摘要:本文围绕高中化学核心素养的目标要求,阐述模型构建的策略,按模型分类的三种类别,着重介绍弱电解质电离平衡模型(形象模型)的教学策略,培养学生的形象模型认知能力和构建能力,落实高中化学核心素养的目标.
关键词:核心素养;形象模型构建;电离平衡;高中化学
中图分类号:G632文献标识码:A文章编号:1008-0333(2021)30-0100-02
《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圖像反映原型的结构、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.
图1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).
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.
所谓“冰山一角”,露出海水的只是整座冰山的一小部分,还有绝大部分隐藏在海面以下,重力和浮力相等使二者处于相对平衡.学生通过图片和生活阅历,初步获得电离平衡的认识.进一步引导学生,对于醋酸的电离平衡:CHCOOHCHCOO+H,已电离的醋酸和未电离的醋酸相当于冰山的哪一部分?通过对比,学生很快建立对应关系,进一步抽象构建模型如图3所示.
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(H)∝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(H)∝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.
参考文献:
[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准(2017年版)[M].北京:人民教育出版社,2017.
[2]化学方法论编委.化学方法论[M].杭州:浙江教育出版社,1989.
[责任编辑:季春阳]
作者简介:冯小明(1980.12-),男,安徽省绩溪人,本科,中学一级教师,从事高中化学教学研究.