基于“模型認(rèn)知”能力培養(yǎng)的初中化學(xué)教學(xué)研究

基于“模型認(rèn)知”能力培養(yǎng)的初中化學(xué)教學(xué)研究著名物理學(xué)家錢學(xué)森曾說：“模型是通過我們對(duì)問題的分析，利用我們考察來的機(jī)理，吸收一切主要因素，略去一些非主要因素所創(chuàng)造出來的一幅畫?！痹诮虒W(xué)中我們要幫助學(xué)生應(yīng)用模型解決問題，對(duì)化學(xué)事實(shí)進(jìn)行形象地描述，進(jìn)而揭示起本質(zhì)和規(guī)律的認(rèn)知方式。模型認(rèn)知是科學(xué)思維的重要方法，其基本內(nèi)涵是:通過分析、推理等方法認(rèn)識(shí)研究對(duì)象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系，初步建立物質(zhì)及其變化的相關(guān)模型、并能運(yùn)用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象，揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律;能根據(jù)物質(zhì)的類別和信息提示預(yù)測(cè)其性質(zhì)，并能解釋一些簡(jiǎn)單的化學(xué)問題，體會(huì)系統(tǒng)思維的意義，培養(yǎng)學(xué)生模型認(rèn)知的學(xué)科素養(yǎng)。1.運(yùn)用圖示模型，理解離子的形成過程在離子形成過程的教學(xué)中，可以從盧瑟福原子結(jié)構(gòu)相關(guān)知識(shí)開始，適當(dāng)介紹原子核外電子排布，介紹科學(xué)家的猜想、核外電子的運(yùn)動(dòng)情況、科學(xué)家研究手段和方法，展示核外電子分層排布的原子結(jié)構(gòu)模型，并簡(jiǎn)化為原子結(jié)構(gòu)示意圖，重點(diǎn)分析1~18號(hào)元素的原子核外電子排布特點(diǎn)，然后介紹原子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論。如圖所示，展示鈉原子和氯原子核外電子分層排布的原子結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)而介紹鈉原子和氯原子的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。于是在化學(xué)變化中，這些電中性的原子經(jīng)常因得到或者失去電子而成為帶電的微粒--離子(陽離子、陰離子)，再配上鈉原子和氯原子“甩掉(失去)”“捕捉(得到)”電子的形象動(dòng)畫，演示帶有相反電性的鈉離子和氯離子之間相互作用，構(gòu)成了氯化鈉，從而將復(fù)雜的核外電子分層運(yùn)動(dòng)的理論和離子的形成“可視化”。學(xué)生不僅解到科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，而且領(lǐng)悟了科學(xué)家提出問題、實(shí)驗(yàn)分析、建立模型解釋現(xiàn)象的邏輯思維，在潛移默化中培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和推理能力。2.運(yùn)用動(dòng)畫模型，理解氯化鈉的溶解過程在第九單元溶液的的形成教學(xué)過程中，將氯化鈉固體放入一定量的水中，學(xué)生觀察現(xiàn)象，并準(zhǔn)確描述現(xiàn)象。氯化鈉溶解于水，得到氯化鈉無色溶液。提出問題：氯化鈉固體溶解在水中，我們卻看不見，這是為什么？教師提供支架：展示氯化鈉固體溶解的動(dòng)畫模型。學(xué)生通過觀看微觀模型，從微觀的角度理解氯化鈉溶解的過程。氯化鈉固體在水分子的作用下，以鈉離子和氯離子的形式存在，水溶液中含有許多自由移動(dòng)的鈉離子和氯離子，這里的教學(xué)是為了第十單元常見的酸中導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)埋下伏筆。因此，為了幫助學(xué)生理解溶解過程，教師可以用動(dòng)畫模型演示:在水分子的作用下，氯化鈉中的鈉離子和氯子分別離開晶體表面進(jìn)入水中，形成自由移動(dòng)的鈉離子和由移動(dòng)的氯離子。動(dòng)畫模型或圖示模型是示氯化鈉溶解過程本質(zhì)的重要手段，可以將實(shí)驗(yàn)、觀察與宏觀現(xiàn)象也解決不了的問題形象化，讓學(xué)生思路更加清晰，讓學(xué)生更加理解固體物質(zhì)溶解的微觀本質(zhì)，逐漸形成初中比較重要的微粒觀。3.運(yùn)用微觀模型，理解化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)初中生學(xué)習(xí)化學(xué)的難點(diǎn)在于不能透過宏觀表象聯(lián)系到微觀實(shí)質(zhì)，教學(xué)中訓(xùn)練學(xué)生養(yǎng)成從現(xiàn)象看本質(zhì)的思維習(xí)慣，學(xué)生不僅知道為什么學(xué)化學(xué)，以及化學(xué)的特征，更要追問化學(xué)的本原，化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是什么?；瘜W(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是分子、原子或離子微觀粒子相互作用、相互轉(zhuǎn)化的過程。特別是學(xué)習(xí)復(fù)分解反應(yīng)的時(shí)候，若只從宏觀角度講解復(fù)分解反應(yīng)發(fā)生的條件，學(xué)生可能會(huì)死記硬背，不能理解復(fù)分解反應(yīng)為什么要滿足這些條件。如果從微觀角度來幫助學(xué)生理解化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)，就可以化繁為簡(jiǎn)的效果，還可以為高中學(xué)習(xí)離子反應(yīng)奠定了基礎(chǔ)。以氯化鈉與硝酸銀反應(yīng)為例，學(xué)生演示實(shí)驗(yàn)，觀察到有白色沉淀產(chǎn)生。這個(gè)反應(yīng)能發(fā)生是因?yàn)樯闪顺恋?。這只是停留在宏觀的認(rèn)識(shí)，要理解復(fù)分解反應(yīng)發(fā)生的條件還要追溯到微觀本質(zhì)。引導(dǎo)學(xué)生回憶酸堿鹽溶液具有導(dǎo)電性的原因是溶液中具有自由移動(dòng)的離子。展示微觀示意圖模型，如上圖。從微觀角度分析化學(xué)反應(yīng)前后溶液中微觀粒子的變化：化學(xué)反應(yīng)前的主要離子有鈉離子、氯離子、銀離子、硝酸根離子，化學(xué)反應(yīng)后的主要離子有鈉離子、硝酸根離子，通過對(duì)比化學(xué)反應(yīng)前后溶液中的微觀粒子，引導(dǎo)學(xué)生找到變化的離子：氯離子和銀離子，并追問這些離子變化的原因，學(xué)生不難看出了氯離子和銀離子的種類和數(shù)目發(fā)生變化，生成了氯化銀，從而得出氯離子和銀離子結(jié)合為氯化銀。氯化鈉和硝酸銀反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是氯離子和銀離子生成了氯化銀。以此類推，分析氫氧化鈉和稀鹽酸反應(yīng)的實(shí)質(zhì)、碳酸鈉與稀鹽酸反應(yīng)的實(shí)質(zhì)等微觀分析。通過微觀分析，幫助學(xué)生理解復(fù)分解反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是離子之間的相互作用，朝著自由移動(dòng)離子