基于模型认知的高三化学复习

许美莲

摘要： 模型认知是化学核心素养的要素之一。在高三化学复习教学研究中，致力于构建知识模型、思维模型、答题模型等多种认知模型，不断引导学生运用模型来描述化学现象并解释化学原理，有利于促进学生化学核心素养的全面提升。

关键词： 模型认知; 高三化学; 复习教学

文章编号： 1005-6629（2019）2-0075-05            中图分类号： G633.8            文献标识码： B

1  问题的提出

2009年，美国正式提出21世纪核心技能，其中包括学习与创新技能（创造力与创新、批判思维与问题解决、交流沟通与合作），而运用批判思维进行问题解决往往需要构建模型[1]。《普通高中化学课程标准（2017年版）》中指出与模型构建相关的化学学科核心素养水平是： 能对复杂的化学问题情境中的关键要素进行分析以建构相应的模型;能选择不同模型综合解释或解决复杂的化学问题;能指出所建模型的局限性，探寻模型优化需要的证据[2]。

在传统的高三复习备考中，学生的认知仅停留在对知识点的梳理和罗列，解题能力的提升依赖重复而机械的题海训练。这些虽能提升学生解题的熟练程度，但这种基于知识记忆的浅层复习会造成知识的碎片化、理解的肤浅化、思维的呆板化[3]。化学复习教学中若缺乏对“模型认知”素养的意识，不注重引导学生建构知识模型、思维模型，学生的化学核心素养便得不到提升。高三化学复习中亟需帮助学生形成认知模型，使知识结构化、思维可视化，提升学生的整合思维和深度学习能力。复习课的重要任务之一是帮助学生建构基础知识框架和各种思维模型[4]。

2  构建教学模型，提高复习效率

模型认知是指人类用化学方法探索未知世界时，除了对客观实验事实进行横向比较、纵向归纳外，还应通过抽象和简化的方法建构认知模型，再利用模型进一步认知未知物质及其规律的过程[5]。

2.1  构建知识模型，夯实基础知识

奥苏贝尔的学习理论认为，采用建模思想，将化学问题中次要的、非本质的信息舍去，可使本质的知识变得更为清晰，更容易纳入学习者已有的知识框架中，使教师在教学时，正向迁移变得更容易。

引导学生在建构模型的过程中，使知识系统化、组织化和结构化，有助于学生对化学知识的记忆、贮存、再现和迁移，引导学生建构知识模型，增强学生对高中化学基础知识的记忆。

元素及其化合物这部分内容多，建构知识模型，记忆效果会让人感到妙不可言。如金属单质的化学性质及有关化学方程式的复习，以金属钠的化学性质为基准构建模型（见图1）。

学生在教师的指引下完成以上模型的相关内容后，让学生画出钠、镁、铝的原子结构示意图并写出元素化合价，比较它们的活动性;再让学生根据金属单质的通性，动脑动笔推出镁、铝、铁、铜的共性相关的化学方程式;再鼓励学生在结构决定性质的思想指导下，在“个性”的层面上下功夫。如反应条件、金属的活动性、元素化合价等方面的不同，在“共性”基础上加上“个性”，如镁加上与CO2、 N2的反应，铝加上跟强碱反应、铝热反应……这样，学生复习钠，通过联想推理进而复习了镁、铝、铁和铜四种金属单质的化学性质及有关化学方程式。

“共性”与“个性”的巧妙结合，将多种物质的化学性质及几十条化学方程式的记忆内容通过最简单的方式呈现，给学生感性上的认识，而且是学生亲自动手完成，更利于学生对此知识點的体会与识记。“学一得五”，突破了化学要记的东西多不好记的难点，还培养了学生构建知识模型的能力。

化学教学中学生在掌握分子、原子、离子等概念时，从宏观深入到微观有一定的困难，教学中若不致力于化学模型的建构，就会既割断宏观现象与微观结构之间的联系，也割断了认识发展与学生发现问题、解决问题、形成知识结构之间的联系。其结果是造成学生化学基本观念的匮乏，造成化学教学科学素养教育价值的贫乏。解决这一矛盾的有效方式之一，就是利用模型建构促进学生化学学习，在化学教学中形成物质性质及其变化的规律知识与化学模型的相互融合，促进学生化学核心素养的提高[6]。围绕学科知识结构和思维方法展开复习教学，处理好物质性质的共性与个性的关系，以化学“宏微符”三重表征理论为指导，让学生在学习化学、理解化学变化时能够把化学内容所包含的宏观、微观、符号三个表征方式有机地结合起来，深刻认识研究对象，对知识、技能和能力的迁移以及创造性解决问题，都会有很大的帮助。

2.2  建构思维模型，提高思维品质

化学模型的大部分内容都是思维的产物，这就要求我们在化学模型的建构中要从最简单的问题开始，即从思维的起点开始，学习具体知识、掌握化学思想和方法、探寻答案，循序渐进构建化学认知模型[7]。

我们在教学中难免会出现错误，如以偏概全的经验型错误、简单迁移的想当然型错误、专业匮乏的科学性错误、忽视细节的定势思维型错误等。为了科学地解决这些教学问题，就意味着要在提出（明确）问题的基础上，做出科学的假设，选择并运用合适的方法，收集充足的、有根据的事实性证据材料，再通过分析、归纳和论证，收获探究结论。因此，我们的教学也应该逐步地从传授事实、掌握学科知识层面上升到使用事实、发展学科观念、建构思维模型上来。

2.2.1  建构整体思维模型

硝酸与金属反应的相关化学方程式以及综合计算，对学生的要求较高。学生难以主动将新课所学的内容整合形成系统的认识。复习课的重要任务之一是帮助学生建构基础知识和整体思维模型。硝酸与金属反应的思维模型如图2所示。

在进行硝酸与金属反应的复习教学时我们需要用系统、整体的思维。以硝酸为思考起点，以硝酸中氮元素为核心经过知识点的全面梳理帮助学生进一步理解硝酸与金属反应的本质，进而对酸的性质、原子守恒、得失电子守恒和离子方程式整合形成一个充分体现学科内在逻辑的知识框架和思维结构。

2.2.2  建构有序思维模型

培养学生的有序思维，理解化学平衡图像（见图3）。

将分析问题的过程与思维可视化，有利于帮助学生组织相关知识和信息，引导学生清晰而有逻辑地思考，进而促进学生运用所学知识分析和解决相关问题。

2.2.3  建构创新思维模型

在化学教学中，创新实验是培养学生核心素养的重要载体，若教师能对教材实验进行一些改进，时常给予学生一些改进实验的创新机会，不仅能丰富课堂教学、优化复习教学效果，对学生创新意识的唤醒和创新思维的锻炼也是大有裨益的[8]。

如根据防倒吸原理创新设计实验装置（以用水吸收氨气为例），引导学生进行思考，提出进一步改进实验的设想。经过学生一轮热烈的讨论和设计，得到以下三种类型创新装置： （1）肚容式（图4中的发散源及Ⅰ和Ⅱ）;（2）接收式（图4中的Ⅲ、 Ⅳ、 Ⅴ）;（3）隔离式（图4中的Ⅵ、 Ⅶ）。

在实验复习中，适时引导学生在实验内容和形式上进行一些力所能及的创新，激发学生的创新热情。发挥创新实验的教育功能，努力培育学生的科学态度和创新精神。

2.2.4  建构推理思维模型

引导学生进行严密的逻辑推理，建构推理思维模型。能依据各类物质及其反应的不同特征寻找充分的证据，解释证据与结论之间的关系;能对复杂的化学问题情境中的关键要素进行分析以建构相应的模型[9]。如图5所示为帮助学生建立判断化学平衡移动方向的思维模型。

2.3  建构解题模型，理清解题思路

2.3.1  根据守恒定律建模，突破电化学综合计算

电化学综合计算，如几个电解池串联的计算，学生往往将每个电解池的总化学方程式写出来配平后才找到各物质间的物质的量的关系，导致解题过程耗时多。现分析该解题思路如下。

（1） 解题关键： 根据得失电子守恒定律建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。

（2） 思维建模： 如以通过4mole-为桥梁可构建如图6的思维模型。

该思维模型具有总揽电化学计算的作用和价值，准确判断电极产物，便能快速解答常见的电化学计算问题，使思维过程化繁为简。

2.3.2  根据解题思路建模，突破工艺流程题

化学工艺流程题是将化工生产中的生产流程用框图形式表示出来，并根据生产流程中有关的化学知识步步推进，是无机框图题的一种创新。它以现代工业生产为基础，与化工生产成本、产品提纯、环境保护等相融合，考查物质的制备、检验、分离或提纯等基本实验原理在化工生产中的实际应用，具有较强的综合性，学生在解答这类无机化学工艺流程题时往往无从下手。

提高学生对这类题的解题能力，就是帮助学生建构无机化学工艺流程题的解题思维模型： 原材料→核心化学反应→产品分离提纯，化整为零巧破题。如： [2015新课标全国卷Ⅰ，27节选]硼及其化合物在工业上有许多用途，以铁硼矿（主要成分为Mg2B2O5·H2O和Fe3O4，还有少量的Fe2O3、 FeO、 CaO、 Al2O3、 SiO2等）为原料制备硼酸（H3BO3）的工艺流程如图7所示。

本题解题思路模型如图8所示。

在建模教学中，要注意引导学生形成从物质或流程本身出发去分析问题的思维模式，切不可脱离实际问题谈模型。这样，一旦建立了某一工艺流程的模型，就把流程中涉及的物质的性质、设备或装置的使用、副产物的分离利用、资源的回收等问题有机地结合起来，各部分知识交互运作，避免知识的遗忘和模型的错误匹配，形成知识的“螯合反应”[10]。

讲究规范，追求细节。细节决定成败，因此在复习中还要注意抓表达、解题、实验等细节，帮助学生建构答题模型，促使答题规范化，逐步提高化学学习质量。

其一，教师做规范的模范。教师的语言表达要严谨、科学、准确，实验操作示范到位等。

其二，学生做规范的典范。严格要求，使学生的表达、解题、实验规范、正确。

3  反思总结

尝试基于模型认知的高三化学复习，改变过去传统的按课本内容“炒冷饭”式的回顧整理知识点的高三化学复习模式，将零散的化学知识进行整合，让学生在建构知识模型的同时，加深对知识的理解。优化学生的认知结构，培养学生的科学思维能力，有助于学生对有关化学的问题作出符合科学伦理的结论和形成认知模型，提升学生的整合思维，培养学生的深度学习能力，使我们的教学逐步从传授事实、掌握学科知识层面上升到使用事实、发展学科观念、建构思维模型上来。引导学生建构思维模型，形成有序的系统思维，提升学生的学科核心素养，从而大大提高高三化学复习效率。

课堂教学的过程就是师生互动的过程。若教师缺乏较高的化学学科素养，对所教内容理解不深刻，在建模时不遵循学生的认知规律，对偶发问题处理不到位，就无法深入浅出地给学生以启发、引领，也就不可能正确有效地指导和支持学生的化学学习，提升学生的核心素养也就成为一纸空谈[11]。学生的核心素养要得到有效培养，其关键在于教师应该具有核心素养。只有教师具有核心素养，学生的核心素养发展才有可能性。因此，化学教师需要加强学习，提高自身化学专业水平，努力成为创新型、学者型教师，这不仅有利于培养学生的核心素养，同时还培养了高中化学教师的核心素养，促进教师专业的发展。

参考文献：

[1]Ananiadou K.， & Claro M. 21st century skills and competences for new millennium learners in OECD countries [M]. OECD Education Working Papers， No.41， OECD Publishing， 2009： 17～19.

[2][9]中华人民共和国教育部制定. 普通高中化学课程标准[S]. 北京： 人民教育出版社， 2018： 91.

[3]解慕宗，林建芬，寇辉，刘文婷. 基于模型认知的高三化学深度复习研究[J]. 中学化学教学参考， 2017， （10）： 25～26.

[4][5]陈仕功. 模型认知背景下的化学教学研究[J]. 教学考试（高考化学2）， 2018， （5）： 47～48.

[6][7]张发新. 利用模型建构促进学生化学学习[J]. 化学教学， 2017， （5）： 24～28.

[8][11]江旭峰， 陆燕海. 让核心素养在化学教学中落地[J]. 中学化学教学参考， 2017， （10）： 4～9.

[10]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.