雷范軍 王懷文 高苗蘭

摘要： 梳理國內(nèi)外文獻(xiàn)中模型的內(nèi)涵和功能，以2018年高考全國理綜I卷三道化學(xué)試題為例，從建模難度角度探討了分析問題與解決問題的初、中和高三級(jí)水平，即利用類比模型方法分析解決傳統(tǒng)的阿伏伽德羅常數(shù)問題、利用建模分析解決陌生烴的同分異構(gòu)體種數(shù)問題、利用認(rèn)知模型分析解決復(fù)雜問題的水平。同時(shí)，對(duì)普通高中化學(xué)課堂教學(xué)中實(shí)施建模教學(xué)提出若干建議。

關(guān)鍵詞： 模型分析; 高考化學(xué); 建模教學(xué)

文章編號(hào)： 10056629（2018）12008404中圖分類號(hào)： G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

模型和建模可以用來建構(gòu)知識(shí)和使用知識(shí)[1]，是化學(xué)學(xué)習(xí)中不可或缺的能力[2]。模型對(duì)學(xué)生化學(xué)知識(shí)的建構(gòu)、發(fā)展分析與解決問題的能力具有重要的作用，模型認(rèn)知是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)五個(gè)方面的思維核心。模型的內(nèi)涵是什么？具有哪些功能？如何應(yīng)用模型分析與解決難度由低到高的真實(shí)問題？這些都是2017年版課標(biāo)實(shí)施時(shí)不得不弄清楚的問題。本文以2018年高考全國理綜I卷三道化學(xué)試題為例，探討應(yīng)用模型分析與解決問題的三個(gè)水平，希望對(duì)普通高中化學(xué)建模教學(xué)和學(xué)生模型認(rèn)知素養(yǎng)的發(fā)展有所啟發(fā)。

1?利用類比模型方法分析與解決傳統(tǒng)的阿氏常數(shù)問題

模型作為一種重要的科學(xué)研究方法，是“人們?yōu)榱四撤N特定目的而對(duì)認(rèn)識(shí)對(duì)象所作的一種簡(jiǎn)化的概括性的描述”[3]。能夠成為模型的事物必須是與它要模擬的事物具有一些性質(zhì)、屬性或特征的相似性，類比模型就是這種觀點(diǎn)的突出反映[4]。只有找出事物之間的相似性，才有可能把一種事物當(dāng)成另一種事物的模型，因此門檻不高、難度不大，不妨視之為基于模型分析與解決問題的初級(jí)水平。

答案： B。

模型作為認(rèn)識(shí)事物本質(zhì)屬性和相互關(guān)系的一種科學(xué)方法，可以用來解釋物質(zhì)變化的現(xiàn)象和過程，但不是任何事物都能成為其他事物的模型。以相似性為建模的前提，明顯存在不足。其他條件（內(nèi)因、外因）相同，只改變一個(gè)變量分析與解決問題時(shí)，適用于類比模型，同時(shí)改變兩個(gè)或多個(gè)變量時(shí)就會(huì)錯(cuò)判或誤判。例如增大H2SO4的濃度，未必能加快鐵片與硫酸溶液的反應(yīng)速率，因?yàn)榱蛩嶙儩鈺r(shí)不僅外因（濃度）改變，而且內(nèi)因（置換反應(yīng)與鈍化原理不同）也會(huì)改變。

2?建模分析解決陌生有機(jī)物的同分異構(gòu)體數(shù)目問題

模型是“與真實(shí)物體、單一事件或一類事物相對(duì)應(yīng)的而且具有解釋力的試探性體系或結(jié)構(gòu)”[5]。建模是從復(fù)雜的現(xiàn)象中抽取能描繪該現(xiàn)象的元素或參數(shù)，并找出這些元素或參數(shù)之間的正確關(guān)系，建構(gòu)足以正確描述、解釋該現(xiàn)象的模型。由于其門檻更高、難度更大，可視為基于模型分析與解決問題的中級(jí)水平。

答案： C。

建模教學(xué)有助于矯正傳統(tǒng)教學(xué)方法中的許多不足，如知識(shí)的碎片化、學(xué)生的被動(dòng)性等，其優(yōu)于傳統(tǒng)教學(xué)的效果得到很多研究證實(shí)[7]。建模活動(dòng)中，學(xué)習(xí)者必須根據(jù)已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，使用所給的材料和工具探究所面對(duì)的新情境，建構(gòu)對(duì)當(dāng)前情境的理解，并將自己的這種理解以結(jié)構(gòu)化形式表達(dá)出來。建模教學(xué)需要合理組織結(jié)構(gòu)化的教學(xué)內(nèi)容，包括基于知識(shí)關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)化、認(rèn)識(shí)思路的結(jié)構(gòu)化、核心觀念的結(jié)構(gòu)化，充分認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)化對(duì)于學(xué)生發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要價(jià)值，逐步提升認(rèn)識(shí)思路的結(jié)構(gòu)化水平。

3?利用認(rèn)知模型分析與解決復(fù)雜問題

21世紀(jì)以來，有關(guān)模型表征作用的研究已經(jīng)成為模型研究的主攻方向，《美國科學(xué)教育框架》提出模型是“一個(gè)有解釋或預(yù)測(cè)能力的一個(gè)系統(tǒng)的任何表示”[8]，Driel與Valk（2007）認(rèn)為模型是“所研究的目標(biāo)事物的一種呈現(xiàn)方式”[9]。模型是對(duì)客觀事物或過程的一種表征方式，是利用證據(jù)進(jìn)行科學(xué)解釋的一種工具，它將已有知識(shí)與新的證據(jù)聯(lián)系起來，將客觀事實(shí)與人的心智活動(dòng)聯(lián)系起來[10]。認(rèn)知模型是上述觀點(diǎn)的集中反映，但建立和應(yīng)用門檻很高、難度很大，因此可視為基于模型分析與解決問題的高級(jí)水平。

例3?（2018全國Ⅰ，28節(jié)選）采用N2O5為硝化劑是一種新型的綠色硝化技術(shù)，在含能材料、醫(yī)藥等工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用?；卮鹣铝袉栴}：

（1） 1840年Devil用干燥的氯氣通過干燥的硝酸銀，得到N2O5。該反應(yīng)的氧化產(chǎn)物是一種氣體，其分子式為。

（2） F. Daniels等曾利用測(cè)壓法在剛性反應(yīng)器中研究了25℃時(shí)N2O5（g）的分解反應(yīng)：

當(dāng)學(xué)生或科學(xué)家們面對(duì)一個(gè)客觀的物質(zhì)現(xiàn)象或變化過程時(shí)，復(fù)雜的組成因素使他們難以把握其本質(zhì)和規(guī)律。通過對(duì)物質(zhì)現(xiàn)象和變化過程建構(gòu)認(rèn)知模型，抓住主要因素，忽略對(duì)象系統(tǒng)中的非本質(zhì)因素，從而將復(fù)雜的物質(zhì)現(xiàn)象和變化過程進(jìn)行抽象的概括和簡(jiǎn)化，進(jìn)而可以圖畫、圖表、計(jì)算式等具體直觀的形式進(jìn)行形象化的表征，促使學(xué)生對(duì)其本質(zhì)的深度理解和認(rèn)識(shí)。

綜上所述，模型既能理解為建構(gòu)真實(shí)對(duì)象的替代物，也能通過思維的結(jié)構(gòu)化來體現(xiàn)，還能基于一定視角表征真實(shí)世界。只有拓寬了模型的內(nèi)涵和功能，才能立足普通高中化學(xué)課堂教學(xué)的具體實(shí)踐，探索建模教學(xué)的路徑和策略，提升學(xué)生的模型認(rèn)知素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

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