渗透模型建构 促进课堂生成

■刘 东

化学中有各种各样的模型，它们的存在帮助我们学习和研究物质的组成、结构、性质和应用。比如化学方程式、电离方程式和热化学方程式等符号模型，向我们清晰地揭示物质的转化以及转化过程的能量变化；原子结构模型、比例模型和晶体结构模型等图像模型，向我们揭示物质的微观构成奥秘；“宏、微、符”三重表征模型简洁清楚地表示出了宏观、微观和符号之间的联系。

但是，目前中学化学中，各种各样的模型更多的是作为学生学习的对象出现，也就是课程标准要求的认识模型、理解模型和应用模型。如果教师不能在具体情境中引导学生建立模型以解决新问题，学生核心素养的培养很难真正落地生根。那么，怎样引导学生在具体情境中建立模型、解决问题呢？

影响课堂生成的因素有很多，比如师生关系是否和谐，任务的难易程度是否适合，教师备课是否充分等。笔者发现，即使上述条件都非常适合，学生也具备解决问题的知识基础和能力基础，但碰到一些困难的、有挑战性的任务时，依然会出现“生成困难”的问题。笔者认为，应该是学生头脑中缺乏解决这类问题的模型。之前分析中提到的模型是帮助学生认知的重要方法，是解决问题的那把钥匙。如果教师能帮助学生建立合适的思维模型，课堂生成可能就会变得轻松简单。

一、模型建构的一般过程

在初中化学教学过程中，笔者认为建立模型的过程一般有5个阶段。

第一阶段，教师提出具体的问题情境。问题要有一定的探究意义，不能太简单，要根植于学生的知识基础，是应用所学知识和生活经验确实能够解决的问题。

第二阶段，原型启发。师生共同合作、讨论，建立初步模型。这个模型一般是以问题的形式呈现，问题要有一定的概括性和一般性，要包含第一阶段问题的核心特征。这里面的逻辑是：只要这个一般性的问题得到解决，包含在其中的第一个具体问题就可能被解决。同时，教师启发学生从生活经验和所学知识中寻找解决问题的原型。

第三阶段，原型匹配和假设猜想。学生根据已有的原型，尝试解决第二阶段的一般性问题，同时对第一阶段的问题进行合理假设和预测。

第四阶段，验证模型。通过实验或者查阅相关资料，对预测结果进行验证。

第五阶段，建立模型。对初始模型进行修改，使其符合相关事实，建立最终模型，并运用这个模型解决问题。

二、模型建构的基本原则

开放性原则。需要通过建构模型解决的任务不应该是简单的或指向唯一答案的任务，要有一定的探究性和开放性。但是限于初中生的既有认知水平和一节课的容量，任务的开放程度也不能太大，应该从具体情境出发提出问题。

预设性原则。建构模型应该以学生为主体，以师生讨论、小组讨论为主要形式。但这对教师的前期准备提出了更高要求：教师需精心选择有探究性的问题，对学生已有的原型数量有充分的预估，对建立什么样的初步模型和最终模型做到心中有数，收集相关资料和准备实验以便为学生的假设提供证据等。

丰富性原则。模型的建立依赖于学生头脑中已有的原型。学生已有的原型数量越多，对原型越熟悉，建立模型并进行原型匹配就越流畅。如果学生缺乏相关原型，那么此时就不适合进行模型建构教学。另外，笔者认为学生已有的且非常熟悉的模型也可以作为解决新问题的原型。

生成性原则。模型建构的过程就是学生不断生成、创新的过程，非常依赖学生的主观积极性。在此过程中，教师应该是组织者和协调者，是“主持人”，而不是“评委”，尽量不要评价学生方案的优劣，以保护学生的积极性，促使学生提出一些大胆的假设。

三、建立模型，促进课堂生成的案例分析

“金属矿物 铁的冶炼”是沪教版第5章第2 节的内容。通过分析学情，笔者发现，之前学生已经学过氧化物、化合物的相关概念，以及分解反应、化合反应、氧化反应和置换反应等反应类型，也学习了科学探究的基本过程和思维方法。因此，学生具备对本节内容进行科学探究的知识和能力基础。于是，对于铁的冶炼原理这部分内容，笔者大胆提出探究问题：“怎样使氧化铁变成铁呢？你能提出尽可能多的解决方案吗？”但是很可惜，在不事先查阅资料的前提下，鲜有学生能提出具有建设性的方案，课堂生成十分困难。笔者通过思考，基于模型建构，又对教学进行了改进，教学片段如下：

环节1 建立初步的模型“化合物→单质”，启发学生寻找解决问题的原型

师：怎样使氧化铁变成铁呢？你能提出尽可能多的方案吗？

师：氧化铁和铁分别属于什么类型的物质？

生：氧化铁属于化合物也属于氧化物，铁属于单质。

师：那有什么办法将化合物变成单质吗？如果我们能找到将化合物变成单质的方法，那么这个方法可能也适用于将氧化铁变成铁。

环节2 原型匹配，找到解决第二个问题的初始原型，对第一个问题给出合理预测

学生分组讨论，根据知识原型给出具体的解决方案。

方案1：高温使氧化铁分解。原型是：高锰酸钾受热分解制取氧气。

方案2：通电使氧化铁分解。原型是：水通电可以分解，生成氧气和氢气。（也有学生提出氧化铁是不导电的固体，该方案可能行不通。）

方案3：用更活泼的金属和氧化铁反应，将铁置换出来，比如铝和锌。原型是：铁和硫酸铜溶液反应得到硫酸亚铁和铜。

方案4：用一些极容易和氧元素结合的物质（比如H2、CO）抢走氧化铁中的氧元素。该方案是基于对模型“氧化物单质”的朴素认识。

环节3 查阅资料，验证猜想

教师给出相关资料，为学生的预测寻找证据，验证假设。

方案1：高温确实能使氧化铁分解，但是不能得到铁，只能得到四氧化三铁。只有一些较不活泼的金属（比如汞）可以通过热分解的方法制得。

方案2：将氧化铁熔化后，通电确实可以使其分解，而且能制得纯度很高的铁，但是耗能较大。

方案3：用铝和氧化铁在高温下确实能反应制得铁，这个反应叫“铝热反应”，但是该反应成本较高。

方案4：H2、CO 和焦炭等物质在高温下可以和氧化铁反应制取铁，该过程叫热还原法，其中用焦炭炼铁成本较低。

环节4建立最终模型，解决实际问题

综合考虑成本、能耗、原料来源等因素，最终选择焦炭或者CO 为原料来炼铁，并提出金属冶炼的基本模型。

金属冶炼：（1）热分解法，适用于较不活泼金属，比如汞；（2）电解法，适用于活泼金属；（3）置换法，比如湿法炼铜；（4）热还原法，常用还原剂为H2、CO和焦炭等物质。

四、基于模型建构的课堂教学反思

首先，耗时长。对于炼铁原理的教学，大部分教师采用讲解法，一般几分钟就能讲完，但是模型建构教学却需要大半节课。其次，收获大。学生不仅学会了炼铁的原理，而且还建构了金属冶炼的一般模型，更重要的是，在这个过程中体验了模型建构的一般过程。再次，学生参与度高。在初步模型建立之后，课堂生成就变得极为流畅，学生积极参与讨论和发言，从预测实验方案，用实验和事实验证假设，到建立金属冶炼的一般模型和选择合理的冶炼反应原理，学生都表现出很强的参与意愿。最后，教师的前期准备工作要做足。课堂虽然只有短短的45 分钟，但是教师在各个环节都要做到心中有数，更多的扮演“主持人”角色。

模型帮助我们更好地认识了客观世界，而客观世界是复杂多变的，模型虽然能将问题简化，但是认识和研究世界的模型必然也是多种多样的。笔者认为，教师可以从模型建构的角度出发，基于实践，开发各种用于解决具体问题的多种多样的思维模型。模型和原型是可以相互转化的，之前学习过的模型可以是新情境、新模型下的原型，而头脑已有的原型也可以为我们建立新模型提供参考和借鉴。