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初中化学发展学生模型认知能力的教学探索

摘要：模型认知是指利用模型认识事物或通过构建模型解决问题的一种思维方法。模型认知是化学学习和化学教学必不可少的方法，培养学生的模型认知能力已经成为化学课程改革的重要内容之一。初中化学物质的认识模型构建能提高学生分析问题、解决问题的能力，帮助学生形成有序的化学知识体系。初中化学教师可通过丰富的探究活动增强学生的学习体验与感知，以改进教具、数形结合的方式突破微观结构重难点，使用地方特色情境素材体现学科知识与社会生活的联系，使学生在内化和外显物质认识模型的过程中发展化学核心素养。

关键词：初中化学；模型认知；物质的认识模型；金刚石、石墨和C60

《义务教育化学课程标准（2022年版）》（以下简称《2022年版化学课标》）提出，初中化学作为一门自然科学课程，具有基础性和实践性，对落实立德树人根本任务、促进学生德智体美劳全面发展具有重要意义。初中化学教师要充分发挥化学课程的育人功能，激发学生对物质世界的好奇心，促使学生形成物质及其变化等基本化学观念，养成科学态度和社会责任，发展学生的科学思维、创新精神和实践能力。化学是在原子、分子水平上研究物质的性质及其变化的学科，学生需要学会通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互联系，建立认知模型，并会运用模型解释化学现象，揭示化学反应的本质和变化规律。因此，模型认知是化学学习和化学教学必不可少的方法，培养学生的模型认知能力已经成为化学课程改革的重要内容之一。学生化学核心素养的培养需要在日常教学中落实。教师在教学中将抽象的化学知识形象化、具体化，引导学生从点、线、面多维度进行知识构建，运用多种模型来描述和解释化学现象，或者依据物质及其变化的信息来建立解决复杂化学问题的思维框架，有利于发展学生的模型认知能力，有效提高化学教学质量。

一、解读初中化学物质的认识模型

模型是人们为了达到对目标对象进行解释、认识或研究等特定目的，对目标对象所做的一种简化、直观、定性或定量、文字或图形的描述［1］。模型认知是指利用模型认识事物或通过构建模型解决问题的一种思维方法。素养为本的初中化学教学，教师要重视模型的凝练和构建，引导学生基于具体的化学知识来构建具有广泛迁移价值的化学认知模型［2］，发展学生的化学核心素养。

《2022年版化学课标》设置了五大学习主题，将基于化学核心素养的课程目标具体转化为内容要求，让化学核心素养落实变得有径可循。学习主题2“物质的性质与应用”（如图1）中，核心知识“常见的物质”选取具有基础性和代表性的物质，贯穿初中化学教学全过程，对学生知识和能力的要求整体呈螺旋上升态势。常见的物质与生产、生活、科技有密切联系，情境素材丰富，实践探究多样，能引起学生的化学学习兴趣。但学生在不同阶段逐一认识了各个具体物质后，面对大量的事实性知识，若缺少思路与方法的提炼，忽视物质之间的联系，碎片化的学习方式容易造成学生的认识角度单一，停留在辨识记忆等较低的学科能力水平，解决问题的能力较低，无法在陌生情境中多角度分析和解决复杂问题。因此，教师要通过构建认识物质的思维模型，将物质的存在、组成、性质、变化和用途等认识视角之间的相互联系进行整合，帮助学生形成有序的化学知识体系。

胡久华等基于教学实践提出初中阶段物质的认识模型（如图2），共分为三级认识角度，包含组成及构成、性质、用途及影响、存在、制备五个一级认识角度，并对一级认识角度进行细化，帮助学生形成分析问题的思维方式［3］。但是物质的认识模型不能当作一个具体知识点传授给学生，而是应该通过特定实例的学习过程逐步让学生自主构建起来［4］。在模型构建的过程中，教师起到充分的引导作用，帮助学生理解和掌握各认识角度之间的联系。

图2初中阶段物质的认识模型

二、培养学生模型认知能力的教学思考

（一）教材的地位和作用

“金刚石、石墨和C60”一课位于人教版化学九年级上册第六单元“碳和碳的氧化物”课题1。学生从已有的生活经验中获得了一些有关碳单质的感性认识，通过前面五个单元的学习，基本形成了由现象分析性质，由性质推演用途的逻辑思维方式，是初步建立物质的认识模型的较好时机。然而，学生对物质的性质与其内在结构的关系尚不十分清晰。因此，帮助学生建立“结构—性质—用途”三者之间的联系，形成物质的认识模型三个一级认识角度（如图3），使学生认识到化学在促进社会发展和提高人类生活质量方面的重要作用，是本课题的重要认知目标。

图3物质的认识模型三个一级认识角度

（二）教学中注意探讨的问题

教材介绍了金刚石、石墨和C60都是碳单质，三者因碳原子排列方式不同导致各自性质存在明显差异；介绍了金刚石和石墨的性质与用途，木炭、活性炭、C60的结构、性质与用途；介绍了碳单质的研究进展、人造金刚石和金刚石薄膜。教师通过实物、图片、模型等直观手段引导