摘要：從中學(xué)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的角度簡(jiǎn)述了模型方法的含義，結(jié)合蘇教版高中化學(xué)教材，通過(guò)實(shí)例介紹了模型建構(gòu)的基本步驟，以及模型結(jié)論的課堂拓展、運(yùn)用。

　　關(guān)鍵詞：模型方法;模型建構(gòu);數(shù)學(xué)建模

　　自2016年以來(lái)，“核心素養(yǎng)”作為“三維目標(biāo)”的升級(jí)版，進(jìn)入了人們的視野。高中化學(xué)學(xué)科順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展和需求，將核心素養(yǎng)與學(xué)科特征緊密結(jié)合，出臺(tái)了五條共計(jì)45個(gè)字的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。證據(jù)推理和模型認(rèn)知，是化學(xué)核心素養(yǎng)中體現(xiàn)化學(xué)方法和手段的重要內(nèi)容，本文是筆者結(jié)合個(gè)人的教學(xué)實(shí)踐從模型方法方面作一些探討。

　　一、中學(xué)化學(xué)的模型方法

　　中學(xué)化學(xué)的模型方法，是指教師在教學(xué)中為了讓學(xué)生認(rèn)識(shí)、理解和建立自然界的宏觀的物體與微觀的原子分子的聯(lián)系，而運(yùn)用具體實(shí)物、語(yǔ)言文字、圖表以及數(shù)學(xué)公式等對(duì)認(rèn)識(shí)對(duì)象進(jìn)行模擬或簡(jiǎn)化描述的一種方法。中學(xué)化學(xué)課中的模型建構(gòu)活動(dòng)，有兩層含義：一是為了讓學(xué)生通過(guò)分析、推理等方法，認(rèn)識(shí)研究對(duì)象的本質(zhì)特征;另一方面，也是為了讓學(xué)生通過(guò)自主實(shí)驗(yàn)或搭建分子模型等學(xué)科探究活動(dòng)，更好地去理解和把握復(fù)雜和抽象的化學(xué)基本理論、核心概念。教師在教學(xué)時(shí)應(yīng)挖掘出教材中的模型建構(gòu)活動(dòng)，并以此為載體，滲透模型方法的基本思想，將非常有益于學(xué)生把握相關(guān)核心概念，提高學(xué)科核心素養(yǎng)。

　　二、模型方法在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

　　1.中學(xué)化學(xué)教材中常見(jiàn)的兩種模型

　　(1)數(shù)學(xué)模型

　　數(shù)學(xué)模型，在中學(xué)化學(xué)中常用來(lái)表示物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)量的關(guān)系或物質(zhì)性質(zhì)遞變的規(guī)律。蘇教版高中化學(xué)教材中常見(jiàn)的數(shù)學(xué)模型有坐標(biāo)曲線圖、柱形圖、數(shù)學(xué)方程式等。如蘇教版必修1第18頁(yè)中溫度對(duì)KCl和KNO3溶解度影響的曲線，第8、9、11、12、23、25等頁(yè)中表示化學(xué)反應(yīng)量關(guān)系的數(shù)學(xué)方程式，第64頁(yè)中一些金屬元素在地殼中的含量的柱形圖。

　　必修2第3、4頁(yè)中1～18號(hào)元素最外層電子數(shù)與原子半徑隨著核電荷數(shù)的遞增變化的曲線，第31頁(yè)中為研究碳酸鈣與稀鹽酸反應(yīng)的反應(yīng)速率通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定反應(yīng)中生成的CO2氣體體積隨反應(yīng)時(shí)間變化的曲線，第32頁(yè)在一定條件下合成氨反應(yīng)中正、逆反應(yīng)速率隨時(shí)間變化的曲線;選修《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》第4頁(yè)中的化學(xué)合成和分離得到的新物質(zhì)種數(shù)的柱形圖等均為數(shù)學(xué)模型。

　　由于高中化學(xué)學(xué)科以描述性的語(yǔ)言為主，并輔助以大量的實(shí)驗(yàn)，不少教師和學(xué)生往往以為學(xué)好化學(xué)與數(shù)學(xué)沒(méi)有多大關(guān)系。實(shí)際上，數(shù)學(xué)是自然科學(xué)中的基礎(chǔ)學(xué)科，其思想滲透到物理、化學(xué)、生物等各類(lèi)學(xué)科之中，在教學(xué)時(shí)運(yùn)用數(shù)學(xué)中的排列與組合知識(shí)來(lái)分析金屬晶體堆積方法和各種原子在晶胞中所占份額，運(yùn)用幾何知識(shí)認(rèn)識(shí)金屬晶體的六方堆積、面心立方堆積和體心立方堆積的形成過(guò)程等均以理科思維為基礎(chǔ)，教師在日常的化學(xué)課堂教學(xué)實(shí)踐中如能從理科思維角度出發(fā)加以提煉、總結(jié)、升華，往往能達(dá)到事半功倍的效果，這也為學(xué)生的終生發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

　　(2)結(jié)構(gòu)模型

　　結(jié)構(gòu)模型在中學(xué)化學(xué)中具有更廣泛的應(yīng)用。如蘇教版必修1第28頁(yè)原子模型結(jié)構(gòu)，采用的是物化了的模型：道爾頓原子模型類(lèi)比實(shí)心球，湯姆生原子模型類(lèi)比葡萄干面包式，盧瑟福原子模型類(lèi)比太陽(yáng)系……蘇教版必修2第14頁(yè)講解共價(jià)化合物分子中各原子間有一定的連接方式，舉出了一些常見(jiàn)分子的球棍式和比例式模型。

　　蘇教版教材還有很多地方如晶體結(jié)構(gòu)、有機(jī)分子結(jié)構(gòu)等處使用了結(jié)構(gòu)模型。把模型方法應(yīng)用于化學(xué)，能極大地豐富課堂內(nèi)涵，通過(guò)學(xué)科整合，深化學(xué)科知識(shí)，并使之與生產(chǎn)、生活相結(jié)合，不僅有利于學(xué)生掌握知識(shí)，更能培養(yǎng)學(xué)生透過(guò)現(xiàn)象揭示本質(zhì)的洞察能力以及簡(jiǎn)約、嚴(yán)密的思維品質(zhì)，從而提升學(xué)科能力。

　　2.構(gòu)建模型方法的基本步驟

　　由于結(jié)構(gòu)模型是化學(xué)教學(xué)中使用得最普遍也是大家討論得很多的一種模型方法，筆者在這里重點(diǎn)以數(shù)學(xué)模型為例，介紹數(shù)學(xué)模型方法構(gòu)建(簡(jiǎn)稱(chēng)數(shù)學(xué)建模)的基本步驟。所謂數(shù)學(xué)建模(MathematicalModelling)，就是把現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)際問(wèn)題加以提煉，抽象為數(shù)學(xué)模型，求出模型的解，驗(yàn)證模型的合理性，并用該數(shù)學(xué)模型所提供的解答來(lái)解釋現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。以蘇教版化學(xué)選修《化學(xué)反應(yīng)原理》專(zhuān)題2第一單元“化學(xué)反應(yīng)速率”中第34頁(yè)的活動(dòng)與探究實(shí)驗(yàn)“大理石與鹽酸反應(yīng)速率的測(cè)定實(shí)驗(yàn)”作為具體的例子，說(shuō)明構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的基本步驟。

　　課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于本節(jié)不僅有定性了解的要求，還有定量表示化學(xué)反應(yīng)速率的具體方法，并提出了相應(yīng)的活動(dòng)與探究建議“實(shí)驗(yàn)探究：濃度、溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響”等。該條內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)對(duì)“大理石與鹽酸反應(yīng)速率的測(cè)定實(shí)驗(yàn)”有兩層涵義：其一，通過(guò)實(shí)驗(yàn)和具體指導(dǎo)，學(xué)生能觀察到一定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生CO2氣體的體積，從而計(jì)算出一定時(shí)間間隔內(nèi)的反應(yīng)速率;其二，把握數(shù)學(xué)模型(抽象：化學(xué)反應(yīng)速率)與二氧化碳?xì)怏w體積(具體)之間的內(nèi)在邏輯聯(lián)系。

　　3.數(shù)學(xué)模型方法的課堂教學(xué)實(shí)踐

　　模型教學(xué)應(yīng)做到模型構(gòu)建過(guò)程與模型結(jié)論運(yùn)用兼顧，不能顧此失彼，有所偏廢。在教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生親歷了模型的建構(gòu)過(guò)程后，教師應(yīng)及時(shí)地對(duì)整個(gè)建模過(guò)程以及已建立的模型適當(dāng)加以展開(kāi)，以豐富其內(nèi)涵，循著現(xiàn)象→本質(zhì)→現(xiàn)象的思路，帶領(lǐng)學(xué)生體驗(yàn)由具體到抽象的思維轉(zhuǎn)化過(guò)程。這一環(huán)節(jié)是讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到數(shù)學(xué)模型所蘊(yùn)涵的化學(xué)意義。

　　如上述一定時(shí)間內(nèi)大理石與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率隨時(shí)間變化而變化這一數(shù)學(xué)模型建立起來(lái)之后，教師應(yīng)緊接著對(duì)模型展開(kāi)討論:

　　①曲線圖表明反應(yīng)速率從t1時(shí)某一高度上升到t2后下降，這個(gè)事實(shí)與鹽酸的濃度隨反應(yīng)進(jìn)行隨時(shí)間推移t1→t2→t3逐漸減小導(dǎo)致速率也應(yīng)逐漸減小相矛盾，原因是什么?教師可引導(dǎo)學(xué)生在觀測(cè)記錄注射器中氣體體積的同時(shí)，用溫度計(jì)量出相應(yīng)時(shí)間點(diǎn)溶液的溫度，記錄溫度的變化。

　　②從反應(yīng)本質(zhì)和反應(yīng)外界條件來(lái)看，影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素有哪些?教師可引導(dǎo)學(xué)生分析，整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中壓強(qiáng)、催化劑(沒(méi)加入催化劑)的影響均可排除，溫度的影響是重點(diǎn)對(duì)象和關(guān)鍵。教師可以總結(jié)：若從溫度的影響來(lái)看，t1→t2反應(yīng)速率加快，肯定是升高了反應(yīng)體系的溫度，且溫度升高的影響大于濃度減小的影響。

　　③做該實(shí)驗(yàn)時(shí)大家并沒(méi)有加熱，溶液的溫度為什么升高了?教師繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生從反應(yīng)的熱效應(yīng)分析該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，只能是反應(yīng)本身所產(chǎn)生的熱量所致。至于t2→t3反應(yīng)速率下降主要是濃度減小占主要影響因素。

　　三、模型方法構(gòu)建的教學(xué)反思

　　1.努力將核心素養(yǎng)的培育放在首位

　　新一輪的課程改革，要求不僅培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)探究的學(xué)習(xí)方式，而且要發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)，因此教師要充分發(fā)掘課本教學(xué)資源，努力為學(xué)生提供這樣的機(jī)會(huì)和氛圍，在探究過(guò)程中，要盡可能讓學(xué)生獲得親身參與研究探索的體驗(yàn)，模型方法中數(shù)學(xué)建模的教學(xué)就是踐行這一教學(xué)理念的良好藍(lán)本，教師精心設(shè)計(jì)的教學(xué)流程，帶領(lǐng)學(xué)生有序地開(kāi)展實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)型轉(zhuǎn)換、討論分析、交流等活動(dòng)，能切實(shí)地保證知識(shí)、技能和情感等方面的課堂教學(xué)目標(biāo)的質(zhì)量。

　　2.努力發(fā)揮學(xué)生的主體作用

　　在化學(xué)課堂模型構(gòu)建的教學(xué)中，教師要發(fā)揮好主導(dǎo)作用，注意適當(dāng)?shù)匾龑?dǎo)和提供開(kāi)放的環(huán)境，充分彰顯和激發(fā)學(xué)生的主體作用，讓學(xué)生勇于提出問(wèn)題、積極分析問(wèn)題，尋找化學(xué)現(xiàn)象與模型之間的聯(lián)系，從中領(lǐng)悟和把握運(yùn)用模型建構(gòu)方法解決實(shí)際問(wèn)題的路徑，建立解決未知情境中的復(fù)雜化學(xué)問(wèn)題的思維框架，培養(yǎng)用化學(xué)知識(shí)解決社會(huì)難題造福人類(lèi)的偉大志向和精神。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]單旭峰.對(duì)“模型認(rèn)知”學(xué)科核心素養(yǎng)的認(rèn)識(shí)與思考[J].化學(xué)教學(xué)，2019(3)：8-12

　　相關(guān)刊物推薦：《化學(xué)教學(xué)》借助于華東師范大學(xué)的優(yōu)秀理論基礎(chǔ)和人才，堅(jiān)持為全國(guó)化學(xué)教育工作者提供優(yōu)秀的理念和方法以及化學(xué)科學(xué)前沿知識(shí)，第一個(gè)提出“發(fā)展學(xué)生智力、培養(yǎng)學(xué)生能力”的教學(xué)思想。在同類(lèi)刊物中，率先和化學(xué)教學(xué)研究會(huì)聯(lián)合開(kāi)會(huì)以積極推進(jìn)教學(xué)改革。