泳，学习者一定要在水里不断划水，换气，练习才能学会。同样学生不可能通过老师在黑板上完美的演绎就能理解并应用化学原理、化学概念，学生一定要参与建模过程。把学习的主动权交给学生，相信学生，创造机会让学生在已有的知识结构体系中建立初步的思维模型，在不断学习过程中积极调整和修改原有知识结构，进行自我知识再建构，内化相关化学知识和学习方法，这就是学生建构知识体系过程中最有效的方法。如粗盐的提纯，高一学生已学会过滤蒸发等分离操作，在此经验基础上可进行分组实验，小组讨论得出粗盐中含有的杂质有钙离子、镁离子、硫酸根离子，老师引导，学生讨论选用适合的除杂试剂依次为碳酸钠、氢氧化钠、氯化钡、盐酸。师生分析讨论，碳酸钠一定要在氯化钡后面加，考虑除杂顺序用量初步得出思维模型图。老师再引导能否优化方案，如简化步骤，学生讨论修正，师生再归纳除杂一般规律，先判断杂质类型，选择合适的除杂试剂，除杂过程需考虑科学性、顺序、用量、步骤简单、经济、环保等，再进行分离提纯，如此循序渐进层层深入，就是学生建立除杂认知模型的过程。师生互动启发学生主动思维，注重思考过程，促进学生自主建构有逻辑的化学模型，推动学生的模型认知水平向纵深方向发展。如元素化合物知识点多且凌乱，一定要引导学生通过思维导图进行建模，找出元素结构决定物质性质，物质性质决定物质用途这条主线，把元素分族分类进行归纳，构建价类二维关系图，自主构建与发展“元素观”“分类观”“转化观”价类二维关系图是元素化合物知识结构化的工具。如铝三角、铁三角思维导图是一种概括性的化学符号建立起来的模型，学生通过此模型对元素之间的转化能有清晰简单扼要的理解，让学生动手画价类二维图，自觉主动建模，也可以按氧化还原反应原理和离子反应原理两大理论对元素化合物知识进行思维建模，模型可以多样化，在这个过程中，依托教材灵活运用教材，在教材中寻找切入点进行深入挖掘，所建的模型有代表性和规律性，学生可以很好地内化所学知识，具有典型特征，形成一定的思维惯性和思维深度。学生建立认知模型，评价模型，修正模型，最终建立科学的思维模型。 （三）重视培养学生程序化建模能力
所谓程序化就是按照一定的规律，一定的顺序，一定的方法，寻求解决问题的一种思维方式。程序化建模能力可以通过化学相关知识进行强化训练。高中化学适合建模的系统知识如元素周期率位构性认知模型，化学平衡中的平衡常数三部曲计算、Kp计算、主族元素化合物知识、电化学方程式书写、化学实验题、化学工艺流程题等解题模型。思维模型、解题模型或简单或形象或烦琐，适合就好，好的思维建模可以帮助學生学会并使用解决复杂问题的程序性知识，方便学生解决问题，有一个可遵循的路径和一种程序化的思维，从而优化教学，形成方法，提升能力。
加强学生程序化建模能力思维方法训练，建立多种有效的解题模型，使学习更有针对性和有效性，提高学生综合解题能力。强调解题模型，实际上就是要学会灵活的运用各种化学概念原理，各种物质性质以及反应规律，通过学习活动分类建立适合自己的解题模型。如电化学方程式的书写可通过分析归纳电极反应式书写技巧的模型认知，让学生在真题练习中互评互判，强化方法技巧的理解与掌握，培养程序化的建模能力。建模如下：提取信息，确定电极;列出物质，标出得失，负极反应（或阳极反应）：还原剂-ne-氧化产物，正极反应（或阴极反应）：氧化剂+ne-还原产物;看清环境，配平守恒，根据介质补充电极反应式，符合三大守恒。一般根据电荷守恒补充为突破口，酸性介质补充H+和H2O，碱性介质补充OH-和H2O，金属氧化物介质补充O2-，熔融碳酸盐介质补充CO2-3。利用此程序化的电化学解题模型，学生解相关题型能力迅速提高，最终固化为一种自己的学习方法。
四、 结语
高中化学大部分专题内容，知识点都适合建构思维模型。但是化学中的思维建模很容易固化学生的思维，遇到类型题用同一种思路同一种方法，都是套路，有其局限性。教师应当注意，除了引导学生思维模型，还要通过评价模型、修正模型来激发学生独立的思维，充分挖掘学生的潜力，让学生自觉地在学习过程中建构化学模型并加以创新，只有这样才能优化学生的思维，提高学生思维建模的能力，达到优化高中化学教学的目的，内化高中学生的化学核心素养。
参考文献：
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[2]张晋，毕华林.模型建构与建模教学的理论分析[J].化学教育：中学教育教学，2017，38（13）：27-32.
[3]吴翀云.从工艺流程的解读谈化学工艺建模教学[J].化学教学，2018（1）：29-34.
作者简介：
陈花，中学一级，福建省漳州市，福建省云霄第一中学。
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