基于模型认知的高中化学教学实践研究——以“化学能与电能”为例

韩 博 张星华

(1.甘肃省环县第一中学 745700；2.甘肃省环县第五中学 745700)

模型认知既是一种素养，又是一种能够促使学生更好的构架知识体系的教学指导方式，为此教师应当准确认识这一理念对于实际教学所起到的作用，从而将学生培养成应用型人才.电化学模块是化学学科的重要原理性知识之一，电化学模块融合的知识点较多并彼此渗透，其中诸多知识点较为抽象和微观，学生在学习中所面临的困难较多，因此要通过模型建构、修正和应用等引导学生结合宏观现象，通过证据推理其微观原理，提升模型认知水平.

一、模型认知的内涵

“认知”既是哲学概念，也是心理学概念，在认知心理学中认知指的是人类对信息加工的过程，强调以个人的基础建构对于世界上所存在的真实情况的知识体系，进而实现与现实世界的互动.化学中的“模型认知”是基于某种模型的认知，即是“基于模型进行思维的一种方式”，具有化学思维特征.学习是一个从“是什么”，过渡到“为什么”，从而达到“怎么用”的过程，与感知世界的流程有一定得联系，因此遵循探究事物本质属性的原则.在高中化学教学中，关于核心素养的组成做出了明确的界定，其中证据推理与模型认知是其中的一大组成部分，说明在教学中教师要致力于将学生所学内容转换为借助证据推演出观点间的逻辑关系的方式，从而构建起符合本质属性的模型.由此可见，模型认知的过程要融入到化学学科的日常教学中，从而确保可应用其解决实际问题.

二、基于模型认知的高中化学教学实践研究

1.情境创设，初步构建模型

为将“是什么”这一层面的认知解析透彻，教师可运用化学实验、信息技术等，将真实的化学情境展现在学生眼前.由于电化学模块较为抽象，所包含的知识覆盖面广，因此要充分发挥实验、信息技术的作用，在初步构建模型的阶段，将直观的情境展示完全，进而激活兴趣，使得学生在环环相扣的真实情境中感受化学的魅力，奠定模型构建的基础.

例如，在进行原电池的初始学习中，教师在模型认知阶段要充分利用情境创设的办法，通过温故知新的方式，将锌片、铜片放入溶液中的过程展示出来，并在展示前询问学生：二者在反应的过程中有何相同和不同之处？学生给出表面析出固体颜色有差异的回答后，教师利用多媒体将两个实验过程还原，证明其说法是否精准.而后，继续提出问题：那么分别将两种金属放置于稀硫酸中，其又会产生什么现象？同样在回答锌片表面有气泡、铜片没有反应后，给出检验的视频.此举是为了更好地引导学生感知不同还原剂的强弱差异，从而在脑海中调取关于氧化还原反应的模型，进而帮助其更好地过渡到原电池的模型上.随后，展示火力发电的图片，说明化学能可转变为内能，进而转变为电能，而这其中可将化学能直接转变为电能的装置可称之为原电池.

通过引入环节情景的创设，学生已经明确了本节课所要探究的内容，接着可以通过化学实验的开展进一步开展教学，在实验开展的过程中，可以借助一些教学策略如PDEODE教学策略，为学生提供思考、交流、解释、展示的时间和平台，使得学生能够依据自身经验进行大胆的猜测、充分的交流，并将不同的观点进行展示解释，在此过程中通过思维的碰撞、相互的质疑，最终结合所观察到的宏观现象对原电池的工作原理进行解释说明.以基于PDEODE教学策略探究Fe|稀H2SO4|Cu原电池实验装置为例，通过以下问题串：1.此装置和铜锌原电池的实验装置有哪些区别？2.请你预测导线接通后可能的实验现象？3.你观察到了哪些具体的实验现象？4.怎样解释这些实验现象？5.请写出Fe|稀H2SO4|Cu电池的电极反应式.6.试着思考原电池构成的条件都有哪些？这些问题串穿插在PDEODE教学策略的六个教学环节中，为学生的思考、实验操作、现象观察、交流、解释、质疑、展示等提供了充分的保证，通过此实验探究过程，学生能够将宏观现象作为证据对原电池的微观原理进行解释，在此过程中进行原电池模型的初步建构，加深对氧化还原反应的认知水平.

2.大胆求证，验证假设模型

从“是什么”的情境中过渡到验证和修正模型的阶段需要教师积极予以引导，运用问题情境创设和小组讨论的模式，提出逐渐深入的问题，以此为讨论的主题，学生在不断的分析环节中自然对模型中与本质属性间不相符的部分有所认识，同时在教师的指导下，将逐渐进入到模型深化的层面上，践行“为什么”的要求.与此同时，教师应当为证据的提出和分析创建良好的氛围，通过反问、追问等方式，引导学生自主提出论证的证据，以此实现模型修正和验证的目标.

继续以原电池模型的构建为例，在验证模型的环节，教师要给出高温熔融盐电池、手机锂离子电池、氧氢燃料电池、碱性锌锰干电池的工作原理图，结合以上几个图片所展示的信息，判定下列说法是否正确：(1)原电池中必须有溶液；(2)原电池的正极一定得电子；(3)原电池的正负极活性存在差异.学生积极反馈，结合之前所构建的模型，并结合干电池的工作原理，看出这几个说法均不正确，主要原因在于原电池的正负极材料并无限制，其可由同种材料构成，自然在活性上也保持一致，并且正极不一定为氧化剂.高温熔融盐电池中不包含溶液，其电解质为熔融状态.给出这几个问题是为了让学生对原电池构成的充要条件有更为深入的认识，明确在原电池能够出现电子转移的情况只要能够保证电子定向移动且形成闭合电路即可，并保证其所发生的反应为氧化还原反应，由此对之前的模型进行修正，形成图1所示的结构，使得模型更为科学.

图1

3.解读内涵，完成模型应用

科学知识学习的最终目的是作用于实际生活中，为达成这一目标，在电化学模块知识教学的过程中，教师要最终将所形成的模型引导学生应用到实际生活中，建立起知识与实践之间的桥梁，保证知识的应用效果.

在将原电池模型构建后，要保证应用的效果，因此教师要通过与生活建立起联系的方式，从而提升与应用的效果.提出问题：在制取氢气的过程中，常用稀硫酸与锌反应制得，其中在选择反应物的过程中，常选择含有铅、铜等杂质的粗锌，那么请你说一说如此选择的理由？学生联想到要想制取氢气需要保证反应的速率和纯度，杂质并不与稀硫酸发生反应，那么选择粗锌的理由是要将锌与其他杂质，在稀硫酸的环境下形成原电池，从而加快反应的速率.追问：那么同学们思考一下，在生活中你是否见过原电池的应用？试着和其他同学分享一下.学生想到了生锈，由于水附着在铁制器皿的表面，而且氧气具有溶于水的性质，因此铁制器皿中的碳和铁就在氧气的环境中形成了原电池，加快了生锈的速率.通过与生活实际联系，进而提升对此门学科的学习积极性.

综上所述，在高中化学电化学模块的教学中要重视对证据推理与模型认知素养的培养，通过创建真实的实验或者生活情景，将学生带入到模型认知的环境中，使其初步对模型有所了解，明确本节课的研究重点，而后运用问题串设置、启发式教学、小组探讨交流等方法，引导学生对所构建的模型进行论证和修正，最后运用到实际生活中，提高模型认知能力，促进证据推理与模型认知核心素养的提升.