初中化学教学中“模型认知”素养的培育

陈立铭 李德前 经雪茜

摘要：针对“物质在水中的分散”教学内容，阐述了教学实施流程、教学目标预设、学生活动设计等。旨在以真实的问题情境创设任务活动，关注学生在探究过程中化学核心素养的进阶提升。

关键词：物质分散;主活动导学;核心素养;模型认知

文章编号：1008-0546（2022）07-0030-05中图分类号：G632.41文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.07.008

一、问题的提出

为建立核心素养与课程教学的内在联系，充分挖掘课程教学对全面贯彻党的教育方针、落实立德树人根本任務、发展素质教育的独特育人价值，化学课程标准基于学科本质凝练了化学学科的五大核心素养。“模型认知”是化学学科核心素养的重要组成部分。模型的概括能够帮助教师和学生在面对复杂问题时，可以选取合适认识角度，及时调用相应的推理模式，促进学科知识网络的结构化、学科知识理解的系统化，发展学生表达的科学性和逻辑性，形成有效解决多种问题的科学实践[1]。

作为启蒙阶段的初中化学，不仅要引导学生全面认识物质世界的变化规律，还要在活动中激发学生交流讨论，启迪学生的思维，拓展学生的视野[2]。这就要求我们教师要在教学中，以“学生为主”进行活动创设，将学生的认识角度及其基于该角度的认识思路和推理路径外显化。示范、分析解决问题的思维和有逻辑的推理，发展学生在面对陌生问题情境时，主动调用不同认识角度进行有效关联，通过现实与学科视角进行科学实践探究的能力。

“模型认知”既可以指基于特定理论模型，形成对客观事物的形象化认识，如分子、原子结构模型;也可以指基于认识模型，形成对特定化学问题（概念）系统分析的思维过程;还可以指基于特定认识模型将大量事实性知识转化为对某认识对象（某物质、一组物质、某核心元素化合物、不同元素）的认识系统，该系统既包括重要的事实性知识，也包括针对该认识对象可能的认识角度及利用该认识角度的具体认识思路[3]。基于以上思考，笔者设计了“物质在水中的分散”课例，旨在开展“以生为主”的活动创设，探讨初中化学教学中“模型认知”素养培育的相关问题。

二、基于模型认知的教学活动设计

笔者以现行沪教版“物质在水中的分散”为基础，适当融合人教版“溶液的形成”、粤教版“溶解与乳化”及仁爱版“物质的溶解过程”等几种《义务教育教科书·九年级化学》中的相关内容[4-8]，各取所优，并基于生活实际及化学实验开展“以生为主”的活动创设，形成对特定化学问题（概念）系统分析的思维过程，推动学生“模型认知”建构和学科素养发展。

1.制定教学和评价目标

从不同版本教材内容分析看，人教版教材主要涉及溶液及其应用、溶解过程中的吸热和放热、乳化现象;粤教版教材主要涉及溶解现象、溶液、影响溶解的因素、乳化作用;仁爱版教材主要涉及物质的分散、物质的溶解、溶质的质量分数;沪教版教材主要涉及溶解与乳化、物质溶解过程中的能量变化、水溶液的某些性质。本节课应以初步探究物质在水中分散形成体系的概念建构和现实应用为核心，认识溶解现象，建立较为科学的溶液概念;认识乳化作用和原理，了解乳化现象在工农业生产和日常生活中的广泛存在。

从学生认知发展分析看，学生通过前期章节内容学习，已经初步学会了由身边“单一物质”（氧气、二氧化碳、水等）的认识模型逐渐向“一组物质”（金属、金属材料、溶液等）认识模型的转化，为下一阶段学习酸、碱、盐等类物质奠定基础;初步学习了从宏观现象（物质）到微观本质（结构），再到符号表征的学科表达等认识思路，知道可以从宏观与微观相结合的视角分析和解决实际问题;初步形成“结构决定性质”“性质决定用途”的观念。

从课程标准要求分析看，强调从学生生活经验出发，密切联系生产生活，在本节内容标准中选择列举了溶质溶解时的放热（或吸热）现象，观察生产、生活中的乳化现象，有机玻璃的溶解与黏接，食品中乳化剂等学习情境，旨在强调溶解现象是普遍存在的，并与人类生产生活密切相关，学习化学就是为生产、生活服务。综上所述，我们确定了如下教学与评价目标[9]。

（1）教学目标

①运用真实的实验情境，激发学生的好奇心，通过学生分析、学生推理等，引导学生认识研究对象，探究“物质在水中分散”的本质原因。

②通过实验、观察、例举、分析、表达等方式和手段，引导学生从“宏观、微观、符号（图示）”等视角，感悟物质分散的规律之美，提炼溶液、浊液、乳化等核心概念。

③通过分组实验、对比实验等，探究生活中食盐、蔗糖、泥土、食用油等几种物质在水中的分散;观察乳浊液（食用油与水混合体系）滴加洗洁精，振荡，了解乳化作用，解释其生产生活中的现实应用;经历比较完整的实验探究过程，增强对科学探究的理解;体会小组合作的意义和快乐。

（2）评价目标

①通过对一段泡沫被一种液体逐渐“吞噬”实验现象的观察、分析、交流和点评，诊断并发展学生观察品质（孤立水平、系统水平）。

②通过对几种常见物质在水中分散的实验和分析，诊断并发展学生对物质分散本质的认识进阶（物质水平、元素水平、微粒水平）和认识思路结构化水平（视角水平、内涵水平）。

③通过对溶液、乳化现象等在生产生活中应用的讨论和点评，诊断并发展学生对化学价值的认识水平（学科价值视角、社会价值视角、学科和社会价值视角）。

2.教学思路和流程设计

建构主义学习理论认为，学生的学习需要学生个体通过主动的学习活动建构自己的认识。本节课以递进式探究实验为情境，创设具有层次的活动链，引导学生观察、实验、比较物质分散的宏观现象，尝试进行科学推理与汇报结果;给学生布置利用化学概念原理等进行推理的任务，用微观视角分析、解释物质溶解、溶液等核心知识;让学生用符号（图示）表述物质分散过程，实现“宏、微、符”三重表征的自主转化，并让学生关联生活实际进行学以致用，有效建立特定认识对象的不同认识角度及该认识角度的具体认识思路，驱动学生的化学学习认知活动，帮助学生建立认识角度和提升学生认识发展水平[10]。

本节课的教学流程如图1 所示，学生多角度认识物质分散的思路模型如图2所示。

3.教学活动和设计意图

（1）获取信息，自主思考

课题引入——实验激疑，初识“物质分散”

【演示实验】一段泡沫条被一种液体（汽油）逐渐“吞噬”而消失，并通过不断振荡加速泡沫条消失。

【活动设计】（1）独立观察实验现象，安静思考并尝试解释产生现象的原因。（2）组内交流实验细节，互相分享解释产生现象的原因。（3）学生代表汇报，主动分享交流成果。

【学生代表】泡沫条消失可能是因为发生了泡沫与液体之间的化学反应;也可能是泡沫溶解在液体里了。振荡加快了泡沫的消失，但无法看到泡沫消失的过程。……

【点评过渡】教师及时肯定学生观察仔细、思考深入。紧接着引导学生自主思考，如何解决“没有看到白色泡沫逐渐消失的过程”呢？泡沫又是如何进入液体而消失的呢？

【活动设计】请结合实验筐内提供的用品：红糖（3-4粒）或固体高锰酸钾（1-2粒）、水（500 mL）、大烧杯、石棉网、酒精灯、三脚架、火柴等，设计实验观察“固体物质如何分散在水中”，完成表格1。

设计意图：本环节注重从真实的实验情境入手，用现实生活中物质之间反应产生的现象，引起学生认知注意，激发学生思维活力，然后以分组实验的形式将少许红糖（或高锰酸钾）放入500 mL 水中观察现象，并尝试通过加热的方式，加快红糖（或高锰酸钾）分散。基于已有的认识模型将事实性知识转化为认识对象。通过分析、推理等方法，引导学生认识研究对象，激起探究其本質的欲望[11]。

（2）学力提升，主体建构

规律提炼——三重表征，再识“物质分散”

【活动设计】运用分类观探究生活中几种物质在水中的分散（主要实验用品：食盐、蔗糖、泥土、食用油、水、小烧杯等）。

【学生活动】①以小组为单位，依据实验步骤完成实验并记录实验现象，然后，尝试推测体系性质，进行初步分类，并完成表2所示学案。

②请各小组继续实验，通过将盐度计放入食盐与水或蔗糖与水形成的液体的不同部位，观察其数值变化，测定不同部位溶液的浓度。

【主体建构】①据此你们小组对食盐与水、蔗糖与水形成的体系有何新的认识？②从宏观物质分类看食盐水、蔗糖水是否属于纯净物？说出你的理由。

【小结过渡】我们把像食盐分散到水中、蔗糖分散到水中，这样的一种物质分散到另一种物质中的过程，叫做物质的溶解。而把物质溶解后形成的均一、稳定的混合物叫做溶液。物质溶解是个过程，那么这个过程又是如何发生和进行的呢？

【活动设计】①独立思考构成氯化钠晶体、蔗糖晶体的基本微粒分别是什么？请书写出构成氯化钠晶体的微粒符号。

②视频观察：氯化钠晶体的溶解过程。

③动手操作：利用微粒（钠离子、氯离子、水分子）模型表示氯化钠晶体溶解过程。

④绘制图片：以“”代表蔗糖分子，以“”

代表水分子，通过画图表述蔗糖晶体溶解过程。

【学生活动】思考、书写、摆放、绘图、表达。

【主体建构】①结合以上分析，你认为物质溶解形成的溶液中有哪些微粒存在？氯化钠晶体、蔗糖晶体溶解在水中逐渐“消失”的本质原因是什么呢？

②请尝试从微观角度给溶液下个定义。

【小结过渡】溶液是物质以分子或离子的形式分散到另一种物质的分子或离子中形成的均一、稳定的混合物。

【自主思考】“泡沫吞噬实验”所形成的液体属于什么体系？请说出你的推测理由。

【小结过渡】我们初步认识了实验内容①②形成的均一、稳定的体系为溶液，而实验内容③④形成的易分层、不稳定的体系，我们称之为浊液。像实验内容③这种不溶于水的固体小颗粒与水形成的体系为悬浊液;实验内容④这种以小液滴形式分散于水中，则形成乳浊液。浊液也有广泛用途。例如，用X射线检查肠胃病时，让病人服用的钡餐就是硫酸钡的悬浊液。粉刷墙壁用的乳胶漆的主要原料——乳液是乳浊液。在农业上，为了合理使用农药，常把不溶于水的固体或液体农药配制成悬浊液或乳浊液，用来喷洒受病虫害的农作物。

【活动设计】①演示实验：任选一组学生实验内容④（食用油与水混合体系）的烧杯振荡后，倒出一半液体于另一空小烧杯中，静置，观察;然后向其中一小烧杯内滴加少许洗洁精，再振荡，静置，观察。

②实物投影：将上述两个小烧杯进行同时投影，对比观察。

③动画模拟：乳化作用。

【学生活动】①独立观察实验现象，安静思考并尝试解释产生现象的原因。②组内交流实验细节，尝试分享解释产生现象的原因。③学生代表汇报，主动分享交流成果。

【主动分享】代表1：通过对比实验现象，添加洗洁精振荡后，食用油和水没有明显分层，形成了比较稳定的体系。代表2：洗洁精使植物油在水中分散成无数细小的液滴，从而使植物油和水不再分层，体系稳定性增强。......

设计意图：本环节主要围绕核心概念，以实验、观察、推断为基础，通过学生自主、合作、交流、研讨等方式，引导学生从宏观、微观、符号（图示）中去感悟物质分散的规律之美，提炼概念，形成对特定化学问题系统分析的思维过程，用于具体问题的分析解决[12]。

（3）问题解决，主动分享

学以致用——联系实际，悟识“物质分散”

【活动设计】①独立思考：本节课我们做了哪些实

验？实验操作中哪些方法加快了物质溶解过程？你还有何方法可以加快物质溶解？

②合作学习：如何才能加快冰糖在水中的溶解速度[13]？

【学生活动】以小组为单位完成学案（表3）。表 3 固体物质（冰糖）在水中加速溶解的实验方案

学习项目如何加快冰糖在水中的溶解速度

小组建议①②③

设计实验方案（要求选择一条建议，以文字或画图形式表述。）

【分组实验】利用实验筐中提供的主要用品：沾有油污的布条（3条）、水（50 mL）、洗衣液（与水1：2配比20 mL）、汽油（20 mL）、矿泉水瓶（330 mL 的3个）、镊子等。

实验步骤：①将沾有植物油的小布条用镊子夹持分别放入矿泉水瓶内;②将3个矿泉水瓶进行编号，并分别向不同矿泉水瓶内加入20 mL水、20 mL洗衣液（与水1：2配比）、20 mL 汽油;③将矿泉水瓶盖旋紧，然后，同时用力振荡30 s;④用镊子取出布条观察。

【主动分享】①实验观察布条不同现象，推测不同清洗效果的原因。

②请结合以上活动，联系生产生活实例，例举去除油污的方法，并尝试解释去除油污的原理（或理由）。

设计意图：教师引导学生从生活实际应用的角度，通过对如何加快冰糖溶解速度的实验探究、对不同溶剂去油污实验现象的分析等，加强学生对溶解认知模型的理解;通过分别用水、洗衣液、汽油对沾有油污的衣物进行清洗效果对比，促进对乳化作用的认识，加深理解溶解现象和乳化现象的本质区别。在教师的引导下，进一步联系日常生活中干洗以及眼镜片的共振清洗等油污清洗事例，开阔学生视野，激发学生兴趣和深入探究的欲望。学生以“学进去、讲出来”的方式，通过思考、表达、交流、操作、书写等活动的形式，将学习历程进行盤点，使知识在主动分享中得以升华，使问题在实际应用中得以解决[14]。

三、总结与反思

1.教学设计需关注学科特征思维模式的建构，渗透化学核心素养的培养

《普通高中化学课程标准（2017年版）》中明确指出：学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。在进行教学设计时，除关注知识的连贯性和完整性，还应重视以化学知识为载体，在具体的教学环节中从宏观和微观相结合的视角分析、解决实际问题，多角度认识物质是运动和变化的，物质变化是需要一定条件和遵循一定规律的。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，建立认知模型。

2.教学过程还需持续关注“以生为主”的活动创设，注重学力提升

化学是以实验为基础的自然科学。“素养为本”的教学倡导真实情境的创设，开展以化学实验为主的科学探究活动，强调教学内容的结构化设计，注重激发学生学习化学的兴趣，促进学生学习方式的转变，培养他们的创新精神和实践能力。在教学活动中，将学习内容或任务潜置于学习活动，使学生尽可能经历知识发生、发展的过程。通过学习活动的建构，在学生认知瓶颈处创设真实而有用的情境，由聚焦学生的“表现力”到注重学生的“思维力”去设置活动链，激发学生的猜想与联想，指向思维的逻辑发展方向，使课堂教学充满思维碰撞式的对话。以问题解决为中心，关注学生能力的思维进阶，使学生在科学实践中理解知识、培养技能、发展智力、育养人格。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[S]. 北京：人民教育出版社，2018：3-6.

[2] 中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2011年版）[S]. 北京：北京师范大学出版社，2012：9-16.

[3] 王磊，等.基于学生核心素养的化学学科能力研究[M].北京：北京师范大学出版社，2017：208-217.

[4] 人民教育出版社，课程教材研究所，化学课程教材研究开发中心.义务教育教科书·化学（九年级下册）[M]. 北京：人民教育出版社，2015：26-32.

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[7] 江琳才，钱扬义，李开祥.义务教育教科书·化学（九年级下册）[M]. 北京：科学出版社，广州：广东教育出版社，2012：190-197.

[8] 毕华林，卢巍.义务教育教科书·化学（九年级上册）[M].济南：山东教育出版社，2012：58-64.

[9] 杨林全.初中化学教学中“证据推理”素养的培育——以“酸和碱的中和反应”为例[J]. 化学教学，2021（6）：49-54.

[10]王雨，毕华林.基于三重表征实施素养为本的化学教学——以“甲烷”教学为例[J]. 化学教学，2021（4）：49-53，86.

[11]郭飞红.基于“实验和模型”的化学教学设计与实施初探——以高二有机化学“乙炔”教学为例[J]. 化学教育，2014（15）：18-23.

[12]肖宏伟.“素养为本”教学挖掘宏观现象的微观本质——以“盐类的水解”为例[J]. 中学化学教学参考，2019（5）：19-22.

[13]王祖浩.义务教育教科书化学教师教学指导书（九年级下册）[M]. 上海：上海教育出版社，2013：3-11.

[14]陈立铭，经雪茜.基于“主活动导学”的初中化学课堂教学范式——以“构成物质的基本微粒”为例[J]. 中学化学，2021（7）：7-10.