一、尊重学生的主体地位,使其主动建构化学模型
在高中化学核心素养的指导下,学生才是课堂教学活动的主角,这就要求教师在课堂教学中,要重视学生的自主学习,而不是灌输式地教学。例如,教师可以在课前明确本节课的教学目标,提前发给学生学案,让学生在自主预习的基础上,完成导学案上的内容。教师通过批改学生的学案,发现其在新课的预习中存在的问题。同时教师应鼓励学生通过课前预习发现问题,明确自己的问题所在,带着疑问去学习,提升课堂效率。此外,教师还可以在课堂上进行分组教学,学生在组内合作交流,发挥学习的主观能动性。
二、创设问题情境
化学建模教学的顺利开展需要借助一定的问题情境。教师在设计问题情境时需要综合考虑学生的认知水平和接受能力,并且问题情境要尽可能地接近学生的真实生活。在学习“物质分类与物质性质”这节课时,教师首先让学生思考从超市买来的牛奶、蛋糕、毛巾、牙刷、铅笔、勺子、锅等物品要存放在家里的什么位置,目的是让学生先建立起分类的观念。学生对这个问题非常感兴趣,很快就将这些物品按照用途,依次分为食品类、洗漱用品类、学习用品类、厨房用品类。教师适时提问,引发学生的深度思考:你依据什么原理对物品进行分类?学生组内交流研讨后,得出结论:分类的目的(方便取用物品)决定了分类的标准(物品的用途),最终决定了分类的结果。学生通过解决情境下的问题,充分理解分类法的意义,为后面用分类法学习元素与化合物打下良好的基础。
三、借助生活中的事物或者现代化的多媒体教学设备
当研究对象是工业生产、生活中的实际模型,以及已知结构的物质模型时,模型教学偏重于教学的制作、展示和观察。例如,在进行“丙烷二氯代物的同分异构体”教学时,借助教学用的球棍展示出丙烷的两种二氯代物,并帮助学生深刻地理解:同一个碳上的氢是等效的,对称结构的氢是等效的。当然,也可以借助橡皮泥或者牙签等一些生活中常见的小物品来完成以上简单的有机模型。模型的制作,既让学生掌握了知识,又发展了学生的空间思维能力,培养了他们的团队合作能力。当描述对象是抽象的理论模型、思维模型等,模型教学主要从现象或问题中提取关键要素,利用类比、抽象、归纳等思维方式及合适的表征方法构建动画或流程图、结构图。比如在理解物质存在溶解平衡这个抽象概念时,可以制作蔗糖溶于水的微动画,在动画中展示单位时间内蔗糖分子溶解的数目等于析出的数目,将微观抽象的原理可视化,使其直观简洁易懂。教学过程中,教师用多媒体将模型展示给学生,让学生可以体验、思考、再创新。
四、注重理论知识联系实际生活
建模教学能促进学生科学态度、社会责任、科学探究、宏观辨识与微观探析等多方面的核心素养养成。因此,教师应注重结合实际生活构建化学建模,为学生的思维锻炼提供平台。展示干电池的刨面图,组织学生运用双液电池模型,分析其中的工作原理,推而广之,理解生活中一次性电池的工作原理。
五、针对不同课型修订建模教学的环节
对于新授课教学,模型主要是使抽象的概念可视化,降低教学的难度,激发学生的学习兴趣。对于复习课教学,主要是借助思维导图将整个部分的内容展示出来。思维导图的建立可以是课前学生完成,课中进行完善,也可以是课堂上师生共同完成,目的都是借助其中的逻辑关系梳理此部分的教学要点,整理、归纳、概括知识点。对于习题课教学,主要是通过解答例题,运用流程图归纳一类题目的解题思路,使得解题过程可视化、清晰化,建立解题的程序。例如,在处理工艺流程题中,可以运用流程图将工艺流程分为三个部分:原材料的预处理(考察温度、浓度等因素对反应速率和溶浸率的影响)、主反应阶段(考察物质的性质、化学除杂、KSP计算等)、产品的收集(考察过滤、结晶、分液等基本操作)。以此构建解决工艺流程题的基本模型,让学生在日后处理问题时得心应手。
六、建模教学要促进学生核心素养的发展
建模教学能让学生形成模型分析和运用能力,促进其系统化知识体系的形成,从科学态度、社会责任、科学探究、宏观辨识与微观探析等多角度,助力学生核心素养的养成。例如,运用建模教学,探究二氧化硫的化学性质,多处渗透和体现化学学科核心素养。首先,在课堂引入阶段,通过“烟气中含有SO2,如果直接排放会污染环境,引发酸雨,要如何去除烟气中的SO2?”引入本节课。渗透环保意识的同时,勉励学生热爱科学,突出培养其“科学态度与社会责任”。其次,在模型建立阶段,引导学生依据物质中的元素组成特点,分析SO2属于哪一类的氧化物。通过小组合作交流与研讨分析,明确解题思路:二氧化硫中含有硫元素,属于非金属氧化物,多数非金属氧化物属于酸性氧化物。依据酸性氧化物的特征,预测其可能的化学性质———能够与碱反应生成盐和水,与碱性氧化物反应生成盐。学生运用分类法,类比与迁移,将不熟悉的物质(SO2)归为熟悉的物质类别,预测出物质的化学性质。最后,在模型评估阶段,学生设计实验,验证SO2的化学性质,发现结果与预测相吻合,在此基础上,构建基于物质类别来研究物质性质的一般模型。学生在小组合作实验交流过程中,既培养了对实验探究活动的好奇心和兴趣,养成了严谨求实的科学精神,增强了合作探究意识。
又如,在研究原电池的工作原理时,突出体现从宏观和微观相结合的视角分析解决实际问题的能力。电池中电子的得失和转移属于微观视角,从宏观视角,我们只能观测到气体的生成、固体的析出或溶解等现象。对于理解能力较差的学生,很难将宏观世界的物质变化,与微观世界中的电子得失联系起来,感觉原电池像是个“黑匣子”,看不见,理解不透。动画模拟原电池(以金属铜、锌与稀硫酸构成的原电池为例)中的电子转移和离子定向移动过程,学生可以清晰观察到原电池中的电子转移情况:金属锌作为负极,失去电子,电子经过导线传递给铜电极,氢离子定向移动来到铜电极,在铜电极表面得电子,生成氢气。学生从而深入理解:锌的溶解是锌原子失去电子过程,氢气的形成是氢离子得电子过程,将原本不透明的黑匣子可视化。建模教学是发展学生核心素养的重要途径,培养其从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题的能力。
结语
首先,建模教学在化学教学中的优势不言而喻,但不能夸大了建模教学的优点,将建模教学应用在所有的知识章节中,生搬硬套。课堂的主体是学生,有助于发展学生核心素养的建模教学才是适合的。其次,建立的模型并不是一成不变的,当教学情境发生改变的时候,建模的内容也要适当修正。最后,建模教学只是教学的辅助手段,不是教学的全部。
参考文献
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