模型方法与高中化学教学《化学教育》
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高中化学“教、学、评一致性”教学模式初探作者:唐燕明来源:《新课程》2021年第18期摘要:为使学生实现全面发展,全国各个中学都在尝试新的教学模式,注重教学过程评价,从而实现评价的全面性。
因此,探索“教、学、评一致性”的教学模式在高中化学课堂上的应用,能够帮助学生构建并完善的知识体系,培养学生的学科素养,真正实现素质化教学。
就高中化学教学中运用“教、学、评一致性”模式进行分析,旨在提高高中化学教学效率,提升学生综合能力,培养学生的化学核心素养。
关键词:高中化学;“教、学、评一致性”;课堂教学高中阶段的课程内容涉猎面较广,且有一定难度。
高考中主要考查学生的学科知识及应用能力,尤其是在新课程标准下,对学生的学科能力和素养有更高的要求。
传统的教学模式根据学生的笔试成绩进行评价,对学生的评价较为片面,从长远来看对学生的全面发展是无益的。
新课程标准的实施,无论是对学生还是对老师的要求都是不断提升的,旨在从多方面评价学生,帮助学生完善知识体系,进而督促学生提升自身的化学学科知识及核心素养。
一、“教、学、评一致性”高中化学教学模式当前教育更提倡培养学生的学科素养,高中化学教学过程中也要以培养学生的学科素养为主要宗旨。
“教、学、评一致性”就是基于培养学生化学学科素养为目的的教学设计,通过讲教师的教学和学生的学习活动二者紧密的结合来培养学生的综合能力。
“教、学、评一致性”高中化学教学模式,如下图所示:该教学模式首先从学业质量要求、学情分析、课程目标设定、课程内容选择和核心素养出发制定相应的教学目标,之后制定评价目标和评价任务并进行教学活动的设计。
这种模式通过评价对教学和学生完成情况进行总结分析,有助于帮助学生找到问题,提出建议,及时纠正一些错误的学习问题,同时也督促教师不断改进自己的教学方法,让高中化学教学更加有效。
1.教学目标的设计教学目标是授课的目的,因此在备课前首先要考虑到学业质量的要求,要根据相应的教学大纲进行备课,同时要深入熟悉教材内容。
论高中化学核心素养“模型认知”思维在教学中的培养1. 引言1.1 1. 背景介绍化学教学旨在培养学生对化学现象和概念的理解能力,而模型认知思维则可以帮助学生建立起对化学现象的具体模型并进行思维活动。
在这个过程中,学生能够通过模型的构建和解释,逐步提高他们的逻辑推理能力和问题解决能力,从而更好地理解化学知识。
深入研究高中化学核心素养与模型认知思维的关系,并探讨模型认知思维在化学教学中的运用和培养方法,对于提高学生的化学学习兴趣和学习效果具有重要的意义。
本文将从以上角度展开讨论,探究模型认知思维对高中化学教学的重要性,并展望未来的发展方向。
1.22. 研究意义研究意义旨在探讨高中化学核心素养中的“模型认知”思维在教学中的重要性和价值。
通过研究模型认知思维的概念以及其在化学教学中的应用和培养方法,可以为高中化学教师提供更有效的教学策略,提升学生的学习兴趣和学习成绩。
深入研究模型认知思维与高中化学核心素养的关系,可以有助于挖掘学生对化学知识的理解和应用能力,促进学生全面发展。
通过探讨教师在培养学生模型认知思维中的角色和方法,可以提高教师的教学水平和专业素养,为教育教学改革提供借鉴和参考。
研究高中化学核心素养中的“模型认知”思维在教学中的培养具有重要的理论意义和实践价值,对推动高中化学教育的发展具有重要意义。
2. 正文2.1 1. 模型认知思维的概念模型认知思维是指个体针对所面对的复杂问题或情境,通过对相关观念、事实和现象的整合、分析和解释,构建和运用心智模型的过程。
在化学教学中,模型认知思维就是通过对化学知识的整合和运用,帮助学生理解化学现象和规律。
这种思维方式强调从整体到局部的认知过程,注重将抽象的概念和具体的实验数据结合起来,使学生能够建立起对化学知识的整体性认识。
模型认知思维的核心在于构建和应用模型。
化学教学中的模型可以是物质的微观结构模型、反应机理模型、能量转化模型等。
通过构建这些模型,学生可以更好地理解化学现象背后的原理和规律。
195中学教育《普通高中化学课程标准》(2020年修订版)中,“证据推理与模型认知”为五个“化学学科核心素养”之一[1]。
关于“模型认知”素养也做了具体描述,实现“从化学的视角认识事物和解决问题的思想、方法、观点” 的化学学科价值[2]。
探索“模型认知”落实途径。
让学生了解化学模型并参与化学模型的构建过程,领悟科学的本质。
…一、以评促学,引导学生自主建模査有梁在论教育建模时认为,根据原型进行建模、针对问题解决建模和从理论出发建模等几条路径。
1.模型建构路径一 :原型←→模型←→新型原型是模型的基础,新型是在原型的基础上更深入的认识原型。
(1)找到原型。
浙江选考加试题“有机信息题”,涉及有机物的性质及其相互转化,凸显有机化学“结构教学”的特质,突出考查学生“模型认知”素养发展的目标。
(2)构建模型。
从键的饱和性、极性、断键成键特点、基团对化学键的影响分析化学键。
定量的从官能团的取代、反应物的比例不同,产物的种类不同。
变式一:当NH3与CH3Cl 以不同比列发生反应时,有几种不同的产物?(1)CH3Cl 少量时反应的方程式(2)CH3Cl 过量时的反应方程式学生构建思维模型(图略)。
(3)得到新型。
师生共同构建利用有机信息合成新的有机物,即新型。
合成有机物的思维模型(图略)。
2.模型建构路径二:问题←→模型←→求解问题解决的过程,是一个思维的过程。
根据已有的知识推测解决问题的可能途径,这可能的途径经逻辑加工概括为一个解决问题的模型[3]。
案例2:浙江选考加试题“有关催化剂问题”催化剂成了浙江高考的“宠儿”,学生在解决催化剂方面问题时,存在一定的误区。
(1)提出问题——有关催化剂问题。
问题1:催化剂到底参不参与反应? 催化剂在反应中机理认识不充分。
问题2:催化剂会提高目标产物的产率吗?部分学生认为催化剂不会提高目标产物的产率。
(2)构建模型。
学生一是对催化剂在反应中的机理认识不充分,二是对催化剂的选择性与化学反应关联的认识不到位 [4]。
高中化学开展模型构建教学策略分析1. 引言1.1 研究背景模型构建在高中化学教学中的作用日益凸显。
通过模型构建,学生可以将抽象的化学知识和概念转化为具体的形象和实践,更好地理解和应用所学知识。
模型构建可以激发学生的学习兴趣,提高他们的实践操作能力和创新意识,促进他们的学习动力和自主学习能力的培养。
模型构建教学策略在高中化学教学中具有重要的意义和价值。
目前关于高中化学模型构建教学策略的研究还比较匮乏,相关实践经验和教学成果也较少。
有必要对模型构建教学策略进行深入分析和探讨,以便更好地指导和促进高中化学教学的改进和发展。
1.2 研究意义化学是高中学生必修的一门重要课程,具有很高的知识密度和抽象性。
传统的教学方法往往以板书、讲解和实验为主,学生容易感到枯燥和难以理解。
而模型构建教学策略的引入,可以有效提高教学效果和学生的学习兴趣。
研究发现,通过模型构建教学策略,可以帮助学生将抽象的化学知识转化为具体的形象化表达,帮助学生更好地理解和记忆化学概念。
模型构建教学策略可以培养学生的观察能力、思维能力和动手能力,提高他们的问题解决能力和创新意识。
通过引入实际案例和问题解决的方法,模型构建教学策略可以使学生更好地理解化学知识与日常生活的联系,激发学生学习的兴趣和动力,促进他们的学习积极性和创造力的发挥。
研究高中化学开展模型构建教学策略的意义在于提高化学教学的效果和趣味性,促进学生的全面发展和扎实掌握化学知识,培养学生的创新能力和实践能力,为他们的未来学习和发展打下坚实的基础。
2. 正文2.1 模型构建在高中化学教学中的作用模型构建在高中化学教学中的作用是非常重要的。
通过模型构建,学生可以更加直观地理解化学知识,将抽象的化学概念转化为具体的形象,帮助他们在实践中更好地理解和应用化学知识。
通过构建模型,学生可以更好地理解分子结构和反应机理,从而提高他们对化学概念的掌握和记忆。
模型构建还可以激发学生的学习兴趣和创造力。
建模思想在化学教学中的应用以 电解池 的教学为例张晓红1㊀张海滨2(1.江苏省南通中学㊀226000ꎻ2.江苏省南通职业大学㊀226000)摘㊀要:以 电解池 的教学为例ꎬ从问题的提出㊁模型的构建㊁模型检验与修正㊁模型的应用四个方面阐述建模思想在 电解池 教学中的应用ꎬ引导学生学会运用建模思想学习电解池等较抽象的概念ꎬ帮助学生学会对化学信息提炼概括㊁对反应实质理解深化ꎬ提高学生构建模型解决实际问题的能力.关键词:建模ꎻ建模思想ꎻ电解池ꎻ高中化学中图分类号:G632㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:1008-0333(2020)33-0085-02收稿日期:2020-08-25作者简介:张晓红(1976.8-)ꎬ女ꎬ江苏省淮安人ꎬ本科ꎬ中学高级教师ꎬ从事化学教学研究.张海滨(1977.3-)ꎬ男ꎬ江苏省南通人ꎬ本科ꎬ研究员级高级工程师ꎬ从事化学教学研究.㊀㊀«普通高中化学课程标准»(2017年版)要求学生 知道可以通过分析㊁推理等方法认识研究对象的本质特征㊁构成要素及其相互关系ꎬ建立认知模型ꎬ并能运用模型解释化学现象ꎬ揭示现象的本质和规律 ꎬ即要求学生具备构建模型与应用模型的能力.构建模型简称建模ꎬ是指为了研究某种现实或事物而建立相应的模型.建模思想就是把研究对象的一些次要细节和非本质的联系舍去ꎬ从而以简化和理想化的模型去再现研究对象的各种复杂结构㊁功能和联系的一种思想方法.教师在课堂教学中应该有意识的加强建模思想的训练ꎬ帮助学生学会对化学信息提炼概括㊁对反应实质理解深化ꎬ从而提高学生构建模型解决实际问题的能力.本文以 电解池 的教学为例展开探讨.㊀㊀一㊁问题的提出电解池 选自人教版选修四«化学反应原理»第四章第三节ꎬ是中学化学重要的知识内容之一.电解原理是基于氧化还原反应规律和元素化合物的具体反应事实ꎬ且和原电池互为补充构建电化学体系ꎬ体现化学能与电能之间的转化ꎬ是能量观的重要载体.电解池的学习特点是原理抽象且理论性强ꎬ对学生思维能力和逻辑推理能力要求高ꎬ利用建模思想构建电解池工作原理模型ꎬ可以将抽象问题直观化ꎬ从而降低学生的学习难度.㊀㊀二㊁模型的构建1.呈现实验事例ꎬ分析电解池原理(1)微型实验导入新课实验用品包括一节9V干电池㊁两根2B铅笔芯㊁两根导线㊁淀粉碘化钾试纸和滴有氯化铜溶液的塑料滴管ꎬ按图1所示连接装置ꎬ进行学生分组实验.一段时间后ꎬ学生发现与电源负极相连的铅笔芯上出现红色固体ꎬ与电源正极相连的铅笔芯附近产生气体ꎬ且该气体有刺激性气味ꎬ用湿润的淀粉-碘化钾试纸检验ꎬ试纸变蓝.为什么会出现这样的现象ꎬ实验过程中发生了哪些变化?(2)建构新旧知识联系学生初中学习过电解水实验ꎬ按图2装置进行实验ꎬ一段时间后发现A试管中气体体积约为B试管中气体的两倍ꎬ分别验证得到结论:A中是氢气ꎬB中是氧气.试管中的气体是怎么产生的?水是电解质ꎬ能部分电离出氢离子和氢氧根离子ꎬ在58Copyright©博看网 . All Rights Reserved.外接电源作用下ꎬ由于同种电荷互相排斥ꎬ相反电荷互相吸引ꎬ所以氢离子移向电源负极ꎬ氢氧根移向电源正极.外接电源是原电池ꎬ负极电子流出ꎬ正极电子流入.氢离子在电源负极得电子生成氢气ꎬ氢氧根在电源正极失电子生成氧气和水.溶液中离子的定向移动和导线上电子的定向移动ꎬ形成了一个闭合回路.在此基础上分析电解氯化铜溶液的实验ꎬ可以知道溶液中的铜离子移向电源负极得电子析出铜ꎬ氯离子移向电源正极失电子生成氯气.2.提高学生认知ꎬ构建电解池模型(1)提出电解及电解池概念如上述两实验ꎬ在外接电源作用下ꎬ使电流通过电解质溶液而在两个电极发生氧化还原反应的过程叫做电解.电解是在外接电源作用下发生的ꎬ这个过程将电能转化成化学能ꎬ把如图1㊁图2能将电能转化成化学能的装置称为电解池.电解池的组成包括四个要素:外接电源ꎬ两个能导电的材料作电极ꎬ电解质溶液ꎬ构成闭合回路.(2)电极及电极反应的确定习惯上把与电源正极相连的电极称为电解池的阳极ꎬ溶液中的阴离子移动到阳极失电子ꎬ发生氧化反应.与电源负极相连的电极称为电解池的阴极ꎬ溶液中的阳离子移动到阴极得电子ꎬ发生还原反应.通过电解水㊁电解氯化铜溶液案例的分析㊁概括和提炼ꎬ师生一起构建电解池工作原理模型(图3).㊀㊀三㊁模型检验与修正对于初步构建的电解池模型ꎬ需要进一步的检验与修正ꎬ从而确保其合理性和适用性.教师引导学生围绕上述两个实验ꎬ进行更深层次的探究.针对电解水实验提出问题:水是弱电解质ꎬ电解水时通常要加入少量氢氧化钠或稀硫酸增强水的导电性ꎬ能不能改成加氯化铜溶液?为什么加氢氧化钠或稀硫酸对电解水没有影响?启发学生从氧化还原角度着手ꎬ分析溶液中阴㊁阳离子的放电顺序.针对电解氯化铜提出问题:如果将电极材料由铅笔芯换成铁钉ꎬ对电极反应有没有影响?指导学生将图1装置中铅笔芯改成铁钉再次实验ꎬ观察实验现象ꎬ分析更换电极前后两次实验ꎬ阴阳两个电极上反应的差异及其原因.最终ꎬ师生共同将上述探究结果汇总ꎬ对电解池工作原理模型进行修正:电解池阴极材料一般不参与反应ꎬ电解质溶液中的阳离子按氧化性顺序依次在阴极得电子ꎬ发生氧化反应ꎻ电解池阳极材料如果是活性电极ꎬ则电极材料本身在阳极失电子ꎬ发生还原反应ꎬ如果是惰性电极ꎬ电解质溶液中的阴离子按还原性顺序依次在阳极失电子ꎬ发生还原反应.表1㊀电解池电极放电顺序放电顺序阳极一般:活性电极(金属活动性顺序表Ag前包括Ag)>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根阴极一般:Ag+>Hg2+>Fe3+>Cu2+>H+(酸)>Pb2+>Sn2+>Fe2+>Zn2+>H+(水)>Al3+>Mg2+>Na+>Ca2+>K+(水溶液中ꎬAl3+-K+不放电)㊀㊀四㊁模型的应用电解原理在日常生活㊁工业生产以及科技领域均具有非常重要的作用ꎬ金属的冶炼及精炼ꎬ基本化工产品(如烧碱)的制备ꎬ还有电镀㊁电抛光等ꎬ都是通过电解实现的.在电解池的教学过程中注重培养学生的建模思想ꎬ学会构建电解池工作原理模型ꎬ能够帮助学生将概念抽象㊁形式多样的电解池问题和知识高度浓缩ꎬ使之以形象㊁直观的形式呈现ꎬ降低电解池学习难度ꎬ将构建模型迁移至实际问题ꎬ提高学生解决实际问题的能力.㊀㊀参考文献:[1]苏香妹.建模思想在高三化学复习中的应用[J].化学教育ꎬ2006(2):40-41.[2]陈萌.基于TPACK理论框架的学生 三重表征 的构建 以高中化学 电解池 教学为例[J].化学教学ꎬ2017(9):46-50.[责任编辑:季春阳]68Copyright©博看网 . All Rights Reserved.。
模型方法与高中化学教学《化学教育》模型方法是一种以模型作为教学工具的教学方法。
在高中化学教学中,模型方法可以帮助学生更好地理解抽象的化学概念和难解的化学现象,提高学生的学习兴趣和学习效果。
首先,模型方法可以将抽象的化学概念转化为具体可见的模型,帮助学生更容易理解。
在化学中,有很多概念是比较抽象的,比如化学键、化学反应和分子结构等。
使用模型方法,可以将这些抽象的概念通过具体可见的模型呈现给学生,使学生更加直观地理解。
比如,可以使用棍球模型来解释分子结构,通过将不同颜色和长度的棍子连接起来,使学生能够形象地看到分子中原子之间的关系,从而更好地理解分子的结构。
其次,模型方法可以帮助学生理解复杂的化学现象。
化学领域有很多复杂的现象和机制,比如化学反应的速率、平衡和动力学等。
通过使用适当的模型来解释这些现象,可以使学生更好地理解这些抽象概念之间的关系。
比如,在教授化学反应速率时,可以使用碰撞模型来解释反应速率的影响因素,通过模拟不同分子之间的碰撞来说明反应速率是如何受到温度、浓度和催化剂等因素的影响的。
此外,模型方法还可以激发学生的学习兴趣和培养学生的实验思维。
化学是一门实践性很强的学科,实验是化学学习中不可或缺的一部分。
通过使用模型方法,可以让学生在模拟实验中进行观察和推理,培养学生的实验思维能力。
通过模拟实验,学生可以更好地理解化学原理和现象,从而提高学习的效果。
同时,模型方法可以使学生更加主动参与到学习中,增加他们的学习兴趣,激发他们的学习动力。
在实施模型方法的教学过程中,需要教师运用合适的模型来进行教学。
教师可以选择合适的模型工具,比如分子模型和实验模型等,根据不同的教学内容和学生的需要来进行选择。
在使用模型方法时,教师还需要适时引导学生进行讨论和思考,帮助他们深入理解化学的概念和原理。
总之,模型方法是一种有效的高中化学教学方法。
通过使用模型来呈现化学概念和现象,可以帮助学生更好地理解化学知识,提高学生的学习兴趣和学习效果。
高中化学有几种模型教案
教案题目:认识化学中的几种模型
一、教学目标:
1. 了解化学中常见的几种模型,包括分子模型、原子模型、晶体模型等。
2. 掌握不同模型在化学中的应用和意义。
3. 培养学生对化学模型的理解和使用能力。
二、教学重点与难点:
1. 掌握不同化学模型的特点和应用。
2. 教会学生如何将模型运用到化学实验和解题过程中。
三、教学准备:
1. 教材:高中化学教科书
2. 多媒体设备:电脑、投影仪等
3. 实验材料:不同类型的模型、化学实验器材等
四、教学过程:
1. 导入:通过展示一些化学实验视频或现场实验展示,引起学生对不同模型的兴趣。
2. 学习:向学生介绍几种常见的化学模型,包括分子模型、原子模型、晶体模型等,让他
们了解每种模型的特点和应用。
3. 实践:组织学生进行一些实验操作,让他们亲自动手搭建不同模型,如拼装分子模型、
组装原子模型等。
4. 应用:让学生结合课本中的例题或实验题目,运用所学的模型知识进行解答或实验操作。
5. 总结:对学生进行知识总结和归纳,梳理各种模型之间的联系和差异。
五、教学反思:
通过本节课的教学,学生应当对化学中的几种模型有了初步的了解和掌握,能够运用所学
的知识进行解题和实验操作。
同时,也应引导学生深入探讨不同模型之间的联系和应用,
培养他们的化学思维能力和创新精神。
基于“教、学、评一致性”的高中化学课堂教学评价模型构建与应用以“甲烷”教学为例一、概述在新时代背景下,教育领域的改革与创新不断推动着教学质量的提升。
高中化学作为培养学生科学素养和综合能力的重要学科,其课堂教学评价体系的完善与优化显得尤为重要。
本文旨在探讨基于“教、学、评一致性”原则的高中化学课堂教学评价模型的构建与应用,并以“甲烷”教学为例,具体分析该模型在实际教学中的效果与意义。
“教、学、评一致性”是现代教育理念的核心内容之一,它强调在教学过程中,教师的教、学生的学以及教学评价的开展应当保持高度的一致性,共同服务于学生知识、技能与情感态度的全面发展。
在高中化学课堂教学中,实现“教、学、评一致性”对于提高学生的学习兴趣、培养学生的探究能力、促进学生的全面发展具有重要意义。
本文首先分析了当前高中化学课堂教学评价的现状与问题,指出传统评价体系的不足以及“教、学、评一致性”原则在化学教学评价中的应用价值。
在此基础上,本文构建了基于“教、学、评一致性”的高中化学课堂教学评价模型,该模型包括教学目标设定、教学内容选择、教学方法运用、教学评价实施等多个方面,旨在实现教学评价的全面性和科学性。
本文以“甲烷”教学为例,详细阐述了该评价模型在实际教学中的应用过程。
通过对比实验、问卷调查等方法,本文分析了该模型在提高学生学习效果、增强教师教学能力、优化教学环境等方面的积极作用,进一步验证了基于“教、学、评一致性”的高中化学课堂教学评价模型的有效性和可行性。
本文的研究不仅有助于完善高中化学课堂教学评价体系,提高化学教学质量,而且为其他学科的教学评价改革提供了有益的借鉴和参考。
1. 高中化学课堂教学现状与挑战高中化学作为自然科学的重要组成部分,是培养学生科学素养、逻辑思维和实践能力的关键学科。
在当前的高中化学课堂教学中,我们面临着一些不容忽视的现状与挑战。
当前的高中化学课堂教学往往过于注重知识的灌输,而忽略了对学生科学思维和实践能力的培养。
化学核⼼素养之构建模型认知在教学中的应⽤《国家中长期教育改⾰和发展规划纲要(2010—2020年)》提出教育质量的根本标准是“促进⼈的全⾯发展、适应社会需要”[1],学⽣发展核⼼素养恰与标准指向相⼀致。
⾼中化学核⼼素养作为⾼中⽣发展核⼼素养的重要的直接回答[2]。
逻辑分析能⼒是信息时代的核⼼,⽽概念时代需要的是⾼概念化、⾼感性的⼈才。
《⾼中化学课程标准(征求意见稿)》中提出“模型认知”是化学学科核⼼素养之⼀。
因为,化学研究是在不可见的原⼦、分⼦⽔平上进⾏⽴,是化学家感性思考⼒的⼀种体现,他们可以“看到”试图研究的实体或过程,并据此设计实验和有效探索,进⽽展开证据推理和知识建构[3]。
可见,模型的构建是感性思考与逻辑思维之间的桥梁。
⼀、化学学科核⼼素养之模型⽅法与模型认知能⼒1.“模型”的界定“模型”是指模拟原型的存在结构或运动形态并以某种形式呈现出来,它能描述原型的本质特征,但不再覆盖原型的全部特征[4]。
钱学森这样定义模型:“模型是通过对问题现象的分解,利⽤原理吸收⼀切主要的因素,略图1 模型认知的过程2.⾼中化学模型分类及认知过程模型⽅法即利⽤构建的模型来揭⽰⽬标原型的形态、特征和本质的⽅法。
⼀般的模型认知过程如图1所⽰;⾼中化学模型分类及实例见图2;⾼中⽣的化学“模型认知”能⼒包括化学认识思路和化学分析框架[5]图2 ⾼中化学模型分类及实例表1 化学“模型认知”构成构成⽅法认识内容举例认识思路分析,推理研究对象的本质属性和特征、构成要素及其相互关系根据官能团预测未知物质的性质分析框架借助语⾔、图像、符号,包括数学表达式通过建⽴模型认知,理解化学现象的本质和PV=nRT等⼆、化学学科核⼼素养培养⽬标下的“模型”教学现状创建能够解释真实现象的模型是核⼼素养之⼀,但模型认知⽅式对化学学科的重要性在我国化学教育界对“模型”及其教学的研究上并⽆充分展现 [4]。
1.当前⾼中化学关于“模型”的教学现状⾼中化学对模型教学的关注与其他学科相⽐较少。
核心素养下模型认知在高中化学教学中的探究摘要:随着我国现今社会的不断发展,我国教育行业也在不断发展,传统的教学模式已经不能满足现如今学生对于知识探究的需求,也同样无法适应科技的发展,因此高中化学教学中应用模型认知可提高教学效率。
常见的模型可分为实物模型与形式模型,在应用中两者也有着各自的特点。
高中化学教学中应引领学生进行模型认知,帮助学生搭建模型意识,深刻认识核心素养下模型的具体价值,并可以指导学生用自己的方式表达模型,以此来促进学生模型固化,提高学生化学能力。
关键词:高中化学;化学核心素养;化学教学;模型认知随着“新课改”的颁布,化学学科已经成为高中的选修学科,因此在教学中,教师应注重化学教学的选择性,以提升学生化学综合能力强化学生对化学的学习兴趣。
核心素养作为高中化学中的重要组成部分,是高中学生日后发展的延伸。
在高中化学学习中,由于化学知识点较多,且知识点之间连接较少,无法探寻知识点之间的规律。
因此,学生对于化学丝毫没有学习兴趣,觉得化学知识枯燥乏味,因此教师可以采用模型认知的教学方法提高学生的学习兴趣。
化学学科核心素养的模型认知,是通过在头脑中建立模型,将化学学科的抽象知识变得具体化。
化学研究通常表现为不可见,常在分子水平上进行,导致教授高中化学知识时十分抽象。
因此,教师可以利用模型认知提高學生的化学综合能力,使学生可以通过模型认知将所学知识具体化,进而促进学生通过模型认知建立对化学学科的兴趣,并以此来进行化学学科的有效探索。
本文结合高中化学教学中的研究,采用模型认知的方法,简述模型认知在高中化学教学中的应用。
一、模型认知的概念模型认知是人们对真实世界认知过程中的模型,模型也可以具体分为实物模型与形式模型,形式模型下包括数学模型、图像模型等。
模型构建的路径可分为原型建模、针对问题建模、理论知识建模。
而认知包括感知与注意、知识表达、记忆学习、问题推理等。
模型认知作为化学学科中的核心素养,可以使化学理论知识有效提高,而且在化学学科中借助模型认知可以有效地描述化学概念的相互关系,并可以实现知识过渡,将知识的特点加工过渡到另一个阶段,且可以将实验中的事实现象具体化。
模型方法与高中化学教学张建国内容提要: 在高中化学里,模型方法具有重要的价值和功能,但由于种种原因而受到忽视。
本文从方法论的角度阐述了模型、模型方法的概念和特点,归纳了高中化学教学中的模型问题,并提出了教学中应注意的若干问题。
主题词:模型模型方法高中化学教学模型是化学知识特别是化学理论的主要表达方式,模型方法是解决化学问题的重要手段,它能为面对问题的研究提供有效的程序,并具有一定综合性,对培养学生分析问题、解决问题的能力和进行研究性学习具有独特的价值。
在中学化学里,模型俯拾皆是——物理的、数学的、概念的、符号的,不一而足。
但教师对此却普遍缺乏敏感,对它的理解、运用缺乏研究,处于一种不自觉的状态,这不能不说是一种遗憾。
本文拟就模型、模型方法及其在高中化学教学中的应用作一些探讨。
1 模型方法的意义研究事物的前提是通过观察来感知这个事物,人们可以直接观察的事物或过程应该具有以下特点:在时间和空间上与人的观察力相匹配。
人对事物观察能持续的时间以及人的生命周期是有限的,不能观察历时过长或过短的过程;人的视野和感知力也是有限的,不能直接观察过大或过小或过远的事物。
随着观察工具的不断发明,人的官能在不断延伸。
天文望远镜、射电望远镜的发明使我们能看到离我们更远的东西;卫星摄影可以使我们看到更大的东西;显微镜、隧道扫描仪的发明使我们能够看到更小的东西;高速摄影技术的发明使我们能够看到转瞬即逝过程的细节。
可以说,自从有了对自然的观察和研究以来,人们就没有停止过提高自身观察力的努力。
然而这种官能的延伸已经对观察的直接性打了折扣。
事物的结构和演进过程足够外显。
隐藏着的事物和过程难以直接观察和感知。
玻璃仪器的引用使化学反应过程中变化一览无余,这对化学研究,特别是对化学学习来说具有划时代的意义。
不难想象,如果我们仍然在使用着类似炼丹炉那样的器皿,我们今天的化学研究和化学教学将是一个怎样的情景。
事物的结构和过程的因果关系不太复杂。
人的思维对事物进行直接处理的能力是有限的。
一个现象往往是由具有一定独立性的多个部件和过程协同作用的结果。
我们认识事物和进行教学惯用由浅入深、先简后繁、循序渐进原则与方法实在是明智之举。
高中是基础教育的最高层次,与高等教育相衔接,这一阶段的科学教育在内容上有着明显的加深和拓宽,而不是也不应该停留在过于浅显的水平上。
要处理的问题在空间和时间上与人的官能不再那么匹配,结构和演进过程不再那么外显,因果关系不再那么简单,而是逐渐复杂化、理论化了。
这就需要有更强的能力和更加综合化的方法。
经过九年的义务教育,高中生已经积累了一定的知识和经验,掌握了一定的科学方法。
他们学习了初步的观察、分析、综合、比较,为更高层次方法的学习奠定了基础。
在这样的背景下提出模型方法,其必要性和可能性是显而易见的。
2 模型方法及其特点模型是对事物的简化模拟,模型的价值在于能够解释事物是如何运转的,一个模型既可以是一个装置、一个计划、一份草图、一个等式、一个计算机程序,甚至也可以仅仅是一种想象。
模型方法是认识的工具,人们借助模型可以加深对事物的理解。
模型是怎样帮助人们来认识事物的呢?物理模型通常是指一个真实的装置或一个真实的过程。
这个装置或过程的特性与被模拟的现象十分相似,通过它来模拟我们希望了解的东西。
“模型”这个词,最常见的意思是指物理模型。
可以通过对过程延续性的拉伸或挤压,对事物体积的放大或缩小来突破时间和空间的限制。
太阳系在空间上的巨大使人类难于观察,人们通过缩小的模型可以“观察”到它的全貌;太阳系中各天体的运动周期与人能够持续观察的时间不相匹配,甚至与人的生命周期不相匹配,人们可以通过模型,使它的运动“加速”,在几分钟的时间里“观察”到它在几十年,甚至成千上万年的运动过程。
我们无法想象将一个真正的炼铁炉搬到教室里来研究它的构造,即使把课堂搬到了炼铁厂,你也无法观察它内部运行和反应的过程。
这不可能,其实也没有必要,因为模型可以帮助你完成这样的任务。
数学模型是从客观实际事物中高度抽象出来的,是一种完全形式化和符号化了的模型。
它可以是字母、数字和与之相关的数学符号建立起来的公式,也可以是图表、图像、框图等。
通过数学模型对原型事物的定量刻画而使得该事物的某些方面在我们头脑中的反映更加精确、精致,使我们对事物发展的预期和控制成为可能。
化学方程式应该算作化学中数学模型的典型代表,它所表达的不仅是关于“何种物质”的质的问题,还揭示了“多少物质”的量的问题,以及反应中各种物质的比例关系,为化工生产中确定最为经济的投料比例奠定了理论基础。
理论模型常以假说或学说的形式出现。
在实践中这样的事情反复发生,即具有某种结构的事物,会具有某种特定的性质和功能;改变它的结构,它所具有的性质和功能也随之发生改变。
这样,“结构和功能有着对应的关系”就成为了人们的经验,并且坚信,这些性质一定与它所具有的内部结构有关,这些功能一定与它的运行机制或途径有关!在对一个新的事物进行研究的时候,可以观察或体验该事物所表现出来的种种性质和它在运行或变化中的种种行为以及它所具有的功能,通过跟已知事物的对比,猜测它可能具有的内部结构和运行途径,并以一定的语言对这种猜测进行表达,这就形成了理论模型的雏形。
此外,模型还具有很多其他类型。
值得指出的是,模型的分类并不是总有那么清晰的边界,有些模型兼具多类模型的特点。
分类也只是为了研究方便而已。
模型方法包含三个基本环节:建立和选择模型;对模型进行研究;将研究模型获得的知识转给原型。
这就决定了模型和原型具有相似而不是相等的关系,这种相似可以是结构方面的,也可以是功能方面的。
模型的价值往往不在于它与原型的“形似”,而在于对原型本质的揭示。
那些次要的和表面化的因素对揭示事物的本质无关紧要,也许还会掩盖事物的核心和本质,理应加以弱化或剔除。
电子带有一个单位的负电荷,如果从电中性的原子中去掉一个电子,那么剩下的部分就带有一个单位的正电荷。
我们可以把原子想象成一个西瓜,西瓜籽是带负电荷的电子,瓜瓤带有正电荷,由于瓜籽镶嵌其中,使整体呈电中性。
这就形成了原子的汤姆生模型。
真实西瓜的颜色、生熟、味道已经不再重要,至于瓜瓤瓜子与电荷更不相关,它们在汤姆生模型中都未被提到。
所以这个模型的建立源于西瓜,但它所描述的是原子,而非西瓜。
模型作为原型的代替物,它的呈现方式应该为研究者对它的研究提供可能和方便,从模型研究中所获得的知识也能够转移到原型上。
随着研究的逐步深入和新工具的不断发明,人的认识越来越接近真理,原有的模型也会不断被修正,就像汤姆生原子模型最终发展成量子力学模型那样。
3 高中化学中的模型问题化学的核心内容涉及微观世界,同时也跟工业生产息息相关。
化学对化学现象的解释本身几乎都是以模型的形式呈现的,学生对化学知识的认识,教师对化学知识的阐释都离不开模型方法。
同时化学和化学教学也为模型方法提供了丰富材料和坚实的基础。
炼铁炉、炼钢炉、氧化炉、沸腾炉、水泥回转窑、分馏塔、吸收塔、热交换器、电解槽等工业生产设备模型是典型的物理模型,它们在制作时依据原型的形状按比例缩小了尺寸,所含部件作了删减,但是用来模拟真实设备工作的关键部件却尽量齐全和逼真,以揭示设备结构和工作原理、流程。
在化学模型中最具学科特点的是化学结构模型,它是化学模型的主要的基本的形式。
最为突出的代表是原子结构模型、分子结构模型、化学键模型和晶体结构模型。
离子键-共价键模型的建立颇具启发意义。
在离子键模型建立之前,物理学对带电体之间相互作用的研究已经相当成熟,原子得失电子后成为带电粒子已成常识。
1916年德国化学家W.Kossel在玻尔原子结构理论的启示下根据稀有气体原子具有稳定结构的事实,提出了离子键模型:在一定条件下,当电负性相差较大的活泼金属原子和活泼非金属原子相互接近时,发生电子的转移而形成具有稀有气体原子稳定结构的正离子和负离子;这两种粒子相互靠近,当体系中各粒子间引力和斥力达到平衡时总能量降到最低,形成离子键。
这是一个容易理解的模型,它成功地解释了为数众多化合物的性质。
然而,当面对电负性差不是那么大,甚至是两个相同元素的原子相遇结合时,离子键模型却无能为力。
对于诸如氢气、氧气等单质的分子,以及众多由电负性差不够大的原子构成的化合物分子的解释只能建立新的模型。
1916年美国化学家G.N.Lewis提出,电负性差较小的原子之间可以通过共享电子对的方式来使每个原子本身达到稳定的稀有气体原子的结构。
这就是所谓共价键模型。
借助这样两个模型,原子间结合的问题似乎已经圆满解决。
然而,进一步研究发现,很多像AlCl3那样物质的性质用这两个模型中的任何一个来解释都会出现一定的偏差,即使在元素周期系中电负性差最大的两种元素组成的CsF,仍然具有8%的共价性。
然而有趣的是,这个矛盾不但没有击垮离子键和共建键模型,反而在此基础上形成了“由离子键向共价键过渡”的模型:典型的共价键和典型的离子键可以看作是一个系列的两个极端,其间存在着诸多“过渡”状态,既含有共价键的成分,也含有离子键的成分。
成分的比例与成键原子的电负性差有关,也与离子的极化作用和变形性有关。
“过渡模型”使离子键和共价键看似矛盾的模型在更高的层次上统一起来,使人的认识提高到了一个新的水平。
符号模型作为物质组成和结构的表达在化学中被大量应用,在专业内部被称为“化学用语”。
化学教学中符号模型具有相当的复杂性:类似的符号所表达的对象可能有所不同,同一物质不同侧面的信息又可以用不同的符号模型来表达。
HCl和NaCl分别是氯化氢和氯化钠相对应的符号模型,它只能给出它们的元素组成及其比例关系,事实上这两种物质在原子间结合方式和物质宏观状态方面是迥然不同的,该模型没有表达这样的信息。
用不同的符号模型来描述氨分子,所给出的信息也不尽相同(如下表所示)。
表1 氨分子的符号模型及其意义氨分子的符号模型意义分子式NH3氨分子是由氮、氢两种元素的原子构成的,这两种原子的个数比是1:3。
电子式氨分子中氮原子跟氢原子之间分别共享一对电子,氮原子上有一对孤对电子。
结构式氨分子中氮氢原子之间以共价单键相结合。
空间构型氨分子具有三角锥形的结构,三个氢原子构成正三角形,氮原子位于该三角形重心垂线之上,氮氢原子核间连线之间的夹角为106.6°。
轨道表示式*氮原子以3个单电子的sp 3杂化轨道分别与氢原子的1s 单电子轨道重叠成键。
*该模型还涉及到“杂化轨道理论模型”。
数学模型在高中化学里表现为化学方程式的计算、数据图表、图像等。
诸如溶解度曲线、化学平衡及其平衡移动的各种变化曲线图均属此类。
在教学中有意义的是引导学生学会根据化学情景建立数学模型去解决化学问题。
下面是一个例子:二氧化硫和氯气共同作用于品红溶液会产生什么现象?对所得溶液进行加热又会产生什么现象?给出合理的解释。