高中化学核心素养下的形象模型构建能力培养——以弱电解质电离平衡为例

冯小明

(安徽省广德市广德中学 242200)

《普通高中化学课程标准(2017年版)》指出，化学学科核心素养包括5个方面.“证据推理与模型认知”的内涵包括具有证据意识，能基于证据对物质组成、结构及其变化提出可能的假设，通过分析推理加以证实或证伪；建立观点、结论和证据之间的逻辑关系；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，建立模型.能运用模型解释化学现象，解释现象的本质和规律.同时，新课程标准也在课程目标体系中对“证据推理与模型认知”作了具体要求.

一、模型认知和构建能力培养的意义

模型的分类有不同的标准，按照模型与原型的相似程度和直观性大小，大体上将模型划分为三类：形象模型、符号模型、数学模型.形象模型是以一定的形象或图像反映原型的结构、性质和机制.中学化学教学中，用到的形象模型有原子模型、电子云模型、球棍模型、比例模型、化工流程图等，通过这些形象模型的辅助教学，突破了教学难点，起到了事半功倍的教学效果.

教师除运用已有化学模型进行教学，还可以和学生一起分析系统性较强又较为抽象的专题，学会构建模型，并在教学实践中不断优化拓展，逐渐构建各种模型.构建模型既服务于教学，充分调动学生研究化学科学的积极性，激发学生学习化学的兴趣，也有利于培养学生模型认知和构建能力，有利于高中化学核心素养的落地，逐步形成研究科学的素养和品质.

二、模型认知能力培养模式

建模和用模是培养学生模型认知能力的两个过程，二者相辅相成，是一个整体.建模是基础，是用模的前置条件，用模是目的，是对建模的验证和深化.在建模过程中，教师要突出学生的主体地位，充分引导学生敢于突破学科常规思维，勇于跨学科、跨领域类比、类推，大胆假设，小心求证，通过相互讨论、相互激发、相互质疑、相互补充，让学生融入到主动探索学习的氛围之中.

在教师引导下，学生通过研究原型，分析问题本质后构建初级模型，运用、理解和拓展模型，反复修改构建高级模型，在此过程中，学生不仅获得了较完善的模型，教师也落实了基于化学核心素养的教学目标(如图1所示).

图1

三、形象模型认知能力培养策略实例分析——以弱电解质电离平衡为例

《化学反应原理》中电离平衡一节内容抽象，类型复杂多变，学生在学习过程中较难掌握，教师可先展示漂浮的冰山图片如图2所示，引导学生构建形象模型.

通过模型，学生形象地认识到弱电解质的电离程度是微弱的，只有很少一部分发生了电离，大部分弱电解质未电离.进一步引导学生思考如何表示盐酸等强电解质的电离呢？学生分析、讨论，拓展构建盐酸的电离模型如图4所示，教师继续趁热打铁，给出例题.

例题在两份等量的足量锌粉中分别滴加：

(1)10mL 0.01mol/L的盐酸；

(2)10 mL 0.01 mol/L的醋酸.

比较大小：

①开始产生氢气的速率;

②完全反应后所得氢气的体积(相同状况下).学生思考后建模如图5所示.

分析根据v(H2)∝c(H+)和模型，开始c(H+)大小关系：盐酸>醋酸，故产生氢气速率：盐酸>醋酸.又根据V(H2)∝n(H+)，醋酸未电离的H+可以随反应进行继续电离出来，并与锌粉反应，结合模型，二者面积相等，故醋酸参加反应的H+总量与盐酸相同，完全反应产生氢气相等.学生已经基本理解该模型，但灵活运用上还有困难，教师再次给出变式练习加以巩固.

练习在两份等量的足量锌粉中分别滴加：

(1)10mL pH=2的盐酸；

(2)10 mL pH=2的醋酸.

比较大小：

①开始产生氢气的速率，

②反应一段时间后产生氢气的速率，

③完全反应后所得氢气的体积(相同状况下).

学生独立思考、重新构建模型如图6所示.

学生运用前面所学知识很容易构建模型来分析①③，而面对②，则较困难，教师引导学生从题中“反应一段时间后”必消耗一定量的H+，如同冰山融化一部分，隐藏的冰山就会上浮，激发学生思考弱电解质的电离平衡被破坏，发生电离平衡的移动，学生运用勒夏特列原理，重新构建模型，在新模型中，可以清晰的看出醋酸和盐酸中的c(H+)均减小，但前者大于后者，故产生氢气的速率为：醋酸>盐酸.学生在不断思考、分析中，通过建模、改模的反复构建中强化了模型理解和拓展能力，培养了学生模型认知和构建能力，落实了高中化学核心素养的目标.

模型从原型而来，不能简单地等同于原型，要充分理解二者的联系和本质区别.模型的发展离不开新问题，要遵从由浅入深，循序渐进，逐步提高的原则，同时随着核心知识的深入学习，模型在新问题中可能不能适用，甚至出现错误，这是事物发展的自然规律，教师要用引导学生用发展的眼光看问题，积极地、科学地评价模型，总结得失，这样就能在构建模型的教学中不断落实化学核心素养的目标.