建构认知模型 突破难点问题

摘 要：在新的高考形式下，要引导学生认识模型，理解模型，更要适时学会建构模型和运用模型，促进学生认识发展、思维提升、素养提高，从而提高自己的核心竞争力。本文从2019年4月选考29题出发，探讨如何建构模型，通过模型应用突破难点问题。

关键词：建构;认知模型;难点突破

一、 问题的提出

2019年4月的浙江选考化学卷，学生普遍感觉有难度。特别是29题。除了题目类型较新，更多的原因是老师们在平时的教学中没能引导学生建构思维模型，就题论题，缺少归纳与发散，导致学生不能举一反三。

课程标准（2017年版）中明确提出，化学学科素养包括证据推理与模型认知，知道可以通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系，建立认知模型。“模型认知”能力水平由低到高划分为认识模型、理解模型、运用模型、建构模型。作为高三学生来说，不应简单的认识、理解模型，更要建构模型，迁移运用模型。基于此，高中化学的教学应不囿于对真题的剖析，要努力跳出题海战术的怪圈，提倡多题一解，建立模型，建构知识结构，彻底减轻学生重复记忆和反复操练的负担。学习的主要目的是要学生参与建立该学科的知识体系的过程。

二、 以浙江2019年4月选考29为例，有效建构认知模型

（一）从易到难，认知模型渐进式建立

在平时的教学中，可先从最简单的模型训练入手。如从酯化反应入手，建立思维模型，找出定量关系。

某有机物A，相对分子量134，仅含碳、氢、氧三种元素，分子中没有甲基。可以与乙醇、乙酸发生酯化反应，A与乙醇发生完全酯化所得有机产物的相对分子量为190。试推断A的分子式和结构简式。

A有羟基、羧基，A与乙醇酯化反应存在着数量关系。建立模型：

分析题目中分子量190，差值56，即为第二种情况。所以A至少带两个羧基一个羟基。计算残基：134-17（羟基）-2×45（羧基）=27，为—C2H3，分子式为C4H6O5，A为HOOC—CH（OH）—CH2—COOH或HO—CH（COOH）—CH2—COOH。A若带两个羧基两个羟基，计算残基：134-2×17-2×45=10，不合理，舍去。

（二）多角度拓展，熟练建构模型

现有只含C、H、O的化合物AF，有关它们的某些信息，已注明在下面的方框内：

分析题意，C、D两个物质中存在数量关系，D酯化成C。建立模型：

C与D差值84，符合第二种关系，说明D有两个羟基，至少一个羧基（由A选择氧化得到），再通过计算残基进行推理。

（三）模型迁移使用，轻松突破难点问题

2019年4月浙江选考29题：由碳、氢、氧三种元素组成的链状有机化合物X，只含羟基和羧基两种官能团，且羟基数目大于羧基数目。称取2.04g有机化合物X与足量钠充分反应，生成672mL氢气（标准状况）。请确定摩尔质量最小的x分子中羟基、羧基数目及x的相对分子质量。

分析数据，确定羟基和羧基数相加至少3个，建立模型：

物质的量

2. 04/0.02=102，计算残基：102-2×17-45=23，没有符合条件的残基

修改模型，羟基数和羧基数相加为4个：

物质的量

2. 04/0.15=136，计算残基：136-3×17-45=40，符合条件的残基为—C3H4。即摩尔质量最小的x有三个羟基一个羧基，分子量136。

三、 建构认知模型，突破难点问题的有效策略

引导学生通过证据推理及模型认知的方式学习在以往的教学中并不少见。随着学习的深入，自我知识体系的构建和个人解题模式的形成更加重要。教师要引导学生从以下角度学习建构认知模型，聚沙成塔，以求实效。

（一）从实到虚，引导建立抽象模型

等效平衡的学习对于提高学生的逻辑思维能力，开拓学生解题思路都有益。

恒温恒容条件下等效平衡的条件，反应前后气体分子数不变的可逆反应，也就是Δn（g）=0的可逆反应的理解：

同理，恒温恒容條件下等效平衡的条件，对于Δn（g）≠0的可逆反应，将两个容器合并为一个，即在恒温恒容下加压，平衡右移，不能等效。若要等效则不能加压。因此等效的条件是换算后相同物质的起始物质的量相等。恒温恒压条件下，等效的条件就是换算后各物质的量加倍即可。

用这样简单的两个容器合并为一个的模型，帮助学生理解抽象概念，突破部分概念过于抽象，不能具体化的难点。活化能的概念也可以同样进行模型的建构。

（二）从特殊到普通，多角度、多方位建构模型

通过证据推理和模型认知的方式进行学习，不但可以应用到化学计算，在化学史的教学中也可发挥作用。

人类对原子结构的认识的内容可以让学生自己看材料，知道化学家们是如何提出原子结构模型的即可。但后续学生复习时，往往张冠李戴，表述不清。其实科学家们提出原子结构模型的过程是遵循科学研究范式的，建立科学研究模型的过程，在教学的过程中只需重现即可。其中包含纵横两条线。纵线是原子结构模型的提出是从粗到细，从虚到实，从外到里……而横的线，则是几乎每个科学家都经历了提出假设，实验验证再到建立模型的过程。以汤姆生为例，他假设原子带正电的部分像流体一样均匀分布在球形的原子内，而电子则嵌在球体某些固定位置。电子既受正电荷的吸引，又互相排斥，因此必然有一种状态可使电子平衡。再通过实验推断得出，建立葡萄干面包模型。后面卢瑟福建立轨道行星式模型，波尔建立氢原子轨道模型、发现夸克、用量子理论建立电子云模型等过程的科学探索都可以用相关纵横模型串联成网络。通过模型建构，突破“科普类”知识学习易学难记的困难。

（三）从基础到提升，知识拓展善建模型

32题需要学生分析所给的有机反应信息来推断合成步骤，所给信息都是大学里的经典反应，对高中生来说却很陌生，很多学生就题论题，陷入题海中了。包括一些老师的教学亦然。学生学习负担重，感觉知识繁杂，茫无头绪，对该类题型产生畏难情绪。

26、32題涉及的反应类型主要是加成、氧化和取代。据此建立思维模型，将高中涉及的有机信息题进行建模分析。以加成反应为例。将加成反应简化为1+1=1的模式，将其分为碳碳双键和碳氧双键加成等多种。根据大学里不对称加成的原则，碳碳双键的加成可以仿照丙烯与溴化氢的加成，认为与甲基相连的碳显电正性，另一个显电负性。加成时，溴化氢中溴离子带负电荷，氢离子带正电荷。根据同性相斥异性相吸的原则进行加成。26题中的乙烯与乙酸反应就属于此例。溴化氢可以换成乙酸、氢氰酸、次氯酸（—Cl带正电荷，—OH带负电荷）、氨（甲胺等等都可）、1，3—丁二烯等其他显正负电荷的物质。其中乙烯与1，3—丁二烯的加成反应即蒂尔斯阿德尔反应也是32题常考的内容。而丙烯可以换成苯、甲苯、炔烃……若丙烯换成碳氧双键，碳显正电荷，氧显负电荷，可涉及的反应有醛酮与氢氰酸加成后得到羟基酸的反应，醛酮与氨的加成，醛酮相互加成的羟醛缩合反应得到烯醛或者羟基醛，醛酮与格氏试剂的反应等等。除了碳碳双键和碳氧双键外，碳氮双键和碳碳三键亦可参照处理。至于乙烯加成或者醛酮与氢气的加成这些对称加成则不需要区分正负电荷，更简单。如此，将高中的这些知识进行串联，简单模型，百川归海，学生会发现原来有机是万变不离其宗的。通过模型建构，突破内容繁杂型，信息多变型内容的学习瓶颈。

（四）通过“思维导图”，自发建构认知模型

学生自我的知识网络若没有建立，则知识无法内化，更遑论灵活运用和迁移。应引导学生认真研究高考大纲，明确高考化学学科考试内容，借助“思维导图”，建构各知识点的认识模型，完善知识网络。思维导图可以是树状、网状的，知识纵横交错，也是厘清脉络，自我总结的一种很好的方式。思维导图可大可小，可简洁可复杂，根据个人的需求和能力自主绘制。通过模型建构，突破高中化学知识繁多，学生无法自主形成知识体系的难点。

四、 建构模型认知策略的原则

1. 科学性原则。思维模型的建构必须建立在科学的基础上，不能随心所欲。许多书本上的模型如球棍模型，比例模型等等的使用都要符合科学性。2. 适用性原则。并不是所有的题目类型都适用，也并不是所有的思维模型都能解决所有的问题。如对于催化剂对反应速率的影响，适用于过渡态理论模型而不适用于碰撞理论模型，可以有所选择，优势互补，全方位促进学生理解知识。3. 适度性原则。思维模型的使用应适度。包括适时和适量。4. 分层性原则。对于接受度比较低的学生来说，简单的思维模型可以让其尝试，对于有拔高要求的学生来说，可以尝试更加复杂的模型。5. 强化性原则。思维模型的熟练使用和思维模型的主动建构需要比较长的时间。适度的强化是有必要的。如对于复杂计算的解题模型，一次两次的训练不足以使学生形成条件反射，多次的多角度地引导和强化，才能熟能生巧，内化进学生自身的知识体系中。

五、 结语

从浙江2019年4月化学选考题来看，高考不只注重基础知识的考察，更加注重能力的要求。注重创设真实陌生的情境，信息来源多样，设问角度灵活。突出对必备知识、关键能力、思维方法和创新意识的考查。对数学思维模型、定量计算与深度、多维思考等提出了更髙的要求。教师要引导学生做到：通过构建认知模型，突破复杂计算问题、突破抽象概念学习、突破化学史的学习、突破内容繁杂型，信息多变型内容的学习瓶颈、突破学生无知识体系的难点……

参考文献：

[1]李俊.普通高中化学课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：4.

[2]王兰.发展核心素养聚焦课堂效率：基于模型认知能力培养的高三化学复习[J].中学化学教学参考，2018（9）：30.

作者简介：梅娟，浙江省杭州市，杭州市西湖高级中学。