浅析高中化学课堂教学中的模型认知应用

陈小燕

（福建省福州高级中学，福建福州 350007）

引言

模型认知指的是基于模型的认知，模型涵盖的两大类，分别是实物模型与形式(非实物)模型。模型认知是一种在化学解题过程中通过分析、推理掌握研究对象构成、本质等的科学方法。建构模型时，可以采用依据原型建模、从理论出发进行建模等方式，并且依据2016年颁布的《中国学生发展核心素养》来进行，教育部针对高中化学学科也提出了包含“证据推理与模型认知”在内的新维度。而“证据推理与模型认知”是现如今高中化学教师以及学生接触较少的领域，因此，本文为了探究基于模型认知的高中化学课堂教学方式做出了以下分析。

一、模型认知的基本过程

化学“模型”分为物理模型与思想模型，其中化学方程式就是思想模型的代表，其又可分为物理模型、概念模型、数学模型等，对其思路以及框架的分析基本可构成化学“模型认知”。教师可通过建模引导学生认识、分析、推理研究对象的本质与特征等要素，并借助符号、图像、语言等包括数学表达式在内的表达方式建立模型认知，通过现象理解化学的本质与规律。模型认知主要涉及建立模型、研究模型、理解应用模型等过程。而根据调查结果显示，只有将近55%的学生会偶尔运用模型的方法解决化学问题。针对这种情况，我们能了解到高中学生对模型的认知能力还存在一定程度的缺乏[1]。

二、“模型认知”能力在高中化学课堂中的应用现状

在对基于模型认知的高中化学课堂教学方式进行研究之前，我们可以先了解一下模型认知在现阶段高中化学课堂中的运用情况。根据调查结果显示，有42%左右的化学教师会在授课时使用物理模型充当教具，近55%的教师会偶尔使用这些模型，并且有近5%的教师从未使用过模型进行化学教学。根据这个数据我们可以总结出，有很多高中化学教师并未意识到模型在化学教学中的价值。在这种情况下，教师对于学生的模型认知能力的培养就少之又少了，这也是上文我们所提到的学生在解决化学问题时模型使用率低的主要原因。为此，想要更好地进行化学课堂教学的改革及加强对高中学生模型认知能力的培养，从化学课堂的教学方式入手极为重要。教师应改变教师的教学方式，通过引导学生实现高中化学课堂模型认知，以适应化学课标要求。

三、基于模型认知的高中化学课堂教学方式

（一）在高中化学课堂中应用物理模型

模型认知的物理模型能够通过实物或者图画等直观地体现该物体的特征。说到物理模型，其实我们并不陌生，如DNA双螺旋分子结构模型就属于物理模型。除了通过物理模型了解分子的结构特征外，我们还可以通过物理模型模拟化学原理的实验装置等。在一开始对学生的模型认知能力进行培养时，教师可以尝试教他们制作一些简单的物理模型。这样既能够激发学生对模型认知以及模型应用的主动性，又能促使学生在掌握教材知识的同时培养自身的动手与创造能力。

例如，学生在学习甲烷时，由于是刚开始接触有机化合物，很容易因为死记硬背一些方程式而导致后面概念的混淆。为了解决这个问题，教师可以根据甲烷的特征建立一个正四面体的物理模型。如用四个等大的圆形气球，通过动态演示甲烷的构成特征向学生介绍其分子结构，使他们了解到甲烷CH4的分子式以及分子结构如何表示。除了通过模型展示甲烷的特征之外，教师还可以通过演示甲烷取代反应的化学实验，使学生加强对该化学反应条件及效果的记忆。在进行该实验时记得设置有光与无光两个对照组突出实验条件，使学生牢牢掌握甲烷与氯气发生反应的化学方程式。

（二）在高中化学课堂中应用概念模型

模型认知的概念模型是一种具有直观化特征的模型，它通过流程图(包含图像、文字、符号等)来表达事物之间规律的模型。化学方程式也是其中之一，通过箭头等符号加上文字的解释以及化学式的表达，使得事物的主要特征能简单、直接、模式化地呈现出来。通常，通过概念图表达出来的概念模型能够使学生体会到化学物质具体的形成过程，进而使学生掌握探究及解决化学问题的基本方法，培养化学思维以解决实际问题的能力。概念图中各相关概念之间的关系呈现，能够帮助学生厘清化学元素及条件之间的关系。

下面我们以“物质的量”的教学为案例进行分析，该内容与生产、生活密切相关，并且在高中化学基础知识的学习中占据着重要的地位。由于物质的量较为抽象，概念多且与之相关的变量关系也不在少数。此时，教师如果利用概念图引导学生厘清这众多变量之间的关系，学生的脑海中就会形成较为系统、清晰的概念，其中包括物质的量与质量的关系、与气体体积的关系、与微粒个数的关系以及理想气体定律的表达，以上都能通过一张以物质的量n为中心的整合概念图体现出来。教师在帮助学生弄清各概念的内在联系之余，能够使学生获得掌握系统化知识的成就感，进一步激发他们学习化学知识的动力。

（三）在高中化学课堂中应用数学模型

模型认知的数学模型是一种利用符号、式子、程序和图形等对内容本质进行描述与表达的方式，是一种抽象的模拟。数学模型具有数学一样的魅力，它既可以解释某些客观现象，又可以预测一些发展规律及变化趋势。数学知识与化学学科的相通之处，使得化学问题能够从数学思维中得出一定意义上的最优解决方案。在高中化学阶段的数学模型可分为图形模型（包含逻辑图、流程图等），以及数式模型（包含方程式与不等式等）。

下面我们以有关热量的教学为案例，让学生加深对数学模型的认知，并且培养他们逻辑思维的能力。教材在阐述了放热反应与吸热反应的两个概念后，对化学反应总是伴随着热量改变而存在的知识作出了总结分析。学生能从中了解到断开化学键吸收能量，与之相对的形成化学键放出能量。学生了解到化学反应中两个相反的过程，即旧键断裂和新键生成，并可对其中能量的释放与吸收进行分析，最终通过所建立的图形模型为以后的化学学习打下基础。在图像和数值的辅助下，学生在计算焓变的过程中会轻松很多，如运用 C(s)→CO(g)→CO2(g) 结合图像帮助学生理解“盖斯定律”的含义等。

结语

在高中化学的教学课堂中以及化学测试中，运用模型也受到了很多教师的关注。今后，模型运用在化学教学中必定会占有更大的比重及应用趋势。综上所述，化学教师对高中课堂上的模型认知教学方式需要投入更多的研究心血。以模式认知为侧重点，创新高中化学课堂教育方式，并引导学生在化学学习过程中培养模型认知意识。同时，高中生要在实际运用中增强自己的模型认知意识及模型应用能力，积极地在解决化学题目过程中带入模型运用思想，并在加深模型认知的道路上，掌握化学思维，把握化学学习方法。