基于学生模型认知素养培育的教学实践研究

1、PAGE PAGE 5基于学生“模型认知”素养培育的教学实践研究以化学反应原理模块的教学为例杨伏勇（福建省厦门第一中学 福建 厦门 361003）摘要：在化学反应原理模块开展基于学生“模型认知”培育的教学，能够提高学生学习的积极性，体现学生学习的主体地位，增强其探究、逻辑推理和概括总结等多方面能力，有助于学生对核心知识点的理解，对学生的长远发展和终身学习起到积极作用。本文以“化学能转化为电能”一节为例就如何在化学反应原理模块进行学生“模型认知”的培育进行了阐述。关键词：模型认知；化学反应原理；教学策略 随着国家课程改革的全面深入，中学课堂的教学经历了从知识学习为本的模式到观念建构为本的教学，目

2、前正向基于促进学生发展核心素养的模式转变。“模型认知”是化学学科核心素养的一个重要组成部分，是其中的思维核心1。模型认知的建构过程就是要求学生对学习的知识进行剖析，抓住其本质内容进行思维的建构，获得一个具有普遍意义的分析模型，再用此模型来解决一系列相关问题。研究如何在我们的课堂教学中开展学生“模型认知”的培育，对促进学生认识的发展和提高解决问题的能力具有重要的意义。化学反应原理作为理科学生选修模块中的必选部分，其涉及的核心知识是当前高考考查的重要方面。它是基于学生在必修化学基础上对化学反应认识的更高层次，具有抽象性、理论性、微观性等多重特征，学生在学习时存在较多的困难。运用“模型建构”引领学生

3、追溯相关知识的本体，梳理内在的逻辑关系，提取核心要点搭建有代表性的应用模型，利用模型高效解决一系列陌生问题，从而攻破重难点内容，进而培育学生 “模型认知”的学科素养。本文依据模型建构的相关理论，基于培育学生“模型认知”素养的角度对教材内容进行了研究和案例开发，并以“化学能转化为电能”一节的教学实践为例，从模型建构的主要环节论述了基于学生“模型认知”培育开展课堂教学的具体过程。一、模型与模型认知1、模型模型，其词来源于拉丁文(modulus)，意为“尺度”、“样本”、“标准”。模型是一种在人类发展进程中从特殊的角度来认识科学的工具。模型是在通过对研究对象的深入分析，提取出其本质特征，对内在的重要

4、关系进行梳理，而把次要的、无关紧要的东西剔除，经过思维的加工，以实物、语言、图形、符号等多种方式来对原研究对象的一种概括性描述。模型包括实物模型和思维模型。2、模型认知模型认知，要求学生通过分析、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2，通过它们建立一个具有代表性的模型，在面对新问题时能够利用所建立的模型，去解释相关现象，解决相关问题。基于模型和模型认知的定义，对学生“模型认知”的培育，需要经历“模型原型”、“模型建构”和“模型应用”的过程。“模型原型”是整个培育过程的前提和基础，只有对原型进行深入的分析，才能客观、准确的挖掘出其背后的本质，为后续的模型建构提供正确的方向。“模

5、型建构”是整个“模型认知”培育的核心，此过程是学生认识发展的关键过程，需要教师采取必要的策略引领学生实现模型的自我构建。“模型应用”是“模型认知”培育的实践阶段，可以有效检验学生对相关模型建构的成功与否，也有助于加深学生对相关模型的认识，提高学生实际解决问题的能力。二、模型建构在教学中的实施1、教材中“模型原型”的选取基于学生“模型认知”培育的教学，首先需要教师深入的研究教材，选择适合模型教学的相关内容，在此基础之上，为了构建相关的模型，需要选取合适的“模型原型”，其选取的原型应该具有普遍性和简单性。“普遍性”要求供研究的原型必须具有代表性，能够代表一类的研究对象。“简单性”要求供研究的原型要

6、易于学生“剖析原型”，从中发现原型内在的一些特征和关系，最好是学生身边的熟悉的原型。我们选取鲁科版化学反应原理教材为研究对象，对其进行了深入的分析，开发适宜进行模型建构的课堂教学案例。该模块主要包括热化学方程式和盖斯定律为主的热化学、原电池和电解池为代表的电化学、化学反应速率和平衡问题、水溶液中的电离、水解和沉淀溶解平衡等内容。结合对已学过该模块的高三年级理科学生的抽样访谈，了解他们在学习该模块中遇到的主要问题。例如：热化学中热化学方程式的书写是高考的重要考点，由于涉及到物质状态、焓变单位和数值等多个细节，是学生极易丢分的地方。由于电化学可考查的新电源和电解装置层出不穷，涉及的内容陌生程度较高

7、，对学生的能力要求较高。化学反应和水溶液中的相关平衡知识抽象性较强，其理论与实际的生产生活联系较为密切，问题的呈现形式丰富多样，是学生学习上的难点。针对上述问题，在高二年级进行该模块学习时，我们对重点内容采取模型建构的方式展开教学，在深入研究的基础上，对将要建构的模型提取了相关“模型原型”。例如，在“化学能转化为电能”一节中，我们选取了必修阶段学生所接触的“铜锌原电池”作为原电池模型建构的原型。该原型具有“普遍性”，是中学生所接触的简单原电池的代表，通过深入挖掘其工作原理，有助于学生对原电池的本质有深入的了解；该原型具有“简单性”，它是中学阶段接触到的最简单的一种原电池，电极材料和电解液构成简

8、单，有利于学生去分析其工作原理。在热化学中，我们选取了“碳在氧气中的燃烧”作为盖斯定律和热化学方程式书写的模型原型。以“醋酸钠溶液的水解” 作为盐类水解平衡原理的模型原型等。2、基于模型构建的教学策略模型的建构，需要学生基于对“模型原型”的深刻认识，从中找出其具有的本质特征，理清其内部存在的各种关系，通过总结和提炼得到一个能够充分体现原型但又高于原型的对研究对象的认识，其抽象程度越高，其模型的适应性也就越广。模型建构的过程，应该要有学生积极的参与，充分的探究，要给学生足够的思维和分析空间，要能够反映出学生认识发展和思维建构的过程。但由于学生的水平和能力限制，需要教师在学生建模的过程中给予适当的

9、指导，采取恰当的教学策略引领学生进行模型的建构。教无定法，但教学有法，根据教学知识的特点和学生的实际情况，选择恰当的素材，采用相匹配的教学策略，引领学生从素材中发现原型、提炼原型，自我构建出理想的解决问题的模型。研究过程中，如在“原电池和电解池、化学平衡、弱电解质的电离、盐类的水解和沉淀溶解平衡”等知识点，我们采用以实验探究为主的教学策略引领学生展开分析、进行模型的建构。 HYPERLINK javascript:; 化学是一门以实验为中心的科学，其发展历程与实验密不可分。在教学中因地制宜，适当的进行实验探究活动，可激发学生的学习兴趣，提升学生动手、观察等多方面能力，形成科学探究的一般思路，为

10、其长远发展打下坚实的基础。在模型建构的教学中采用实验探究式的教学策略，有利于学生对模型原型的深刻认识，有助于在此基础上进行模型的建构。在“热化学、pH计算和溶液中离子浓度大小”等计算内容的教学上，由于它们都为纯理论内容，我们采用了“示范练习反馈”策略引领学生构建模型。通过教师的示范，让学生初步认识相关技能性知识的基本程序，在练习中使学生构建起相应的模型，再通过大量的练习反馈来进一步深化和运用相关模型。例如，我们在“化学能转化为电能”的教学中以实验探究为主要策略引领学生构建“原电池”模型的具体过程如下。教学环节教师活动学生活动设计意图分析原型布置学生分组实验探究活动： 【实验器材】Cu片（2片）

11、、Zn片（2片）、稀H2SO4、ZnSO4溶液、CuSO4溶液、橙子、苹果、C2H5OH、盐桥、导线若干、电流计，烧杯2个。【实验要求】结合必修2原电池的知识，设计一个原电池，分析两电极上的反应，阐述其工作原理。分组进行原电池装置的设计。在一个真实的开放性的环境中，让学生结合必修所学的知识在亲身实践中去设计原电池，体会原电池的构成要素。选取小组制作的有代表性的原电池（单液原电池、双液原电池、水果电池）让学生进行展示、介绍其工作原理。相应小组派出同学代表上台展示设计的电池装置并进行相关原理介绍。以铜锌原电池作为模型原型，展开思维的发散，在亲自动手设计电池的基础上，进一步讨论、分析对应装置的工作原

12、理，有助于学生对电池工作原理的自我探索和总结。提炼原型引领学生讨论几组原电池的相同点和不同点。学生分析所设计原电池的异同点。引领学生在真实情境中认清原电池的本质，为建构模型打下基础。建构模型在生生和师生讨论中，学生完成原电池模型的搭建：在动手实验、分析讨论中让学生对原电池的本质有深刻的认识，在此基础之上，完成相应模型的建构。通过必修知识的学习，学生已经对铜锌原电池的工作原理有了简单的认识，但较为单一，对原电池的构成要求没有认识。在这里，基于学生知识的自然增长点，参考铜锌原电池，限定实验药品和器材，展开对原电池的深入探究，使得实验既具有开放性又有方向性。在实验探究中，让学生基于铜锌原电池作为模型

13、原型进行发散探究，展开思维的碰撞，对原电池的电极材料、电解质溶液、闭合回路等有深刻的认识，厘清电解质溶液、电极和电极反应的内在关系，电子、离子的移动规律。同时也让学生对原电池的认识从最初的单液原电池提升到稍复杂的双液原电池。学生在实际的探究过程中逐渐剥开原电池的真身，符合学生的认识螺旋式上升的规律。整个过程中，能够有效激发了学生的求知欲和探究欲，从“要我学”变为“我要学”，在锻炼了学生的实验探究和小组合作能力的过程之中，渗透着对学生“模型认知”素养的培育。3、模型应用有学者研究指出，高中学生在解决陌生问题时，首先想到的解题策略就是模型匹配策略3。通过陌生问题的剖析，发现其本质特征，再由此寻找具

14、有此特征的自身知识储备中的相关模型来解决问题。在“模型应用”过程中，首先对建构的模型有较高的要求，必须要具有概括性、深刻性。在此基础之上，学生首先要具有较强的信息获取、分析对比和迁移应用能力。能够抓住研究对象本质特征找到与之适合的模型，利用模型，把陌生问题熟悉化，化难为易解决问题。当然，该环节的实施，是需要经过反复的实践训练，让学生对相关模型运用自如，起到举一反三、触类旁通的功能，有效快速的解决问题。例如，在“化学能转化为电能”一节的课堂教学中，从学生的认知发展的角度考虑，教材和教师实际教学中引入的都是简单的电池，在实际的生产和生活中所用的电池装置远比其复杂。如果在教学中仅停留于简单电池的原理

15、分析，那么就会造成学生上课听得懂，下课相应题目不会做的现象。基于此，通过构建原电池模型，可以让学生有效的进行迁移应用去解决复杂电池问题。例如，在该节教学中，我们在“模型应用”中选用如下例子。【模型应用】（2015年全国高考化学新课标卷）微生物电池是指在微生物的作用下将化学能转化为电能的装置，其工作原理如图所示。下列有关微生物电池的说法错误的是：A正极反应中有CO2生成B微生物促进了反应中电子的转移C质子通过交换膜从负极区移向正极区D电池总反应为C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O【答案】A【教学分析】该装置摆脱了经典原电池对电极材料活动性不同的要求，学生无法通过电极材料的金属活动性来判断

16、电池的正负极。教学中引领学生通过前期构建的 “原电池模型”通过分析电池的总反应作为突破口则问题迎刃而解。首先，根据工作原理图，很容易得出该电池的总反应为：C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O；根据元素的价态变化很容易判断出C6H12O6为在负极发生氧化反应，O2在正极发生还原反应，CO2是负极产物，H2O是正极产物。结合原电池模型中离子移动的判断方法，很容易得出质子的移动方向。在模型应用环节，让学生运用所建立的“原电池模型”来分析复杂新电池，从中可以暴露出学生对所建构模型的掌握程度，提高学生的知识迁移、应用能力，并进一步夯实对所建构模型的认识，实现我们的教学目标。在模型应用的过程中，需要

17、对模型进行灵活的处理，切忌简单的套入模型，因为新问题总是会有各种各样的变化，我们只需要抓住其与模型本质的共性，在此基础之上，灵活运用相关模型来进行问题的解决。 综上所述，根据教材的知识特点，在课堂教学中适当引入基于学生模型认知的教学，可以提高学生学习的兴趣，体现其学习的主动性，有助于对该模块中重难点知识的学习，有助于训练学生的思维，提高学生的综合能力，培育学生“模型认知”的核心素养，为学生的长远发展打下坚实的基础。参考文献：1 HYPERLINK /s?wd=author%3A%28%E9%AD%8F%E4%B8%BD%E5%A8%9C%29%20&tn=SE_baiduxueshu_c1gjeupa&ie=utf-8&sc_f_para=sc_hilight%3Dperson t _blank 魏丽娜， HYPERLINK /s?wd=auth