□張永久

（杭州第二中學(xué)，浙江杭州 310053）

化學(xué)認(rèn)識(shí)模型是指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)、研究化學(xué)問題的一種系統(tǒng)化思維模式，可在“研究范圍是什么、從哪些角度切入研究、需要完成哪幾類任務(wù)”等方面為學(xué)生提供系統(tǒng)化的指導(dǎo)。化學(xué)教學(xué)中，針對(duì)某一特定領(lǐng)域、特定目的建構(gòu)化學(xué)認(rèn)識(shí)模型，并基于化學(xué)認(rèn)識(shí)模型設(shè)計(jì)和實(shí)施教和學(xué)，有利于促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識(shí)素養(yǎng)的發(fā)展。以下是筆者的一些實(shí)踐和思考。

一、化學(xué)認(rèn)識(shí)模型的建構(gòu)和運(yùn)用過程就是認(rèn)識(shí)系統(tǒng)化的過程

建構(gòu)化學(xué)認(rèn)識(shí)模型，就是把特定的研究對(duì)象和解決問題過程轉(zhuǎn)化為可重復(fù)、可推廣的認(rèn)識(shí)規(guī)律，提取解決該類問題的一般思維方法，形成結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化的思維模型。在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生基于化學(xué)認(rèn)識(shí)模型學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)、解決化學(xué)問題，幫助學(xué)生跨越認(rèn)知障礙，引導(dǎo)學(xué)生遵循思維規(guī)律挑戰(zhàn)認(rèn)知高度，讓學(xué)生學(xué)會(huì)像專家一樣去學(xué)習(xí)知識(shí)和研究問題。高中化學(xué)教學(xué)中，化學(xué)認(rèn)識(shí)模型的建構(gòu)和運(yùn)用過程可用圖1來表示。

圖1 化學(xué)認(rèn)識(shí)模型的建構(gòu)和運(yùn)用

化學(xué)認(rèn)識(shí)模型的建構(gòu)過程是一個(gè)輸入過程，輸入的不僅僅是化學(xué)知識(shí)系統(tǒng)，還有化學(xué)問題系統(tǒng)、能力任務(wù)系統(tǒng)和化學(xué)認(rèn)識(shí)系統(tǒng)等，在輸入過程中需要學(xué)生對(duì)知識(shí)、問題、任務(wù)等進(jìn)行深度加工，以形成系統(tǒng)化的認(rèn)識(shí)角度和穩(wěn)定的認(rèn)識(shí)思路?；瘜W(xué)認(rèn)識(shí)模型的建構(gòu)過程還是一個(gè)建立聯(lián)系通道的過程，需要建立不同化學(xué)知識(shí)之間的聯(lián)系、不同化學(xué)問題之間的聯(lián)系、不同能力任務(wù)之間的聯(lián)系以及不同認(rèn)識(shí)角度和認(rèn)識(shí)思路之間的聯(lián)系。運(yùn)用化學(xué)認(rèn)識(shí)模型解決問題的過程是一個(gè)輸出過程，是一種認(rèn)識(shí)角度、認(rèn)識(shí)思路外顯化的具體途徑，從中提升學(xué)生自覺調(diào)用認(rèn)識(shí)角度、自動(dòng)檢索思維方法、自我監(jiān)控問題解決過程的能力。

化學(xué)認(rèn)識(shí)模型是一種具有多種教學(xué)功能的思維模式。在學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)和研究化學(xué)問題的過程中，化學(xué)認(rèn)識(shí)模型是關(guān)于知識(shí)系統(tǒng)、認(rèn)識(shí)系統(tǒng)、實(shí)際情境系統(tǒng)、能力任務(wù)系統(tǒng)的總綱。在教師施教的過程中，化學(xué)認(rèn)識(shí)模型又是指導(dǎo)教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)實(shí)施、教學(xué)評(píng)價(jià)的總綱，教師可以根據(jù)化學(xué)認(rèn)識(shí)模型設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)、能力活動(dòng)任務(wù)和相關(guān)化學(xué)能力活動(dòng)，可以根據(jù)化學(xué)認(rèn)識(shí)模型確定評(píng)價(jià)素養(yǎng)類型和對(duì)應(yīng)的表現(xiàn)水平。

二、基于化學(xué)認(rèn)識(shí)模型促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識(shí)素養(yǎng)發(fā)展的兩種途徑

（一）通過構(gòu)建和運(yùn)用化學(xué)認(rèn)識(shí)模型提升學(xué)生的學(xué)習(xí)和研究能力

高中化學(xué)可以分成元素化合物、物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、化學(xué)反應(yīng)原理、有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)、化學(xué)實(shí)驗(yàn)等幾大領(lǐng)域，每個(gè)大領(lǐng)域還可以分成若干個(gè)子領(lǐng)域，學(xué)生在每一個(gè)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)過程中都會(huì)由于沒有清晰的認(rèn)識(shí)角度、認(rèn)識(shí)思路等原因產(chǎn)生認(rèn)識(shí)瓶頸，導(dǎo)致在解決與該領(lǐng)域相關(guān)問題時(shí)常會(huì)產(chǎn)生思維障礙。教學(xué)中，通過構(gòu)建并運(yùn)用化學(xué)認(rèn)識(shí)模型來提升學(xué)生針對(duì)某領(lǐng)域內(nèi)知識(shí)的學(xué)習(xí)能力、相關(guān)問題的研究能力，從而有效促進(jìn)學(xué)生的認(rèn)識(shí)素養(yǎng)發(fā)展。

以元素化合物為例，教學(xué)中教師可以根據(jù)教材中每一章、每一節(jié)的學(xué)習(xí)要求，并根據(jù)前后順序的安排，分兩個(gè)階段來完成。

第一階段，先以某種元素為線索（如氯、硫、鈉、鐵及其化合物）建構(gòu)化學(xué)認(rèn)識(shí)模型，讓學(xué)生基于所建構(gòu)的化學(xué)認(rèn)識(shí)模型學(xué)習(xí)對(duì)應(yīng)元素化合物的知識(shí)，研究相關(guān)問題。針對(duì)氯、硫、鈉、鐵等具體元素的化合物學(xué)習(xí)時(shí)，可以引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)對(duì)應(yīng)元素的“價(jià)態(tài)—類別二維圖”，讓學(xué)生以此作為學(xué)習(xí)元素及其化合物性質(zhì)、解決元素及其化合物相關(guān)問題的化學(xué)認(rèn)識(shí)模型，完成關(guān)于對(duì)應(yīng)元素及其化合物的性質(zhì)預(yù)測(cè)和驗(yàn)證、相互轉(zhuǎn)化反應(yīng)的預(yù)測(cè)和驗(yàn)證等學(xué)習(xí)活動(dòng)。如必修1 中關(guān)于“氯及其化合物”的教學(xué)就屬于上述的第一階段，可以引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)氯元素的“價(jià)態(tài)—類別二維圖”，讓學(xué)生以此作為學(xué)習(xí)氯元素及其化合物性質(zhì)、解決氯元素及其化合物相關(guān)問題的化學(xué)認(rèn)識(shí)模型，完成關(guān)于氯氣、次氯酸等含氯物質(zhì)的性質(zhì)預(yù)測(cè)、轉(zhuǎn)化等學(xué)習(xí)活動(dòng)[1]。當(dāng)然，在其他元素及其化合物教學(xué)中，也可以建構(gòu)對(duì)應(yīng)元素的“價(jià)態(tài)—類別二維圖”，進(jìn)行類似的學(xué)習(xí)和研究活動(dòng)。

第二階段，構(gòu)建并運(yùn)用適用面更廣、更具有遷移價(jià)值的元素化合物認(rèn)識(shí)模型，以促進(jìn)學(xué)生自覺運(yùn)用多種角度認(rèn)識(shí)元素化合物的性質(zhì)，促進(jìn)學(xué)生形成認(rèn)識(shí)元素化合物性質(zhì)的穩(wěn)定思路。當(dāng)學(xué)生已掌握比較豐富的元素化合物知識(shí)，積累了較多的元素化合物知識(shí)的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)、研究與元素化合物相關(guān)問題的能力，就應(yīng)該讓學(xué)生的認(rèn)識(shí)發(fā)展進(jìn)入第二階段，即建構(gòu)和運(yùn)用適用面更廣、更具遷移價(jià)值的元素化合物認(rèn)識(shí)模型，王磊老師團(tuán)隊(duì)提出了現(xiàn)已成為中學(xué)化學(xué)教學(xué)經(jīng)典的元素化合物認(rèn)識(shí)模型[2]。其中包含：①研究領(lǐng)域（元素化合物領(lǐng)域內(nèi)的研究對(duì)象可歸結(jié)為元素和不同元素、物質(zhì)和物質(zhì)組等）；②化學(xué)問題（元素化合物領(lǐng)域內(nèi)的問題通常會(huì)以物質(zhì)保存、物質(zhì)使用、物質(zhì)鑒別和鑒定、物質(zhì)分離和物質(zhì)制備等多種實(shí)際問題形式，本質(zhì)上可歸納為“性質(zhì)”和“轉(zhuǎn)化”兩類）；③任務(wù)維度（能力水平從低到高依次分為理解型任務(wù)、應(yīng)用型任務(wù)、遷移型任務(wù)三類）；④認(rèn)識(shí)維度（以物質(zhì)類別通性、基于核心元素價(jià)態(tài)、基于元素周期律、基于化學(xué)反應(yīng)原理等作為元素化合物領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)角度，其中類別通性、核心元素價(jià)態(tài)是核心認(rèn)識(shí)角度）等。教學(xué)中基于元素化合物認(rèn)識(shí)模型進(jìn)行教和學(xué)，有利于落實(shí)新課標(biāo)要求的教、學(xué)、評(píng)一體化原則。

在與物質(zhì)制備相關(guān)的化工生產(chǎn)內(nèi)容教學(xué)中，也要引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)針對(duì)性的化學(xué)認(rèn)識(shí)模型。筆者在進(jìn)行“銅、鐵的冶煉”教學(xué)時(shí)，設(shè)計(jì)了以下任務(wù)。

任務(wù)1分析“銅礦→銅”的關(guān)鍵步驟（初步形成化學(xué)認(rèn)識(shí)模型）。

任務(wù)2由“銅礦→銅”經(jīng)類比遷移研究“鐵礦→鐵”的過程（由學(xué)生自主運(yùn)用“模型”研究工業(yè)煉鐵相關(guān)內(nèi)容，既為學(xué)生設(shè)計(jì)認(rèn)知腳手架，也給學(xué)生創(chuàng)設(shè)一個(gè)發(fā)展“模型認(rèn)知”素養(yǎng)的機(jī)會(huì)）。

任務(wù)3從煉銅、煉鐵等個(gè)例的研究中，概括出金屬冶煉一般步驟（讓學(xué)生經(jīng)過拓展、歸納，概括得出學(xué)習(xí)和研究金屬冶煉的“化學(xué)認(rèn)識(shí)模型”的一般形式，再經(jīng)過討論得出適應(yīng)面更廣的物質(zhì)制備“化學(xué)認(rèn)識(shí)模型”），詳見圖2。

圖2 關(guān)于物質(zhì)制備化工生產(chǎn)問題的化學(xué)認(rèn)識(shí)模型建構(gòu)

上述教學(xué)過程中，學(xué)生不僅學(xué)習(xí)理解了有關(guān)銅、鐵冶煉的知識(shí)，還提高了對(duì)化工生產(chǎn)相關(guān)的認(rèn)識(shí)能力，對(duì)物質(zhì)制備相關(guān)的化工生產(chǎn)過程有了概括性的認(rèn)識(shí)，為將學(xué)到的知識(shí)更好地遷移運(yùn)用打下了基礎(chǔ)。

實(shí)際上，化學(xué)認(rèn)識(shí)模型可看作是一種具有傳遞功能的認(rèn)識(shí)成果，是師生之間、生生之間交流過程中可以相互傳遞的智慧化符號(hào)；解決化學(xué)問題過程中，化學(xué)認(rèn)識(shí)模型可以成為學(xué)生自主操控的接近理想化的方法，又是學(xué)生開展化學(xué)思維活動(dòng)的基本單位，還是師生、生生之間交流思維成果的工具。

（二）通過構(gòu)建和運(yùn)用化學(xué)認(rèn)識(shí)模型發(fā)展學(xué)生的專項(xiàng)能力

高中化學(xué)中有些模塊、有些章節(jié)的學(xué)習(xí)，需要與之匹配的專項(xiàng)能力，實(shí)際上解決不同領(lǐng)域相關(guān)的實(shí)際問題也往往需要相應(yīng)的專項(xiàng)能力。高中化學(xué)教學(xué)中教師要有計(jì)劃地針對(duì)不同領(lǐng)域培養(yǎng)學(xué)生的專項(xiàng)能力，才能將化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)落實(shí)到相應(yīng)的化學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)過程中，以達(dá)到化學(xué)學(xué)業(yè)質(zhì)量水平的要求。在關(guān)于元素化合物的教學(xué)中，就需要培養(yǎng)學(xué)生的“物質(zhì)性質(zhì)的預(yù)測(cè)能力、物質(zhì)組成的探究能力、物質(zhì)的制備能力”等專項(xiàng)能力。

關(guān)于物質(zhì)性質(zhì)的預(yù)測(cè)能力是一項(xiàng)重要的專項(xiàng)能力，是學(xué)習(xí)元素化合物知識(shí)、解決與元素化合物有關(guān)的實(shí)際問題所必需的關(guān)鍵能力。我們認(rèn)為，可以在不同階段構(gòu)建并運(yùn)用對(duì)應(yīng)的化學(xué)認(rèn)識(shí)模型來培養(yǎng)學(xué)生的“關(guān)于物質(zhì)性質(zhì)的預(yù)測(cè)能力”。在不同階段，不同的學(xué)生對(duì)于物質(zhì)性質(zhì)的認(rèn)識(shí)能力差異較大，可以針對(duì)學(xué)生的實(shí)際情況構(gòu)建不同的化學(xué)認(rèn)識(shí)模型來發(fā)展學(xué)生的認(rèn)識(shí)素養(yǎng)。若學(xué)生在關(guān)于物質(zhì)性質(zhì)學(xué)習(xí)方面的經(jīng)驗(yàn)不多，可以引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建如圖3所示的物質(zhì)性質(zhì)認(rèn)識(shí)模型，讓學(xué)生根據(jù)圖3中三種認(rèn)識(shí)角度預(yù)測(cè)物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。

圖3 物質(zhì)性質(zhì)的認(rèn)識(shí)模型

結(jié)合關(guān)于物質(zhì)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)探究過程，也可以跟學(xué)生一起建構(gòu)圖4[3]所示的“研究物質(zhì)性質(zhì)的認(rèn)識(shí)模型”，讓學(xué)生運(yùn)用此認(rèn)識(shí)模型探究重要物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。

圖4 研究物質(zhì)性質(zhì)的基本程序

例如，黃鐵礦（FeS2）是我國工業(yè)制硫酸的重要原料，也是高中階段需要學(xué)生研究并掌握其性質(zhì)的一種重要化合物，但大多數(shù)學(xué)生只是靠記憶了解“黃鐵礦能夠在氧氣中燃燒生成二氧化硫”，沒有研究黃鐵礦性質(zhì)的經(jīng)歷，對(duì)黃鐵礦的多種性質(zhì)無法做出預(yù)測(cè)和驗(yàn)證。因此，可設(shè)計(jì)如下教學(xué)流程，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)黃鐵礦的性質(zhì)進(jìn)行預(yù)測(cè)和驗(yàn)證。

第一步：觀察FeS2樣品。黃鐵礦呈金黃色，外觀似黃金（黃鐵礦的俗名叫作“愚人金”），是一種自然礦物，預(yù)測(cè)其有較好的穩(wěn)定性。

第二步：引導(dǎo)學(xué)生從元素價(jià)態(tài)、物質(zhì)分類等角度預(yù)測(cè)其性質(zhì)。黃鐵礦中鐵元素呈+2價(jià)，所含過硫根離子（S22-）中硫元素呈-1價(jià)，預(yù)測(cè)黃鐵礦既有氧化性，也有還原性；FeS2屬于鹽類物質(zhì)、過硫化物（可以跟過氧化物類比），預(yù)測(cè)其能夠跟酸反應(yīng)，能夠發(fā)生分解反應(yīng)等。

第三步：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行驗(yàn)證。FeS2與稀硫酸混合，產(chǎn)生臭雞蛋氣味的氣體，同時(shí)溶液中有淺黃色的物質(zhì)生成。將FeS2隔絕空氣加強(qiáng)熱，可以生成一種黑色固體和一種淺黃色的固體。

第四步：通過與其他物質(zhì)進(jìn)行比較，總結(jié)歸納黃鐵礦的性質(zhì)。與FeS 比較，F(xiàn)eS2與稀硫酸反應(yīng)生成FeSO4與H2S2；與H2O2比較，H2S2也會(huì)分解生成H2S與S，進(jìn)一步推理，F(xiàn)eS2隔絕空氣分解生成FeS與S。

通過上述探究活動(dòng)，學(xué)生對(duì)FeS2的性質(zhì)就有了比較清晰與完整的了解。

在有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)內(nèi)容學(xué)習(xí)過程中，可以引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合有機(jī)化合物的特點(diǎn)構(gòu)建“預(yù)測(cè)有機(jī)物性質(zhì)的認(rèn)識(shí)模型”，讓學(xué)生依據(jù)“化學(xué)鍵的飽和度、鍵的極性→斷鍵部位→斷鍵方式與反應(yīng)類型→反應(yīng)試劑、反應(yīng)條件、反應(yīng)產(chǎn)物→鄰近基團(tuán)對(duì)鍵極性的影響……”的思維程序來學(xué)習(xí)和研究重要有機(jī)物的性質(zhì)。如在選修模塊《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》中關(guān)于“醛”的教學(xué)中，可以抓住“羰基”（這是烴的含氧衍生物中十分重要的官能團(tuán)，醛、羧酸、酯等烴的含氧衍生物都含有碳氧雙鍵），碳氧雙鍵屬于多重鍵（雙鍵或三鍵），由于碳元素和氧元素的電負(fù)性不同，所以碳氧雙鍵是極性多重鍵，在此基礎(chǔ)上再引導(dǎo)學(xué)生分析討論醛基中羰基對(duì)碳?xì)滏I的影響，形成對(duì)醛基特征的整體認(rèn)識(shí)，理解與醛基相關(guān)的化學(xué)反應(yīng)（加成反應(yīng)、氧化反應(yīng)等），學(xué)生經(jīng)歷了這樣的分析碳氧雙鍵結(jié)構(gòu)特征的一般思路，就為將來分析其他多重鍵的特征和相關(guān)反應(yīng)打下了遷移應(yīng)用的基礎(chǔ)。

化學(xué)教學(xué)中還可以結(jié)合實(shí)際問題，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建“材料問題的認(rèn)識(shí)模型”，讓學(xué)生依據(jù)以下程序研究材料問題。第一步，分析材料的化學(xué)成分；第二步，根據(jù)材料的性能和使用注意事項(xiàng)研究物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)；第三步，考慮材料的價(jià)值，分析制備時(shí)原料的選擇等……基于這一認(rèn)識(shí)模型能夠發(fā)展學(xué)生從生活中發(fā)現(xiàn)問題的能力，可用于研究鋁、鐵、銅等金屬材料，也可用于研究非金屬材料。

建構(gòu)有遷移價(jià)值的發(fā)展專項(xiàng)能力的化學(xué)認(rèn)識(shí)模型，是化學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)化學(xué)學(xué)科關(guān)鍵能力發(fā)展、化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的具體途徑。引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)并運(yùn)用化學(xué)認(rèn)識(shí)模型，可以促進(jìn)學(xué)生將外顯在化學(xué)認(rèn)識(shí)模型中的認(rèn)識(shí)角度、認(rèn)識(shí)思路內(nèi)化為自我監(jiān)控、自我評(píng)價(jià)能力。

化學(xué)認(rèn)識(shí)模型，可以針對(duì)某個(gè)單元、某個(gè)章節(jié)或某個(gè)模塊，包含認(rèn)識(shí)角度系統(tǒng)、知識(shí)系統(tǒng)、能力任務(wù)系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成的較大系統(tǒng)。從系統(tǒng)的層面、鳥瞰的視角對(duì)某領(lǐng)域進(jìn)行認(rèn)識(shí)化的梳理，使學(xué)習(xí)過程變得有序、有系統(tǒng)、有進(jìn)階?；瘜W(xué)認(rèn)識(shí)模型為教師和學(xué)生提供了理解知識(shí)最普遍的世界觀和方法論。當(dāng)然，化學(xué)認(rèn)識(shí)模型不能當(dāng)作一個(gè)具體知識(shí)點(diǎn)傳授給學(xué)生，而是應(yīng)該通過特定實(shí)例的學(xué)習(xí)過程逐步讓學(xué)生自主構(gòu)建起來。