初中化学模型建构促进深度学习的教学策略探讨——以“化学反应中物质质量变化的图像教学”为例

□冯杰亮

（桐乡市第六中学，浙江桐乡 314500）

一、教学背景

教学是教育者为促进学生学习而对学习环境加以操控的过程。这个定义有两层含义：其一，教学是教育者发出的行为；其二，它的目的是帮助学生进行学习。[1]教师教学在创设一种能引发学习者经验的教学环境，这种经验反过来会促进学习者的知识产生变化。这种由经验而引发的知识变化是在学生对知识进行分析、归纳、分类、解释、应用等基础之上，这需要学生对知识进行深度学习。

什么是深度学习？教育部基础教育课程教材发展中心负责的深度学习总项目组将其界定为：“在教师引领下，学生围绕着具有挑战性的学习主题，全身心积极参与、体验成功、获得发展的有意义的学习过程。”[2]

因此，教师可以根据学生经验选择挑战性的情景，通过学生间的参与、探究、分析、交流与评价等活动，帮助学生将经验转化为知识的变化，体验成功。最后，教师通过对学生的学习表现判断其知识是否真正发生了变化，以获得发展的有意义的学习过程。

二、教学设计和教学过程

初中化学中的图表、图像作为模型可以是最直接、直观反映客观事物变化规律的语言，包含着丰富的信息资源，模型与文字相比起到更简单、更明了的作用。在化学反应中，物质间反应过程及物质质量变化都可以用图像变化来表示，学生也可通过对模型的建立和分析促进对物质反应实质的深度理解。

例如：学生在学习了酸、碱和盐物质的相关知识后，学生已知晓酸与碱反应生成盐和水、盐与碱反应生成新盐和新碱，但在酸与盐的混合溶液中加入一种碱溶液后，是酸先与碱反应还是盐先与碱反应呢？为什么？反应的实质是什么？学生或许不是很清晰，甚至有时是依靠着机械性记忆进行解答，部分学生还会死记硬背“碱先与酸反应，再与盐反应”等内容。这些学生的模糊概念阻碍了学生对化学反应本质的理解。为此，笔者以“化学反应中物质质量变化的图像教学”为例，通过模型建构来促进学生深度学习，形成初中化学课堂教学的一种策略，供同行参考。

（一）根据学生经验选择情景

教师从学生熟悉的混合物反应切入主题，引发学生的经验。

师：这是氯化铜和盐酸混合溶液，如果往该混合溶液中不断滴入氢氧化钡溶液会有什么现象发生？试分析其原因。

生：蓝绿色溶液中会产生蓝色絮状沉淀。

师：氢氧化钡溶液一滴入就有沉淀吗？为什么？

生：开始没有沉淀，后来有沉淀。因为蓝绿色溶液中有盐酸，氢氧化钡先与盐酸反应，盐酸反应完后再与氯化铜反应。

师：蓝色絮状沉淀会不会一直增加？能否用坐标图像来表示这反应过程？

生：……

教师通过上述对话式交流，引导学生回顾旧知，同时为化学反应这模型建构作好铺垫，更为重要的是还引发了学生的经验。在解释物质反应先后顺序的对话中，学生暴露了一个前概念，即碱与酸先反应生成盐和水，酸反应完后，碱再与盐发生化学反应。奥苏伯尔说，影响学生最重要的一个因素是学生已经知道的东西。已经知道的东西就是学生的前概念，有时，知道的东西还可能是一些错误经验。作为教师，这是重要的教学资源，我们必须十分关注学生头脑中的东西，并据此教学。

因此，“碱是否先与酸反应，再与盐反应？”这个学生经验，它将作为学生下阶段深度学习的挑战性主题。

师：这是硫酸钠和盐酸混合溶液，如果往溶液中滴入氢氧化钡溶液会有什么现象发生？请用生成沉淀与加入溶液的质量关系曲线图像来表示。

图1

（二）将经验转化为知识的变化

学生前概念充分暴露后，如何将学生的经验转化为知识，这就要通过认知冲突让学生对已有经验进行重新分析和评价，进而建构正确的知识概念。

1.前概念暴露分析

学生绘制生成沉淀与加入氢氧化钡溶液之间的质量关系曲线，会有三种不同的图像模型（如图1）。不同图像模型的原因与学生脑海中已有的酸和碱溶液先反应这一错误经验密不可分。这样的错误前概念不仅比较牢固，而且在学生脑海中还会最快呈现。

生1：碱与酸先反应，再与盐发生反应。滴入的氢氧化钡溶液先与盐酸反应生成氯化钡和水，开始没有沉淀。氢氧化钡溶液与盐酸反应完后，再与硫酸钠反应生成硫酸钡沉淀。因此，曲线图像为滴入一定质量氢氧化钡溶液后才开始上升，硫酸钠反应完后，曲线变平，如图1（a）。

生2：碱与酸和盐同时发生反应。由于氢氧化钡开始会与盐酸发生反应，所以氢氧化钡与硫酸钠开始反应的量少，产生沉淀也比较少。盐酸反应完后，滴入的氢氧化钡全部与硫酸钠反应，此时产生的沉淀变多。所以，曲线图像开始平缓些，一段时间后，曲线变陡，反应完后，曲线变水平，如图1（b）。

生3：碱与盐先反应，再与酸发生反应。因为，这次沉淀和上次沉淀物质性质不同。上次沉淀物质是氢氧化铜，而这次物质是硫酸钡。硫酸钡的性质与氢氧化铜不同，它是一种不溶于酸的物质。所以，曲线图像一开始上升，与盐反应完后，溶液不再有沉淀生成，曲线变水平，如图1（c）。

在教学组织过程中，学生将自己对反应过程的理解用图像模型形式呈现。图像模型有助于将学生心中隐性的思考充分外显。在此基础上，教师可结合生生间的评价交流，通过分析比较学习促使学生反思自己的理解。

2.知识概念的建构

师：上面三种曲线到底哪种正确呢？化学是注重实证的学科，实验是最好的检验办法。

小组活动：学生分组实验，并绘制沉淀质量的变化曲线，绘制后分组汇报。

……

生：图1（c）曲线正确。

师：这实验中，碱是与盐先反应，再与酸发生反应吗？

深度学习的内涵：在教师引领下，学生围绕这具有挑战性的学习主题，开展以实验为主的多种探究活动，从宏微结合，变化守恒的视角，运用证据推理与模型认知的思维方式，解决综合复杂问题，实现学生的积极参与，促进化学学科核心素养的养成。

酸、碱和盐之间发生的复分解反应先后顺序学生并不能简单记忆，学生学习过程中要从宏观走向微观，学生从微观层面理解反应的本质。实质上是溶液中离子间互换反应，两种离子之间如果能结合成难溶性的碱或盐、不稳定的酸或碱（分解放出气体）、或难电离的水，反应就能发生，反之，反应就不能发生。

师：如图2，物质的微观模型可以解释化学反应的本质。氢氧化钡溶液一滴入，溶液中存在6 种离子，其中，H+和OH-结合生成难电离的H2O，SO42-和Ba2+结合生成难溶的BaSO4沉淀。随着氢氧化钡溶液的继续加入，BaSO4沉淀也随之增加。到恰好完全反应时，溶液中只剩余Na+和Cl-两种离子。继续滴加氢氧化钡溶液，沉淀不再增加，溶液中应有Na+、Cl-、OH-和Ba2+4种离子。

生：反应生成沉淀为硫酸钡，它不溶于酸和水。所以，碱与酸反应的同时与盐也发生反应。沉淀硫酸钡质量的多少与硫酸钠溶液和氢氧化钡溶液的质量有关。因此，反应沉淀曲线先随氢氧化钡溶液质量的增加而升高，硫酸钠反应完后，曲线变平。

图2

3.对学习表现进行评价

学生的知识重构是否真正发生了呢？这就需要教师对学习表现进行评价。通过评价教师可以判断学生对知识转变的情况。为了评价的客观真实，教师应创设真实而又新颖的问题情景，尽可能避开学生已有的经验，不然学生的学习表现具有的片面性，不能完全反应出学生的真实能力，也不能有效促进学生对于整个反应过程的整体把握和本质理解。

师：进一步研究，硫酸钠和盐酸混合溶液不断滴入氢氧化钡溶液，其中滴入的氢氧化钡溶液质量和溶液生成沉淀质量的关系曲线，如图3 所示。请根据图中相关信息分析计算出所滴加氢氧化钡溶液的质量。

图3

上述分析计算的过程可以评价学生对图像模型的本质是否真实理解。生成的沉淀物质实质为硫酸钡，它的质量多少随氢氧化钡溶液质量增加而增加。氢氧化钡溶液与硫酸钠溶液恰好完全反应时，反应生成沉淀质量最大。如果学生对上述反应模型真正理解了，学生会在学习表现中有良好表现。上述考察学生学习表现时，教师对学生的理解还提出了新的要求，看似相似的图像模型，进一步需要学生能对模型数据进行提取和处理，这对学生也是一个新的挑战。理解实质的基础上，学生还要不断深度思考，不断提升学习进阶。

三、教学设计和过程的反思

（一）初中化学模型建构教学策略遵循学生的学习规律

教师对教学行为的操控引发学生的经验，学生经验的暴露引起知识的转变，学生知识的转变促进了深度的、有意义的学习的发生，模型建构的教学策略可以用图4 表示。上述课例中，教师并没有直接将酸、碱、盐的反应顺序告知学生，而是让学生经历了模型建构、思维碰撞、实验验证、证据推理和模型重构的过程，促进学生向高阶思维发展。

图4

（二）初中化学模型建构教学过程有利于学生的思维外显

让学生绘制反应的变化曲线图像，教师可以清晰地知晓学生对化学反应实质的理解深度。同时，通过化学反应的图像模型建构起了宏观和微观的桥梁。学生不仅能够知道宏观上的反应现象，而且可以理解微观反应的实质。在此基础上，教师通过物质质量坐标图像中的数据让学生进行定量计算，这有利于教师对学生学习表现进行评价分析。

（三）初中化学模型建构教学策略促进学生深度学习

在学习过程中，学生不是被动的接受，而是主动的参与，学生是课堂教学的主体。学生在学习过程中有思维碰撞，小组内有思考与讨论、评价与交流，活动中渗透着实证的思想和实事求是的科学态度。巴特莱特认为学习是一种图式同化的建构过程，而不是在记忆中增加新呈现的信息的过程。化学模型建构教学策略将学生视为积极的意义建构者，促进深度学习的真正发生。