在我国的高中教育研究领域，对数学模型教学、物理模型教学以及生物模型教学的研究起步相对较早，这些学科通过模型教学的方式，帮助学生更好地理解和掌握知识，培养逻辑思维和问题解决能力。相比之下，化学学科对模型教学的研究起步较晚，这在一定程度上限制了化学教学效果的提升和学生化学素养的培养。随着教育理念的不断进步和教学实践的深入探索，化学学科对模型教学的重视程度逐渐提高。2017年版《普通高中化学课程标准》首次明确将“模型认知”纳入高中化学教学的课程目标范畴，这一举措标志着化学教育开始正式步入模型教学的新阶段。自此以后，化学教师们开始积极关注模型认知、模型建构等与模型相关的课堂教学设计与实践，致力于通过模型教学来提升学生的化学学习能力和核心素养，为化学教育的未来发展注入了新的活力。

1“模型”及“模型认知”的内涵

“模型”一词，其根源可追溯至拉丁文，初始含义丰富而深刻，涵盖了样本、标准及尺度的概念，中文原意则进一步引申为规范或典范。这一术语不仅体现了对事物本质特征的提炼，也蕴含了对理想状态的追求。而“认知”，作为人类探索世界、积累知识的核心活动，涵盖了知觉的敏锐捕捉、记忆的牢固存储、学习的持续深化、言语的精准表达、思维的灵活运转以及问题解决的高效策略等一系列复杂过程。

当人们出于特定目的，对认知对象进行简约化、概括性的描述时，这种描述便被称为“认知模型”，简称“模型”。在“模型认知”这一组合词汇中，“模型”与“认知”构成了偏正关系，其中“模型”作为修饰成分，限定了认知的具体路径或工具，“认知”则是这一活动的核心所在。因此，“模型认知”可以理解为一种基于（或借助于）模型进行的认知活动，它要求学生运用分析、推理等高级思维方法，深入剖析研究对象的本质特征、构成要素及其相互之间的内在联系，进而构建出一个既能反映核心特征又便于理解和操作的代表性模型。高中化学核心素养体系中，特别将“证据推理与模型认知”列为一个重要维度加以阐述，这不仅凸显了模型认知在化学学习中的独特价值，也强调了其对于提升学生化学思维能力、促进知识内化和迁移的重要功能。通过模型认知的训练，学生能够更加高效地掌握化学原理，灵活应用于解决实际问题，从而在化学学习的道路上走得更远、更稳。

2高中化学教学中模型认知与建构的现状

2.1课堂教学对模型认知的意识欠缺

目教师们往往过于侧重学科知识的传授与灌输，却在一定程度上忽视了引导学生对问题情境进行合理假设及深入分析的重要性。而且对学生思维方法的建构与培养，教师们给予的关注度明显不足。这种教学模式下，学生往往只能被动地接受并死记硬背一些零散的知识点，而无法有效地将这些知识点与具体问题相结合，转化为抽象的经验和规律，进而形成模型认知的能力。

2.2学生认知化学知识的思维障碍

高中化学涉及众多复杂的概念和原理，如原子结构、化学键、分子空间构型等，这些概念本身较为抽象。学生在学习过程中，往往难以将抽象的化学概念与具体的物质世界相联系，导致认知上的隔阂和困惑。在化学教学中，为了帮助学生理解复杂的化学现象和反应过程，教师需要构建多种类型的化学模型，如分子模型、晶体模型、反应历程模型等。这些模型虽然各具特色，但都具有较高的专业性和复杂性，需要学生在理解基本概念的基础上，进一步掌握模型的构建方法和运用技巧。然而，由于学生的认知水平和化学知识储备有限，往往难以全面、准确地把握模型的内涵和外延，导致在运用模型时产生困惑和误解。在长期的学习过程中，学生容易形成固定的思维模式和解题套路，这种思维定势在一定程度上限制了他们的思维灵活性和创新性。当面对新的化学问题或情境时，学生往往难以跳出原有的思维框架，灵活运用所学的化学知识和模型进行解决。这种思维定势不仅影响了学生的解题效率和准确性，也制约了其化学思维能力和科学素养的进一步提升。

3基于模型认知与建构的高中化学教学策略

3.1模型素材选取注重科学性与生活化并举

科学取材是科学建模不可或缺的前提，这一过程的精确性直接决定了模型能否真实、准确地反映原型的本质特征。科学取材并非随意之举，它建立在深入理解和透彻分析原型各要素之间复杂关系的基础之上。这意味着教师需要引导学生仔细剖析原型，明确各要素间的相互作用、相互影响以及它们在整个系统中所处的位置和扮演的角色。同时，清楚所选取的素材与原型之间的内在联系与外在的指代关系，是确保取材科学性的关键。只有在深刻理解原型的基础上，才能精准地挑选出既能体现原型核心特征，又便于学生理解和操作的素材，从而满足建模的具体要求，保证模型的科学性和有效性。

在塑造模型的历程中，科学严缜性至为关键，但同样重要的是唤起学生的情感投入与兴致。为了拉近化学与学生现实生活的间距，增进学习的魅力与吸引力，教师需精心拣选那些于学生日常生活中俯拾皆是的物质当作模型构建的素材。此种方式不但能够使隐晦的化学知识更为具象且明晰，还可激发学生的探索欲念与创造力。在引领学生动手制作模型的进程中，他们的感官体悟变得丰富，想象天地得到拓展，想象力获得强化。这种交互式的学习模式让学生在实践中掌控知识，在操作里深度领会，极大地提升了学习的效能与深度。以电子式模型的构建为例，传统授业之法常借助黑板绘图或球棍模型来呈现化合物的形成过程，然而这些方式在视觉展现上存有局限，难以充分展露原子的价电子分布与共用电子对的形成。学生通常仅能被动地吸纳知识，缺少亲身动手实践的契机。倘若尝试转变此般现状，从生活的视角出发，选取易于获取且易操作的物料，诸如绒线与塑料珠子，来构建电子式模型，便能有效填补传统教学的缺欠。在此过程中，绒线代表着原子的价电子层，塑料珠子则象征着价电子，学生通过亲手连接这些物料，能够径直观测到电子的排列与共享进程，从而深切领悟共价化合物的电子排布与共价键的理论模型。这种亲身经历无疑较单纯的文字描述或平面图更能触发学生的思考与灵感。在有机化合物结构教学中，直面那些空间结构纷繁复杂、对空间想象能力要求颇高的有机化合物，传统教学方法往往捉襟见肘。简单的文字描述或平面图难以助力学生构建对有机化合物空间结构的全面认知，进而影响他们对结构本质的深度理解。此时，倘若能够创新性地运用编织技艺来模拟有机化合物的分子结构，将塑料珠子当作原子的象征，细线作为连接原子的共价键，便能化繁为简，化抽象为具象。这样的模型不但为枯燥的化学知识增添了鲜活的生活色调，还极大地增强了学生对有机分子结构的直观感受与深刻理解。以苯分子珠子模型为例，学生通过亲手编织，能够直观地察看到苯环的平面六边形结构和碳碳键的特殊性质，这种直观体验在理解苯分子的芳香性和稳定性方面具有无可替代的效用。

3.2概念模型的建构和应用

概念模型的建构不仅是连接零散知识点的桥梁，更是提升学生化学思维能力和核心素养的有效途径。以“官能团的引入和转化”为核心载体，通过问题导向的互动教学方式，可以引导学生深入探索有机化学的奥秘，有效复习并巩固课堂所学的官能团知识。在教材设计上，应注重以官能团的引入和转化为线索，串联起有机化学的各个章节，形成一个完整的知识体系。通过一系列精心设计的问题，激发学生主动思考，促进师生互动和生生互动，使课堂氛围更加活跃。在复习过程中，教师不仅要引导学生回顾和巩固已学的官能团知识，更要引导他们学会如何将这些零散的知识点进行整合，创建涉及不同有机物质之间转换反应的概念图。这些概念图表不仅能够帮助学生清晰地看到有机物之间的内在联系，还能够提升他们的逻辑思维能力和信息整合能力。概念模型的建构是一个逐步完善的过程。在初步构建阶段，学生可能会遇到一些困难和挑战，比如对某些官能团的性质不够熟悉，或者对某些反应机理理解不够深入。但正是这些困难和挑战，促使他们不断思考和探索，从而不断完善自己的认知结构。通过运用基础的有机综合练习，学生可以进一步检验和巩固自己的概念模型。例如，在“用溴乙烷生产乙二酸乙二酯”的题目中，学生需要根据题目要求，选择合适的无机化学试剂，设计出合理的反应路线流程图，并清晰地标注出反应条件和反应类型。在这个过程中，学生不仅能够加深对有机化学反应的理解，还能够锻炼自己的逻辑思维和问题解决能力。在概念模型的应用过程中，我们还注重培养学生的批判性思维和创新能力。鼓励学生利用现有的材料和信息，对概念模型进行检验和修改，揭示出自己在思维过程中的不足和盲点。通过不断的修正和完善，学生的概念模型将变得更加准确和全面。同时，我们也鼓励学生尝试从不同的角度和层面去理解和应用概念模型，培养他们的创新意识和实践能力。此外，概念模型的建构和应用还对学生的化学核心素养进行了进一步的培训和提升。在构建和应用概念模型的过程中，学生需要不断运用化学知识去分析和解决问题，这不仅能够提升他们的化学知识水平和应用能力，还能够培养他们的科学素养和创新能力。同时，通过小组合作和讨论交流等方式，学生还能够学会如何与他人合作、如何表达自己的观点和想法等社交技能，为他们的全面发展打下坚实的基础。

3.3从多角度入手评价模型合理性

对模型的评测与优化乃是增进其精准度与可信度的关键所在，借由细致的评测来完备模型，可保证模型更契合实际情形，更优地服务于教育与科研之需。在对模型进行评测时，需要从多层面加以考量，以确保评测的全面性与深度。在评判一个模型之际，应关注其各构成部分间的关联是否符合原型里的逻辑架构，此乃验证模型科学性的基石。比如，运用四个气球来模拟甲烷分子中的四个碳氢键时，务必思索这些气球间的作用力可否反映甲烷分子中电子对之间的排斥作用。尽管此种对应关系并非全然等同，但它理应能在一定程度上展现出电子对间的相对位置与互动情况。倘若模型在逻辑上存有矛盾，或者违背了原型的基本规律，那么便很难将其视作科学的代表。评测时还应斟酌模型能否精准捕捉并凸显原型的本质特性。以甲烷分子模型为例，我们需要检验该模型是否能够直观地呈现甲烷分子的四面体构造以及碳原子与四个氢原子间共价键的关联。一个达标的科学模型应当能够抓住并强调原型的核心特质，而并非仅仅停留于表面的相似。此外，评价模型还需考察其能否有效地引领实际问题的解决。模型的价值在于其应用性；若无法为实际挑战提供有效的解决办法或预测结果，那么其存在意义将会大打折扣。故而，在评测模型时，我们必须观测模型在实际问题处理中的表现，看它是否能够提供精准的预判或解释。同时，构建的模型还需适配学生的认知特性和发展层级。由于学生是模型的主要使用者，所以在设计模型时应充分考量他们的认知模式和接受程度。过于繁杂或抽象的模型或许会超出学生的理解范畴，从而限制其在教学中的应用潜力。除了上述提及的要素外，模型的简洁性亦是评价流程中的一个重要方面。作为原型的一种系统化和概括性描述，模型意在通过简化繁杂的现象来揭示事物的基本属性。因此，一个优良的模型应该在保证科学性的同时尽可能地减少不必要的信息，突出关键元素。以元素周期律“位-构-性”系统化关系模型为例，即便该模型已然符合科学的要求，我们还需进一步评测其中所包含的信息是否皆为至关重要的内容。如果模型过于冗长且包含了过多非关键因素，那么它就可能会干扰学生对元素周期律本质特征的理解与把握。因此，在构建模型时，精心拣选关键要素至关重要，以确保模型既简洁明了又易于理解。

3.4以显性语言呈现全面而立体化的科学模型

外显化的语言呈现，作为教学艺术中的一种精妙手法，犹如引导学生进行模型建构过程中的“催化剂”。借由教师的显性言语指引，学生的修习路径变得明晰可辨，规避了他们在浩渺的知识瀚海中盲目飘航，这对于高效构筑模型以及推动深层次思维拓展有着深远的意旨。以化学反应原理的授业为例，教师不但需要在理论层面阐释反应原理，还需设定具体的教学环节，运用明晰的言语指引诸如：“让我们来分析这个反应的模型，看看它具备哪些核心特性”、“接着，我们要从这些特性里提炼出能够构筑模型的核心要素”、“此刻，让我们动手将这些要素融合起来，构建一个化学反应原理的模型”，以此引领学生踊跃投身到蓝本解析、提炼以及模型构筑的每一个步骤当中，使他们在践履中学习，在探索中成长，最终构筑起科学且全面的化学反应原理模型。如此的进程不但让学生掌控了知识，更为重要的是培育了他们的解析、综合以及创新能耐。

递进式问题导引是外显化言语呈示的另一个重要谋策。其通过一连串逐步深化的问题撩拨学生的好奇之心和求知之欲，引领他们一步步趋近问题的核心，助力学生将外化的模型转化为内在稳固的认知视角与方法。在讲授二氧化硫的性质时，教师能够巧妙地设定二氧化硫“功”与“过”的情境，诱发学生思考：“二氧化硫具备何种性质，使其既能嘉惠人类又或许会给人类带来危害？”而后，引领学生依据“价-类”二维认知模型的角度出发，思考如何从化合价和物质类别这两个维度预测二氧化硫的性质，如何设计实验验证假定，观测实验现象，收集并解析数据，最终判别数据是否支持假定。这一连串递进式的问题不但助力学生形成了探究物质性质的一般思路，还自主构筑了“价-类”二维认知模型，提升了他们的逻辑思维能力和解决问题的能力。除了有效的问题导引之外，细致的阐释亦是助力学生化解认知冲突、构建正确模型的关键。在阐释进程中，教师应关注言语的精准性和生动性，确保信息精确传达的同时激发学生兴趣，引领他们主动思考。在讲解原电池时，教师不但要提出问题，还要通过明晰的言语详细阐释原电池模型与原型之间的对应关系，如电极材料的选取、电解质的特性、电流产生的机理等，助力学生理解原电池结构中各元素间的微观联系，明晰原电池的作用原理。如此的阐释不但化解了学生的认知冲突，还推动了他们对原电池模型的深入理解与应用。

4结束语

综上所述，开展高中化学的模型认知与建构教学课程，不仅对学生的化学专业逻辑思维能力和思想素养的培养具有显著的积极作用，在课堂教学中得以切实体现并产生深远的影响。这样的教学模式，不仅强化了学生的化学专业知识，更在无形中提升了他们的综合素质，为他们的未来发展奠定了坚实的基础。

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