基于模型认知的高三化学教学实践研究
福建省连江第一中学 王赞华
【摘 要】模型认知是化学核心素养体系的要素之一。在高三化学复习教学中，作者尝试引导学生运用多种模型来描述和解释化学现象，依据物质变化的信息建构认知模型，将模型与思维发展、观察制作、问题解决相结合，形成有序、系统思维，促进学生化学核心素养的提升。
【关键词】模型认知；模型建构；解模；高三化学
化学核心素养“模型认知”要求学生通过认识研究对象的本质及相互关系，建立模型，运用模型解释现象、揭示本质和规律，属于高阶思维和深度学习范畴。在高三化学复习教学中，笔者尝试引导学生运用多种模型来描述和解释化学现象，依据物质变化的信息建构认知模型，去发现、思考问题，并借助解模学习增进对认知模型的理解，建立解决化学问题的思维框架，培养思维的深度和广度，提升化学核心素养。
一、模型辅助与思维发展相结合，提升学生思维能力
教学中，教师充分利用直观的模型手段，让学生在感性认识的基础上得出结论是一种好办法，但笔者认为对模型的认识不该只停留在教具等基础上，不是给学生看一下实物便是运用模型方法了，这种做法极大削弱了模型的教育价值。模型不仅是教学的辅助工具，更是思维工具，模型方法可以使学生的认知水平从具体向抽象，从感性思维上升为理性思维，帮助学生理解和掌握一些抽象概念、理论，对于培养学生问题转换能力、提升思维能力等大有裨益。
溶液中的守恒即电荷守恒、物料守恒是重难点，也是高考热点。在这一课笔者尝试建构模型辅助与思维发展相结合的课堂，提升学生思维能力。
1．建构模型——思维是需要激活的
为了帮助学生提炼“电解质溶液分析认知模型”，笔者抛出问题①电解质在溶液中产生什么粒子？是否存在溶质分子？②溶剂水以什么粒子存在？③这些粒子间是否会相互影响呢？影响的程度有多大？结果如何?④如何用方程式表示？层层深入的问题，引发学生积极思考，建构起一幅“电解质溶液分析认知模型”：电解质加入水→若形成溶液→分析溶质电离出阴阳离子（考虑是否有溶质分子）和溶剂水的电离 → 阴阳离子是否影响水的电离 →影响程度，溶液中粒子种类、数目。认知模型为后面教学提供思路，也打开学生思维的闸门，为学生的思维提供了指引。
2．思维发展——寻找课堂令人怦然心动的感觉
以Na2CO3溶液为例，根据电解质溶液认知模型，将Na2CO3固体加入水中，溶液中粒子间会有哪些相互影响呢？请学生分析：
请同学观察溶液中粒子是否有规律可循？
引导一： 把所有离子找出，阳离子放一边，阴离子放一边，学生知道溶液总是呈电中性，即阴离子所带负电荷总数等于阳离子所带正电荷总数，自然归纳出电荷守恒C(Na+)+C(H+)=2C(CO32－)+C(HCO3－) +C(OH－) ， 依葫芦画瓢，学生分析NaHCO3溶液很快列出电荷守恒式子。并自主小结书写电荷守恒注意事项：一是准确找出溶液中所有离子；二是弄清楚离子浓度与电荷关系。
引导二：寻找元素比例关系，加入水中前：n(Na)=2n(C) 加入水中后：钠元素存在形式为Na+ ，而碳元素 因为CO3２－水解，碳元素以CO32－、HCO3－、H2CO3形式存在，总量未变，归纳出物料守恒：C(Na+) = 2[C(CO32－)+C(HCO3)+C(H2CO3)] ，依据认知模型，学生容易分析NaHCO3溶液并列出物料守恒，再迁移到混合溶液， 归纳出只要将溶液中粒子找全，电离与水解分析全面，抓住溶液中关键元素量的关系，就能正确写出物料守恒。
师生共同总结溶液中守恒规律特点：电荷守恒全是离子，物料守恒一边含同种元素，一般不含H+ 、 OH－，如果式子中有H+ 、 OH－又有分子则用质子守恒分析，或用电荷守恒和物料守恒合并。笔者认为一节课最核心的地方是师生处理问题，精彩观念形成过程，帮助学生建构认知模型，建立解决化学问题的思维框架。
二、模型观察与模型制作相结合，培养学生实践能力
教师有计划组织学生观察和动手制作模型，如图像绘制、搭建分子球棍模型、利用软件制作晶体模型等；既能发挥模型的教育作用，降低学习难度，又能调动学生学习积极性，培养学生实践能力和想象能力。
在高三复习《速率与平衡图像解析》一课，笔者尝试通过图表转换、图像绘制和典例分析引导学生观察、发现问题和形成观点、对图像进行建模和解模解决实际问题，培养学生实践能力。
例1．工业上利用反应
合成氨；某小组为了探究外界条件对反应影响，以c0 mol/L H2参加反应合成氨气，在a、b两种条件分别达到平衡，如图。
求①a条件下，0～t0的平均反应速率v(N2)= 。②相对a而言，b可能改变的条件是
。③a条件下，t1时刻将容器体积压缩至原来的1/2，
t2时刻重新建立平衡状态。画出t1～t2时刻c(H2)变化曲线。
对于问题①学生错答（C0-C1）/3t0，引导分析答案是（C0-C1）/300t0，学生意识到读图需关注横纵坐标及含义。对于问题②学生错答加压，交流讨论得答案是增大氮气浓度，得出读图需关注趋势和曲线间的关系。问题③总结画图关键是确定起点和终点。针对性分析例一的基础上，进一步给出有悖于勒夏特列原理的例2，通过学生亲自绘制图像和正确答案的对比使思维处于愤、悱的状态，笔者引导学生从定量角度研究平衡移动需比较QC和K的大小，平衡移动后，温度不变，K不变，CO2浓度也就没变，小结定量角度解读图像的思维方法。
例2．一定温度1L密闭容器中放入足量草酸钙（固体所占体积忽略不计）发生反应：
。若某时刻达
平衡时c(CO2)=c；t0时刻，将容器体积缩小为原来的一半并
固定不变，在t1时刻再次达平衡，请在图中画出t0后体系
中CO2的浓度随时间变化的图像。
两道例题均以图像绘制作为学习支架，模型观察与制作相结合，让学生体验画图过程，分析读图注意点，引导学生自主总结读图的思路和方法，建构化学图像认知模型：轴（横、纵坐标）---- 点（起点、终点、特殊点）---- 线（趋势）----面（曲线关联）。通过典例分析，笔者引导学生归纳图像解模过程，从面→线→轴→点，快速准确找切入点，综合运用定性分析和定量计算，培养学生实践能力。
三、模型建构与问题解决相结合，培养学生创新精神
模型的教育意义是通过建构来实现的。模型建构需要学生确定对象，观察、实验，运用已学知识进行假设、推导、归纳，使对象直观化和简化，学生在活动思考中体会模型的建构方法，将模型方法转化为认知图式，解决实际问题，这对学生创新能力培养是很有好处的。
对于一些平衡问题，模型建构方法几乎不可替代。例如：密闭容器中充入2molNO2气体，建立如下平衡：2NO2⇌N2O4，测得NO2转化率为a%、在温度、体积不变时，再通入2molNO2，待新平衡建立时，测得 NO2转化率为b%，则a与b比较（ ）
A．a=b B．a＜b C．a＞b D．无法确定
笔者引导学生解题时建立虚拟平衡模型，问题就变得简单许多，2molNO2在VL容器中，建立虚拟平衡模型 4molNO2在2VL容器中，两者等效，转化率是相等的，而把4molNO2在2VL容器中压缩为VL，压强增大，平衡右移，转化率增大，故选B。
总之，模型是一种表达手段，如果能超越模型是一种直观教学手段的认识，意识到模型认知还承担着发展思维的任务。教师在高中化学教学实践中努力践行，充分重视模型教学法，以教学目标和学生发展为主线，通过有效、合理的模型建构引导学生逐步思考问题，理解掌握核心概念和原理，在相关问题上获得新知识，得到新方法，对促进学生化学核心素养的提升等大有裨益。
参考文献：
[1]王宝斌.发展学生化学核心素养的三大策略[J]. 中学化学教学参考2016(9)
[2]张琼.科学理论模型的建构[M].杭州：浙江科学技术出版社，1990：2-3