探讨模型方法在元素及化合物教学中的应用

祖琳 马丽娟

摘  要：高中化学中的基础与核心仍然在于元素及化合物知识，深入了解元素及化合物知识能够帮助教师与学生明确教学目标、提高教学效果。模型的概括作用可以帮助老师和学生梳理元素与化合物知识的核心内容，帮助学生在解决元素化合物各类型问题时抓住核心本质，选取不同的解决问题的思路，可以运用相同的解决问题的方法解决复杂问题。外显问题解决的认识角度与认识思路，使教师能够更有效地示范问题解决的思路与推理过程，帮助学生提高推理能力，使学生在面对陌生情景时主动运用模型思维解决问题。

关键词：金属  化合物  高中化学  模型认知

中图分类号：G63                              文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2020）11（a）-0168-03

Exploring the Application of Model Methods in Element and Compound Teaching

ZU Lin  MA Lijuan

（Shanxi Normal University， Linfen， Shanxi Province， 041004  China）

Abstract： The foundation and core of high school chemistry still lies in the knowledge of elements and compounds. An in-depth understanding of elements and compounds can help teachers and students clarify teaching goals and improve teaching effects. The general function of the model can help teachers and students sort out the core content of element and compound knowledge， help students grasp the core essence when solving various types of element and compound problems， choose different problem-solving ideas， and use the same problem-solving method. Complex issues. The cognitive perspectives and ideas of explicit problem solving enable teachers to more effectively demonstrate problem solving ideas and reasoning processes， help students improve their reasoning ability， and enable students to actively use model thinking to solve problems when facing unfamiliar situations.

Key Words： Metal; Compound; High school chemistry; Model cognition

1  提出背景

元素化合物知識从知识的类别上属于事实性知识或陈述性知识，是中学化学教学内容的重要组成部分，约占中学化学教学内容的60%。但由于元素及化合物知识繁多，在中学化学教学中只学习代表物，如在金属及化合物学习中，仅学习钠、铁、铝等金属及其化合物的性质，各物质之间的转化，并且常以实验或实验现象总结原理，学生在这部分的课堂学习时常常觉得有趣、简单，但实际上确是以记背的方法学习，难以联系具体事实解决实际问题，难以通过代表物质的个性认识全部金属及化合物的特性。元素化合物内容本身具有繁杂、琐碎的特点，记忆量大，容易混淆。元素与化合物知识不仅是化学教学的难点，也成为影响学生化学学习兴趣的重要因素[1]。

研究者通过对元素及化合物知识及学生学情的研究发现，在元素及化合物学习的主要问题在于不能充分体现元素化合物知识的教学价值、用于联系各种任务的核心结构的缺乏、学生活动的层级化和系统化不足3个问题。在元素及化合物学习，特别是金属及其化合物的学习方面，由初中过渡到高中时，知识含量发生了改变，学生的认知方法也需要及时提高与修改。

根据《普通高中化学课程标准（2017版）》，周业虹对人教版教材进行分析，列出了教材中涉及模型的主题，供化学教师参考[2]。化学教学时运用模型方法是化学课程教育的需要，能够帮助一线教师更好地描述相关的化学概念、原理、梳理问题框架。尤其是在金属及化合物中的运用能够帮助学生掌握金属及化合物相关知识，培养学生科学的思维与解决问题的能力。

2  基于模型的教学设计

2.1 教学设计编写原则

在编写以模型方法进行铁及化合物教学时，需要遵守以下原则。

2.1.1 学生为主的原则

模型方法在平时化学教学中已有涉及，但并未引起一线教师与学生的注意，所以模型方法对于学生来说仍然是一个新的学习方法，所以在以模型方法进行教学时，要遵守学生为主的原则。该原则要求教师不能照本宣科，要以学生为主体、以模型方法为载体学习化学知识，要激起学生求知的愿望，通过教师引导、学生探索的方式来进行金属及化合物的学习。

2.1.2 模型与学生已知联系的原则

各学科知识间的联系是千丝万缕的，不是孤立存在的，化学学科也是同样。在进行模型教学时要考虑金属及化合物知识与前后知识间的联系，比如金属元素知识与非金属元素间的关系、物质的化合价与氧化还原知识、电化学知识等之间的联系，在进行教学设计时要有大局意识，能够与前后的知识形成联系，为以后的知识做铺垫。

2.1.3 模型的适用性原则

高中化学中重点钠、铁、铝等金属及化合物，但整个高中化学还涉及镁、铜、锌等其他金属，这些金属虽然没有安排章节来进行学习，但对高中生来说也是必不可少的知识。以模型方法进行金属及化合物学习时要注意模型的适用性与弹性，即学生应用模型方法学过某一金屬后能够举一反三，在认识到金属通性的前提下认识到各金属的特性，完成其他各金属的模型并学会运用及评价模型。

2.2 教学设计编写依据

《普通高中化学课程标准（2017版）》对金属及化合物的内容要求学生能够结合真实情景中的案例或通过实验探究，从知识上认识了解钠、铁、铝、铜及重要化合物的性质，并从情感上认识到这些物质在生产生活中的应用及其对环境的影响[3]。王磊教授及其团队提出元素及化合物的四基石结构[4]（见图1）。

以认识角度、化学问题、研究对象及任务类型四大核心要素来进行刻画。王磊指出，元素及化合物知识的认识对象包括具体物质、具有共同特点的一类物质（如金属单质、金属氧化物、酸、碱等）、含某种元素的物质、含不同种元素的物质等;研究这些物质的角度通常从物质反应的原理、元素周期律不同、物质的化合价变化、一类物质具有的通性及代表物的性质等;以物质的保存、使用、检验、鉴别、制备、分离等问题作为载体;设计学习理解、实践应用、探究创新等不同难度的题目。

2.3 铁及其化合物教学设计

以铁及其化合物为例，依据元素及化合物认识模型进行教学设计如下。

2.3.1 教学设计目的

（1）掌握铁及其化合物性质。

（2）形成铁及其化合物的认识框架，便于物质的储存与应用。

（3）学会根据陌生物质的化合价及物质类别，预测其化学性质。

2.3.2 教学设计主题：菠菜补铁是真的吗

（1）认识模型：反应原理（氧化还原）、化合价（含铁元素化合价的认识）、类别通性（铁盐的通性）。

（2）化学问题：陌生物质的鉴定与检验（草酸亚铁在菠菜中的鉴别与检验）。

（3）研究对象：含同种元素的不同物质（含铁元素的单质、氧化物、碱、盐等）。

（4）任务类型：包含学习理解、实践应用、探究创新等多层任务（从化合价及类别角度总结铁及其化合物、将草酸亚铁放到铁的价类二维图中预测其性质、设计探究性实验检验草酸亚铁的存在）。

3  从促进“模型认知”角度组织教学内容

金属及化合物的学习是高中化学重要的组成部分，运用模型方法学习不仅能够对松散的知识点进行梳理，而且能够训练学生的思维方式与科学的学习方法。基于对知识掌握水平及学生能力水平的测评结果，可以发现学生在金属及化合物学习乃至元素学习中的障碍，教师与学生可以运用测评结果有针对性地进行巩固与深化，可以有针对性地调整教学策略，突破金属及化合物中的认知障碍，从而更好地与高中化学中其他部分的内容进行有机结合。然而，模型方法与建模过程在化学教学上不应该仅作为单纯的工具与方法来使用，在针对金属及化合物的内容上，更应该注重对课标的研读、对学生已有知识的探查、对教学目标及教学内容的设定上，从目标的设定到教学的实施都应该落实模型的应用[5-6]。为此，笔者提出以下几点建议。

3.1 研读课程标准，明确教学模型

课标中指明了金属及化合物教学的要求，并且对模型应用能力的4个水平做了相应的区分与解释，但课标的要求还需一线教师细细研读，明确在金属及化合物中涉及的相关知识点，通过学科教研组共同商议出这些知识点的教学如何渗透模型方法，归纳模型的基础原型与特殊变式，组建完善的教学模型体系，以便在以后的备课过程中做参考。

3.2 运用多种方法，强化模型意识

研究表明，学生模型认知水平的与模型认知的意识、认知方式及能力等有关，认知方式与能力的发展是以意识的提高为前提条件。意识先于行动，要提高学生的模型认知水平，首先要培养学生的模型意识。只有学生在心理上接受模型方法，认可模型方法的积极作用，才能在知识学习与问题解决中有意识或下意识地运用模型方法，提高知识掌握的深度与解决问题的能力。

3.3 通过实际问题，增强学生模型应用能力

通过教师讲解，学生可以从对模型的识别过渡到对模型的理解水平，但在这一水平，学生不能根据已有知识与实际问题建构模型，也不能自主运用已建构好的模型解决问题，学生的化学思维能力没有进一步发展。模型的应用过程也可以理解为学生运用化学模型描述反应具体过程，解释化学反应现象和反应规律，预测可能发生的反应和变化的过程。正确应用模型不仅能帮助学生理解与掌握化学知识，还能帮助学生加强问题解决与模型应用之间的联系，丰富学生的模型应用经验。

4  结语

该文结合课标与前人对金属及化合物提出以模型方法处理金属及化合物的教学。根据课标上对于模型认知及金属及化合物的要求，对铁及其化合物一节进行了复习课的教学设计，此教学设计在完成复习铁及铁化合物的教学任务上，新增的探究陌生物质环节贯穿整堂课的教学，使学生能够积极主动地利用所学过的知识，构建金属及化合物模型，利用模型解决实际问题。并提出基于模型的元素及化合物教学内容组织建议，帮助一线教师更好地研读课标，提升学生的化学核心素养。

参考文献

[1] 侯丽丽，刘晶，于少华，等.基于学生核心素养培养的元素化合物教学研究—— 以“铁及其化合物”单元整体教学为例[J].化学教学，2019（7）：44-46.

[2] 周业虹.高中化学模型建构能力的培养与测评[J].中国考试，2019（5）：50-56.

[3] 中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2017.

[4] 王磊，魏锐.学科核心素养发展导向的高中化学课程内容和学业要求——《普通高中化学课程标准（2017年版）》解读[J].化学教育（中英文），2018，39（9）：48-53.

[5] 魏钊.高中生化学空间能力测评研究[D].华中师范大学，2019.

[6] 周师捷.“教、学、评一体化”的高中化学教学实践研究[D].湖南师范大学，2019.