核心素養(yǎng)視角下模型認(rèn)知思想的培養(yǎng)
——以初中化學(xué)“多重表征”問(wèn)題的復(fù)習(xí)為例

楊 征

（石家莊市第11中學(xué)，河北 石家莊 050000）

一、問(wèn)題的提出

在總復(fù)習(xí)階段，筆者曾就一個(gè)開(kāi)放性問(wèn)題：“由電解水反應(yīng)，你能想到哪些有關(guān)內(nèi)容？”對(duì)不同學(xué)校、不同學(xué)習(xí)水平的100名學(xué)生進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查。問(wèn)卷結(jié)果顯示，學(xué)生的學(xué)習(xí)主要存在以下兩個(gè)問(wèn)題：一是思維的無(wú)序性；二是對(duì)學(xué)科知識(shí)理解的淺表化。對(duì)以上兩個(gè)問(wèn)題的理解程度，可以反映出學(xué)生對(duì)多重表征問(wèn)題的認(rèn)識(shí)水平。同時(shí)筆者也注意到在2018年的河北省中考理綜試卷中，一道以質(zhì)量守恒定律為考查重點(diǎn)的選擇題（見(jiàn)例1），某市的得分率只有不到百分之三十。作為經(jīng)典題目，這個(gè)考查結(jié)果并不理想。以上這些狀況的出現(xiàn)，究其原因都與總復(fù)習(xí)教學(xué)多以知識(shí)復(fù)述、習(xí)題訓(xùn)練等簡(jiǎn)單的方式為主，沒(méi)有引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，缺少科學(xué)思維、方法的訓(xùn)練，疏于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)有關(guān)。

【例1】（2018河北中考）如圖1所示是某化學(xué)反應(yīng)的微觀示意圖，下列說(shuō)法正確的是

圖1

A.該反應(yīng)屬于置換反應(yīng)

B.生成物丙由2個(gè)氫原子和1個(gè)氧原子構(gòu)成

C.生成物丁中碳和氧元素的質(zhì)量比為1:2

D.參加反應(yīng)的甲和乙的分子個(gè)數(shù)比為2:7

“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”是《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中明確提出的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之一?！皬奈⒂^層次認(rèn)識(shí)物質(zhì)，以符號(hào)形式描述物質(zhì)，在不同的層面創(chuàng)造物質(zhì)”是化學(xué)學(xué)科獨(dú)有的特征，反映出多重表征的思維方式，決定著化學(xué)的研究視角，也決定著化學(xué)的教學(xué)視角。物質(zhì)的組成和構(gòu)成、性質(zhì)和變化是化學(xué)學(xué)科的重要研究對(duì)象，也是應(yīng)用多重表征思想的重要知識(shí)載體。但因其分布于九年級(jí)化學(xué)的不同單元和課題，所以呈現(xiàn)形式具有點(diǎn)狀不連續(xù)的特點(diǎn)，因此在實(shí)踐中通常作為相對(duì)獨(dú)立的內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)，這導(dǎo)致該部分內(nèi)容的復(fù)習(xí)效率低下。對(duì)于這類問(wèn)題，教師可引導(dǎo)學(xué)生從宏觀、微觀、符號(hào)以及圖形等多重表征的角度進(jìn)行分析，以構(gòu)建“多重表征”認(rèn)知模型框架，如此能夠促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的養(yǎng)成。

二、“多重表征”在化學(xué)學(xué)科中的涵義

在化學(xué)領(lǐng)域，對(duì)知識(shí)表征概念的界定，不同時(shí)期、不同研究者有不同的提法。有早年的三重表征，即“微觀表征”“宏觀表征”和“符號(hào)表征”，以及之后2009年錢(qián)揚(yáng)義教授在三重表征基礎(chǔ)上提出的“手持技術(shù)的四重表征教學(xué)”模式，即將“曲線表征”合并入三重表征而形成四重表征。在對(duì)知識(shí)表征問(wèn)題的研究中，筆者發(fā)現(xiàn)，僅就三重表征的認(rèn)識(shí)而言，以電解水反應(yīng)為例（見(jiàn)圖2），水在通電條件下生成氫氣和氧氣是宏觀表征，化學(xué)方程式（或化學(xué)式）及反應(yīng)的微觀示意圖（或分子模型圖）是符號(hào)表征，用分子、原子的概念描述電解水的過(guò)程屬于微觀表征。其中，化學(xué)方程式（或化學(xué)式）與反應(yīng)的微觀示意圖（或分子模型圖）雖然都屬于符號(hào)表征的范疇，但對(duì)于兩者的相互轉(zhuǎn)化，很多學(xué)生做不到精準(zhǔn)的對(duì)號(hào)入座。所以在本文的以下敘述中，筆者將把這兩者剝離開(kāi)，分別作為符號(hào)表征和圖形表征來(lái)分析。

圖2 電解水反應(yīng)的四種表征

三、初中化學(xué)多重表征問(wèn)題的復(fù)習(xí)策略

（一）圍繞物質(zhì)構(gòu)成的模型構(gòu)建

“宏觀辨識(shí)與微觀探析”是重要的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，對(duì)于該素養(yǎng)的考查，在基于初中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)命制的中考試題中，比較簡(jiǎn)單的呈現(xiàn)形式是以物質(zhì)構(gòu)成為核心進(jìn)行考查。比如對(duì)物質(zhì)的宏觀組成、微觀構(gòu)成粒子、模型圖和符號(hào)（化學(xué)式）等方面進(jìn)行識(shí)別和分析（如例2）。對(duì)于這類問(wèn)題的復(fù)習(xí)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建如圖4所示的認(rèn)知模型。

【例2】（2018宿遷中考節(jié)選）在宏觀、微觀和符號(hào)之間建立聯(lián)系是化學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)。圖3是某物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的微觀示意圖。

圖3

（1）丙圖中所示物質(zhì)都是由_______構(gòu)成的（選填“分子”“原子”或“離子”）。

（2）甲圖所表示的意義是_______________（用化學(xué)用語(yǔ)表示）。

圖4 圍繞物質(zhì)構(gòu)成的模型構(gòu)建（以2020年人教版教材為例）

（二）圍繞物質(zhì)性質(zhì)的模型構(gòu)建

任何物質(zhì)的宏觀性質(zhì)和表現(xiàn)都是由其微觀本質(zhì)決定的。因此在教學(xué)中，教師要培養(yǎng)學(xué)生透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)的思維習(xí)慣，而不是簡(jiǎn)單地死記硬背，這是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的有效手段。九年級(jí)的化學(xué)教學(xué)，雖然對(duì)學(xué)科知識(shí)的學(xué)習(xí)和對(duì)學(xué)科思想的滲透還不太深入，但在一些物質(zhì)物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的教學(xué)中，都不乏幫助學(xué)生樹(shù)立宏微結(jié)合思想的實(shí)例（見(jiàn)圖5）。

（三）圍繞物質(zhì)變化的模型構(gòu)建

在諸多“多重表征”問(wèn)題中，與物質(zhì)變化有關(guān)的問(wèn)題往往最能深度考查學(xué)生核心素養(yǎng)的水平。在物理變化和化學(xué)變化中，綜合性最強(qiáng)、難度最大的是對(duì)化學(xué)變化的分析。對(duì)于這類問(wèn)題的復(fù)習(xí)教學(xué)，同樣可以利用模型構(gòu)建的方法進(jìn)行突破。

1.物理變化的模型建構(gòu)。以2020年人教版教材第一單元課題1中水的沸騰實(shí)驗(yàn)（見(jiàn)圖6）為例。在新授課階段，學(xué)生對(duì)于該實(shí)驗(yàn)只有非常淺薄的認(rèn)識(shí)，即水沸騰發(fā)生了狀態(tài)改變，是物理變化。而在總復(fù)習(xí)階段，教師則不妨以該實(shí)驗(yàn)為抓手，重新拋出問(wèn)題——你對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)中的變化和現(xiàn)象有哪些認(rèn)識(shí)？這是一個(gè)開(kāi)放性問(wèn)題，能很好地考查學(xué)生的思維品質(zhì)和化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。以下是基于學(xué)科本質(zhì)對(duì)水沸騰實(shí)驗(yàn)進(jìn)行“再認(rèn)識(shí)”的思路：（1）水沸騰后狀態(tài)改變是宏觀現(xiàn)象，任何宏觀現(xiàn)象都是微觀本質(zhì)的反映。之所以將其稱之為物理變化，是因?yàn)榉肿硬蛔儭＃?）微觀不可視，但可用特定的符號(hào)和圖形來(lái)表示。然后以此為基礎(chǔ)構(gòu)建認(rèn)識(shí)物理變化的結(jié)構(gòu)模型（見(jiàn)圖7）。

圖6 水的沸騰

圖7 對(duì)水的沸騰變化“再認(rèn)識(shí)”的模型構(gòu)建

2.化學(xué)變化的模型建構(gòu)。由分子參加的化學(xué)變化，出現(xiàn)在教材中的不同單元和課題。以人教版九年級(jí)化學(xué)教材為例，其先是用分子揭示了化學(xué)變化的本質(zhì)，然后再用化學(xué)變化的本質(zhì)解釋水的電解，繼而以水分子為例，認(rèn)識(shí)化學(xué)式及其含義，之后又以氫氣和氧氣的反應(yīng)為例解釋質(zhì)量守恒定律，這種內(nèi)容安排體現(xiàn)出對(duì)問(wèn)題遞進(jìn)式逐漸深入的研究。在應(yīng)用質(zhì)量守恒定律分析化學(xué)變化問(wèn)題時(shí)，最能體現(xiàn)出多重表征思維方法的價(jià)值。因?yàn)檫@類問(wèn)題大都具有很強(qiáng)的綜合性，如果學(xué)生不具備良好的思維品質(zhì)，沒(méi)有形成科學(xué)的認(rèn)知模型，很容易感到無(wú)所適從。

2018年河北省中考理綜的這道選擇題（見(jiàn)例1），為什么會(huì)有如此多的學(xué)生出錯(cuò)呢？筆者在與學(xué)生進(jìn)行交流的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，因?yàn)閳D形、反應(yīng)類型、原子、分子、質(zhì)量、元素等諸多信息在這道題目中集中呈現(xiàn)，所以很多學(xué)生思維混亂，不能快速理清思路、找準(zhǔn)方向。因此對(duì)于這類綜合性問(wèn)題的復(fù)習(xí)，應(yīng)該從培養(yǎng)學(xué)生的素養(yǎng)出發(fā)，借助模型建構(gòu)幫助學(xué)生突破認(rèn)知瓶頸（見(jiàn)圖8）。

圖8 “化學(xué)變化微觀模型”題的思維模型構(gòu)建

化學(xué)學(xué)科不能被貼上繁雜、細(xì)散、無(wú)邏輯的標(biāo)簽，作為一門(mén)科學(xué)，化學(xué)學(xué)科中隱藏著能揭示學(xué)科思維過(guò)程性、邏輯性、演繹性的學(xué)科特質(zhì)。大道至簡(jiǎn)，只有深刻理解化學(xué)的學(xué)科本質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，才能抓住問(wèn)題的核心，找到解決問(wèn)題的科學(xué)路徑，并最終助力學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。