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1、探微模型方法在概念教学中的应用 以物质的聚集状态教学为例杭州市余杭中学 徐颖 311121摘要：模型方法作为化学学科核心素养的重要内容之一，对化学教学有着重要的教育及教学意义。本文以物质的聚集状态的教学为例，以模型的构建开展气体摩尔体积的概念教学，从模型搭建中探究和分析影响气体体积的各种因素，形成有深度的思维课堂。 关键词：模型方法 概念教学 气体摩尔体积一、引言在9月13日发布的化学学科核心素养中，“模型认知”被列为三个维度五个方面的核心素养的关键词之一。在自然科学教学中，模型方法是一种典型的科学探究和教学的途径。化学模型方法，以某种“形式”再现物质和现象的特征和本质，在已获得大量感性认识的
2、基础上，以理性化的思维方法，对化学物质和现象进行近似、形象和整体的展示，进而揭示其本质和规律。“模型”方法是化学教学中重要的工具，能帮助学生理解和掌握一些抽象的科学概念、理论和现象，又可以培养学生的实践能力、创新能力和空间想象能力，有利于学生牢固、准确的建立基本的化学观念，培养学科核心素养。本文基于科学观念、科学方法的教学设计出发，以“模型”方法为出发点，在化学概念教学设计中，打破数据、图表等抽象的教学形式，穿插比较直观的、形象的模型，使得学生透过心智的运作去形成内在的知识表征，提升空间构想、逻辑推理、类比演绎等高级思维能力，为新课程背景下的化学教学以及学生核心素养的培养提供一定的参考和借鉴。
3、二、化学“模型”方法的研究现状1.模型方法的定义模型，即通过主观意识借助实体或者虚拟形态，来表达客观阐述和结构的一种表现方法。在自然科学研究中，基于对一些科学实验或科学事实进行的观察，常利用想象、抽象、类比等方法，构建一个合适的模型来反映、替代客观对象，并通过研究这个模型来揭示客观对象的形态、特征和本质，这一过程，称之为模型方法。在化学学科中，对于物质微观形态的探析、化学原理的阐释解读等教学时，模型是开展研究和教学的常用方法。2.模型的分类模型的种类繁多，需要对其进行分类，以便我们能正确的使用。在现有苏教版化学教材中，主要呈现的是符号模型，经常用到的还有形象模型、原理模型等。模型类别例子形象模
4、型典型化学工艺流程图、化学键教学模型、气体摩尔体积教学模型符号模型元素符号、分子式、结构式、原子核外电子排布原理模型Cu-Zn原电池、电解CuCl2模型、化学平衡移动模型3. 模型方法的呈现苏教版教材中描述模型的地方共有5处，要求高中生知道、理解、初步学会和体验模型方法在化学学习中的应用，强调化学教学中应注意模型的制作和应用。页码知识主题活动与探究化学2第18页同素异形现象通过观察模型来分析金刚石、石墨、足球烯的结构特点，讨论他们之间的性质差异。化学2第20页同分异构现象用不同颜色的小球代表碳、氢原子，用塑料棒原子间形成的共价键，制作组成为C4H10的有机化合物的分子结构模型；通过观察模型，比
5、较正丁烷和异丁烷，乙醇和二甲醚之间的差异。化学2第22页不同类型的晶体利用模型来认识离子晶体，原子晶体，分子晶体之间的差异。化学263-66页石油的炼制、乙烯煤的综合利用、苯通过模型，来认识和分析乙烯，乙炔，苯的结构。选修5第19页有机物中碳原子的成键特点搭建甲烷、乙烯、乙炔的结构模型，分析这些分子的空间构型等性质。分析高中化学教材的2个必修模块和3个选修模块，都有大量模型方面的插图或文字，为学生认识模型方法对化学研究的作用提供了较好的学习平台，但这一部分仅限于物质结构方面的知识模块，在化学教学的其他模块中未有典型案例。4.化学模型在教学中的应用 利用具体物质模型，降低概念和理论教学难度，培养
6、学生的思维能力； 利用理论或数据建构虚拟模型，对学生思维、方法意识要求比较高，但能给学生体验科学研究的空间，有助于发散思维和创造性思维的培养。三、基于“模型”方法的化学教学实践案例物质的聚集状态本案例选在苏教版化学1专题一第一单元物质的聚集状态。充分挖掘了叫教材中隐含的“模型”方法内容，通过建立“气体模型”，解释了气体分子与固体液体分子之间的差异，解释了气体摩尔体积这一概念，既凸现了科学方法的教学，又使学生对气体摩尔体积有了更深的认识，以下是本节课的教学设计部分：【教材学情分析】物质的量是化学学科中，对物质研究进行宏观辨识和微观探析的“桥梁”，上一节内容讲述了“宏观”的桥头质量，本节课是桥的另
7、一头物质的聚集状态，重点让学生理解并掌握，外界条件影响下，气体的摩尔体积。从知识角度，基于摩尔质量的学习，学生对“物质的量”的桥梁作用有一定的体会和认识；在能力方面，高一学生所具有的迁移类比能力、分析探究能力已初步形成。对本节课开展模型方法的教学奠定了一定的基础。本节课的重点是探讨物质的量与气体体积之间的关系，通过理解影响气体体积的诸多因素，从而接受气体摩尔体积这个新概念，并学会简单的计算，是对物质的量内容的进一步衍生和拓展。物质聚集状态的学习对学生建立高中化学概念的知识网络有着不可或缺的重要性。与此同时，在物质的聚集状态教学过程中，正确应用“模型”方法，化抽象为具体的教学手段可以营造出良好的
8、学习氛围，使学生在实践中学会应用，在能力上提升，在活动过程中体验科学研究的乐趣，提高学生参与科学研究的热情。【教学设计】教学环节教师活动学生活动设计意图课题引入课堂演示电解水的实验观察实验。思考实验演示的意义。学生观察能力培养环节一（核心问题一）引导学生，通过对比，提出核心问题一：相同物质的量的 H2O与H2体积不同的原因。 计算1.8mLH2O的质量，物质的量；H2的物质的量； O2的物质的量。观察相同物质的量的H2O和 H2体积。交流与讨论可能的原因，猜想一：微粒的大小；猜想二：微粒间的距离通过学生对不同状态物质体积的对比，引导学生深入思考、发现问题。引导学生通过实验验证提出的问题，建立“
9、模型”帮助学生化抽象为具体，能够更好的理解。 提出实验方案；通过微粒大小的“模型”实验方案，8个乒乓球聚在一起的体积和8颗黄豆聚在一起的体积差距，进一步提出问题，两者的体积差距与我们在实验中所观察到的相同体积的水和氢气的体积差距不符。进一步实验，8个乒乓球紧密聚集在一起的体积和8个乒乓球以比较大的间距聚集在一起的体积之间的差异，微粒间的距离是影响气体的体积的主要原因。引导学生小组合作交流，自主思考、探索讨论，并在对比实验发现问题所在。引导学生归纳总结通过直观、形象的“模型”实验对比分析微粒间的距离是影响气体体积的主要因素。提升学生归纳总结能力环节二（核心问题二）引导学生观察实验，提出核心问题二
10、：在该实验中O2和H2体积之间存在什么关系？并在分析之后得出结论通过观察发现氢气和氧气的体积之比为2:1。根据方程式计算得出氢气和氧气的物质的量之比也为2:1。构建虚拟模型，分散排列且距离近似的20个乒乓球与10个乒乓球，比较所占用的空间大小。借助实验，提升学生分析问题，归纳总结能力。环节三（核心问题三）进一步发问：这里的相同条件指的是什么？引导学生更加完整去理解核心问题二的结论。引入气体摩尔体积的概念。交流与讨论后得出结论针筒实验，针筒内充满50毫升的气体，用热水给针筒加热，发现针筒活塞的位置发生移动，体积明显变大；对针筒进行压缩，体积明显减小。模型搭建：分散排列且距离近似的8个乒乓球与距离
11、对半的8个乒乓球，比较体积大小，且从微观角度分析，该距离的影响因素是什么？得出结论：温度和压强对气体微粒间距离的影响。引导学生小组合作交流，自主思考、寻求简单可行的实验方案。环节四（理论分析）引导学生通过计算得出1mol固体、液体、气体不同的本质原因。填写课本11页交流与讨论，通过计算，得出1mol气体、固体、液体的体积，并分析原因。最后得出结论将课堂中的一系列实验探究的结果与课本中的理论数据尽心对比概念辨析帮助学生理清概念加强对气体摩尔体积概念的理解巩固整理归纳帮助学生梳理物质的量与微粒数、质量、气体体积之间的关系整理、归纳 、将气体摩尔体积概念与之前学过的质量、物质的量、微粒数串联起来。巩
12、固习题巩固帮助学生巩固知识思考，分析巩固四、教学反思与展望1.将影响物质体积的诸因素有效地归纳整合于同一问题情境本课题的教学设计从水的电解出发，在液态水、气态氧气、氢气共存的体系中，触发核心问题：探究液态水与氢气的体积不同的原因、探究氢气与氧气体积不同的原因，从而得出影响气体体积的主要因素，进而用针筒实验探究了影响气体体积的其他因素，整个教学设计过程能和谐过度、有序连贯。2.以模型探究触发了课堂深度思维课题中，以8个乒乓球聚在一起的体积和8颗黄豆聚在一起的模型搭建，形象展示了微粒大小对固、液态物质体积的影响。以8个乒乓球紧密聚集堆积和8个乒乓球分散堆积，形象地展示了微粒间距离对体积的影响，构建
13、了气体体积的特点。以分散排列且距离近似的16个乒乓球与8个乒乓球的虚拟模型的构思，展示出微粒个数对气体体积的影响。以分散排列且距离近似的8个乒乓球与距离对半的8个乒乓球的模型搭建，展示间距对体积的影响因素，并从微观角度分析影响间距的因素。这些模型的演绎，有效地引发了学生对物质各种状态的聚集情况，从微观探究的角度，认识其影响因素，思维有深度有效度。3. 依托模型，解决了概念教学中抽象思维的形象化化学学科中的许多概念通常是抽象化的。如气体摩尔体积这一概念，学生通过数据计算、形象比喻、实物对照等方法理解气体摩尔体积时，能学会简单的判断和运算，但难以形成形象化理解，难以从微观角度进行本质性解读。通过模型的探究，将微观粒子实体化，将微粒的个体大小、数量、间距等抽象性状直观化，有效帮助了学生对概念的理解，学习水平层级得到了显著提高。参考文献1 姬君, 基于“模型”方法的化学教学设计研究，【D】天津师范大学，20102 王彤等，化学教学中的模型方法及其应用，化学教育，【J】2001.10，P19P203 许辛安，例析高中化学教材中理论定律内容的分析，试题与研究，【J】2012.11，P53P534 胡丹，高中化学理论课教学模式的构建与实践，【D】南京师范大学，20125
