第二节　重要的体内能源——油脂板书设计及设计说明

摘要：《高中化学课程标准（征求意见稿）》中学科核心素养部分的“模型认知”是指“基于模型的认知”，其中的模型包括实物模型和非实物的形式模型两大类，形式模型又包括数学模型、图像模型和语义模型等情况；模型的建构有根据原型进行建模、针对问题解决建模和从理论出发建模等路径。化学教学要引领学生模型认知，应该帮助学生树立模型意识，体会模型价值，并指导他们用适合自己的方式进行模型表达，以促进学生逐渐将模型认知固化为自己学习的一种重要方式。

关键词：化学教学；学科核心素养；模型认知；模型建构

文章编号：1005–6629（2017）9–0019–05 中图分类号：G633.8 文献标识码：B 2016年9月，随着“中国学生发展核心素养”的正式发布，教育部印发了高中各科课程标准的征求意见稿。《高中化学课程标准（征求意见稿）》将化学学科核心素养划分为“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学精神与社会责任”等5个维度，相对而言，其中的“证据推理与模型认知”对广大中学化学教师有一定的陌生度。本文拟在厘清“证据推理与模型认知”涵义的基础上，探寻高中化学教学中常见的认知模型及其建构路径，并就高中化学教学中引领学生模型认知的主要策略给出相应的建议。

1 “证据推理与模型认知”的涵义

1.1 “证据推理”和“模型认知”的涵义

高中化学学科核心素养中的“证据推理与模型认知”包括“证据推理”和“模型认知”两个词组。由于《辞海》中没有与“证据推理”或“模型认知”完全一致的词条，所以，本文首先借助“证据推理”和“模型认知”在“中国知网”收录的有关文献中的语境或对应的阐释来理解它们。

“证据推理（”evidential reasoning）在学界是固定的专用名词，指由Dempster（登姆普斯特）在1967年提出，后经他的学生Shafer（谢弗）进一步发展完善起来的一种不确定推理理论。又称登姆普斯特-谢弗推理（Dempster-Shafer reasoning）方法，简称D-S推理。“证据推理”理论“可以不需要先验知识，并能区分不知道与不确定，因而对问题的描述更加灵活准确，是一种良好的不确定性推理方法，已在目标识别、故障诊断与模式识别等领域得到了广泛应用”[1]。百

度百科中有“证据推理”的词条，相应的解释是“对从不同性质的数据源中提取的证据，利用正交求和方法综合证据，通过证据的积累缩小集合，从而获得问题的解”。

“模型认知”在少数的文献标题中偶有出现，如“脑外伤动物模型认知障碍评价方法研究进展”，该标题好像可以理解为“脑外伤动物/模型认知/障碍/评价方法研究进展”，其实是“脑外伤动物模型/认知障碍/评价方法研究进展”。因为其摘要指出，“认知障碍是脑外伤常见的后遗症之一。脑外伤动物模型目前广泛应用于基础和药物研究中，也出现了多种评价该模型的认知障碍的方法”[2]。该文综述近年来不同研究者对脑外伤动物模型认知障碍的行为学评价方法。再如“基于大型电子词典与语料库的文化词汇模型认知对比研究”，本意是“基于/大型电子词典/与/语料库的文化词汇模型/认知对比研究”[3]。所以，文献中的“模型认知”不像“证据推理”那样属于专用词组，或者说，以“模型认知”的形式出现时，其涵义是指基于某种“模型”的“认知”。

化学是一门以实验为基础的自然科学，其理论体系是在科学家对无数事实材料概括的基础上，进行严密的逻辑推理而形成的。在化学学科背景中理解“证据推理与模型认知”，其中的“证据推理”不应该是学界专用名词所对应的“不确定推理理论”，而应该是与学科属性相对应的“基于证据的推理”；“模型认知”则与有关文献中基于“模型”的“认知”基本一致。这时再看《高中化学课程标准（征求意见稿）》对“证据推理与模型认知”的释义，“具有证据意识，能基于证据对物质组成、结构及其变化提出可能的假设，通过分析推理加以证实或证伪；建立观点、结论和证据之间的逻辑关系；知道可以通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系，建立模型。能运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律”，就更能体会到“证据推理与模型认知”作为化学学科核心素养组成维度的独特意义。换言之，如果今后有关辞海或百度百科等收录“证据推理”的词条，应该在“不確定推理理论”基础上增加“基于证据的推理”的义项。

1.2 “证据推理”与“模型认知”的关系

当把“证据推理与模型认知”中的“证据推理”和“模型认知”，分别理解为“基于证据的推理”和“基于模型的认知”时，这样就有了“证据”“推理”“模型”“认知”4个独立的词。按照人们的一般理解，“证据”是能够证明某事物真实性的有关事实或材料，“推理”是思维的一种基本形式，是指由一个或几个已知判断（前提）推出新

判断（结论）的过程。与“证据推理”或“基于证据的推理”对应的学科素养，就表现为依据有关事实或材料推出新的判断或结论，从而实现问题解决或获得新的知识。如根据钠与水反应时“浮、熔、游、响、红”等实验现象和已有知识进行有关推理，对钠的密度、熔点等物理性质，钠与水反应时的速率、产物以及能量变化形成相应的判断，获得钠的有关知识。“模型”有多重释义，与“原型”相对，是研究对象的替代物；或者是根据实物、设计图或设想，按比例、生态或其他特征制成的与实物相似的物体；等等。“认知”是指人类认识客观事物、获得知识的活动，包括知觉、记忆、学习、言语、思维和问题解决等过程。与“模型认知”或“基于模型的认知”对应的学科素养，可以表现为通过观察分子或晶胞等结构模型直观形象地认识有关物质的组成和结构，也可以表现为《高中化学课程标准（征求意见稿）》所描述的那样，“运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律”。如用电子云的模型理解原子核外电子的运动规律或解释原子之间的成键方式，根据有效碰撞与活化分子模型理解影响化学反应速率的因素并能选择适宜的条件控制化学反应发生的速率。

在“基于模型的认知”的语境中，“模型”还可以看作是“认知模型”的简称。也就是说，“模型认知”可以理解为按照某种“认知模型”进行认知。“认知模型”这一个术语起源于计算机科学领域，在计算机科学领域是指“人类认知过程的计算机模型”，在认知心理学中则被用来简化描述人的认知过程。自然科学的根本任务是揭示自然界发生的现象以及自然现象发生过程的实质，从而把握这些现象或过程的规律性。显然，在发现自然现象背后规律的过程中，离不开“证据推理”或“基于证据的推理”的认知途径，“证据推理”或“基于证据的推理”属于自然科学的学科属性。从这个角度看，“证据推理”或“基于证据的推理”是一种典型的认知心理学层面的认知模型。所以，化学学习中的“证据推理”可以看作是按照“基于证据的推理”认知模型进行的认知过程。用这样的思路考察“证据推理”与“模型认知”的关系，“证据推理”从属于“模型认知”，“模型认知”包含了“证据推理”[4]。

2 化学学习活动中常见的认知模型及其建构

2.1 模型及其分类

从计算机科学领域看，要实现人类认知过程的计算机模拟，必须“加强对学习认知过程的研究，以建立更符合实际的学习认知模型”。早在1999年，就有学

者根据学习对象与学习者之间关系的不同，将学习划分为“单向式、双向式与理想实验式”三大类认知类型，并给出了相应的学习认知模型[5]。近年来，随着人工智能技术和脑科学研究的不断发展，关于计算机模拟问题解决等认知过程的研究受到了广泛关注。有学者在分析已有数学问题解决模型的基础上，结合儿童的心理特点，根据认知心理学、脑科学、认知神经科学等领域的研究成果，构建了小学数学问题解决的认知模型。该认知模型中的问题解决是一个由问题开始，经过对象感知、短时记忆、工作记忆，以及从解题策略到产生式规则，再到操作、反思、知识巩固、自动化的信息流程；还可以简化为视觉模块、产生式模块、提取模块、目标模块、问题状态或问题空间模块和输出模块等六个模块，而且“问题解决过程并非依次经历所有模块，模块之间的信息流动是非线性的”[6]。与计算机科学领域的有关学习认知模型或问题解决认知模型的研究成果相对照，化学教学中“基于模型的认知”对应的“认知模型”是指认知心理学层面的认知过程。

虽然“模型”与“模式”的语义相近，但査有梁先生偏好“模式”[7]。因为“模型”经常被狭义地理解为实物模型；而“模式”中的“模”包括实物模型的意义，“式”包括形式、式样的意义。所以，“模式”兼容了实物和形式两大类，既包含实物模型，又包含非实物的形式模型。査有梁还给了“模式”一个百科全书式的定性叙述：“模式是一种重要的科学操作与科学思维的方法。它是为解决特定的问题，在一定的抽象、简化、假设条件下，再现原型客体的某种本质特性；它是作为中介，从而更好地认识和改造原型、建构新型客体的一种科学方法。从实践出发，经概括、归纳、综合，可以提出各种模式，模式一经被证实，即有可能形成理论；也可以从理论出发，经类比、演绎、分析，提出各种模式，从而促进实践发展。模式是客观实物的相似模拟（实物模式）、是真实世界的抽象描写（数学模式）、是思想观念的形象显示（图像模式和语义模式）”。

本文在按照《高中化学课程标准（征求意见稿）》的指向，探讨如何提高学生“模型认知”素养的过程中，将“模型”与“模式”看作是全同关系的概念，也就是完全按照査有梁对“模式”的定性叙述来理解“模型”，这样对“模型”可以形成两点认识。第一，“模型”是“一种重要的科学操作与科学思维的方法”。“基于模型的认知”就是按照“科学操作与科学思维”进行认知，属于“科学思维”的范畴，这样，“科学思维”、“模型认知”或“基于模型的认知”、“证据推理”或“基于证据的推理”三者之间

构成了概念阶梯关系，依次是前者包含后者，或后者从属于前者。第二，“模型”包括实物模型和非实物的形式模型两类，形式模型又包括数学模型、图像模型和语义模型等情况。与之相对应，中学化学学习活动中常见的认知“模型”及其相互关系如图1所示。

其中，实物模型与实物相对应，主要有比例模型和球棍模型等情况，比例模型又有按原系统缩小（如工业制硫酸工艺模型）和放大（如分子或晶胞结构模型）的两种情况。形式模型与形式相对应，数学模型是用公式或方程等数学语言描述的模型，如平衡常数表达式、化学反应速率方程；图像模型是用二维或三维坐标系中的数学图像描述的模型，如反应速率与时间的关系曲线、电子云重叠形成σ键或π键的示意图；语义模型是用词语描述的模型，像教科书中用文字表达的阿伏伽德罗定律、元素周期律、盖斯定律等概念、原理、规律都属于语义模型。由于化学学科具有对物质进行宏观、微观和符号三重表征的特点，这一学科特性决定了语义模型还包括用含有特定意义的化学语言描述的模型，如元素符号、原子符号、原子结构示意图、化学式、有机化合物的通式、化学反应方程式等等。

另外，同一事物有时还可以用不同的模型进行表达。如表征晶胞结构可以用实物模型，也可以用数学模型范畴的晶胞参数。由于“一种科学只有在成功地运用数学时，才算达到了真正完善的地步”，所以，数学模型是对真实世界或实物抽象程度最高的模型，数学模型的运用是学科发展的重要标志。考虑到中学生的数学基础和抽象逻辑思维水平的实际，中学化学教科书就回避了某些数学模型，如呈现晶胞的结构用实物模型而不用晶胞參数，描述原子核外电子的运动状态用电子云图像模型而不用薛定谔方程（Schr？dinger equation），关于化学反应速率的影响因素用语义模型而不用反应速率方程式或阿伦尼乌斯公式（Arrhenius equation）。

2.2 建模的主要路径

建模就是建构模型。近年来建模在化学教学中已经有了一定程度的运用，但是还没有对建模的途径形成系统的认识。査有梁在论教育建模时认为，建模可以有根据原型进行建模、针对问题解决建模和从理论出发建模等几条路径。化学学习活动中依循的常见模型，其建构路径也包括对应的几种情况。

3 化学教学中引领学生模型认知的主要策略

3.1 帮助学生树立模型意识

通过上文对模型分类及其构建途径的分析可以发现，化学学习始终离不开模型，能否熟练地建立或运用模型直接影响着学习的效率，只是有些时候学习者并没有意识到自己在学习中运用了模型而已。所以，化学教学要引领学生进行模型认知，首先要帮助学生树立模型意识。模型认知从属于科学思维。关于思维教学，邢红军教授采用“学科知识-学科方法-思维方法”的研究路径，建构了由分析、综合、抽象、概括、比较、判断、假设、推理、直觉、想象10个内容，深刻性、独创性、批判性、灵活性、敏捷性5个品质，以及学科知识、学科方法、思维方法3个产品所组成的“思维教学三维模型”，提出了“方法理解”的思维教学实践取向，并设计了“思维方法-学科方法-学科知识”的教学路径[10]。其中的“思维教学三维模型”对各科教学都具有直接的指导作用，化学教学要借鉴“方法理解”的实践取向，把学科知识、学科方法和思维方法融合在一起，让学生在方法的引领下解决问题和获取知识，在习得知识的同时掌握相应的学科方法和思维方法。同时，教师在进行教学设计时要胸中有“模”，要为有关的学科方法和思维方法选择适当的模型，引导学生通过建模来解决问题和获取知识，而且要为建模环节预留充足的时间，并用一定的方法显化相应的模型。这样经过一段时间的训练，学生就能体会到模型在学习活动中的应用价值，从而逐渐树立起模型意识，并将模型认知固化为自己学习的一种重要方式。

摘要：“模型认知”其含义是指“基于模型的认知”。一方面是借助实物模型来认知，另一方面是构建理论模型而使认识对象的本质更加清晰明见。“证据推理与模型认知”是化学学科核心素养的重要内容，怎么理解模型认知、如何划分模型认知素养的水平与维度，是每位高中化学教师必须面对的问题。

关键词：模型认知；维度；建构

《普通高中化学课程标准(2017年版)》将“证据推理与模型认知”纳入化学学科核心素养，那么怎么理解模型认知、如何划分模型认知素养的水平与维度，是每位高中化学教师必须面对的问题。

一、模型的特征与分类

（一）模型的特征

模型一词源于拉丁文Modulus，意思是尺度、样本、标准。模型本身是意识（思维）活动的产物，比较复杂，可以用以下的特征来接近它。第一、模型是一种形式，是思维建构出的形式化，例如原子结构示意图，氯化钠晶胞模型等。第二、模型是一种结构化表征。第三、模型是简化的结构。第四、模型是一种“隐喻”，当我们说不清本体，就找一个能说清的“喻体”来描绘本体，本体和喻体之间建立直接的联系，喻体可以帮助我们理解本体。例如：有机分子的球棍模型，棍代表共价键，棍并不真实存在，借此比喻原子间作用力。

若某事物能随着概念的改变而改变，则该外在的事物就是内隐概念的模型。模型的两个本质特征是“构成”与“表现”。“构成”是指系统内部各构成要素及要素之间的关系；“表现”是将这种构成以平面的、立体的或活动的形式外化表达出来。模型能够沟通科学现象与其本质，以简单、清晰的形象或意象表达直观、明确的含义，作为

接近原型的重要手段，因而被化学物质结构研究广泛应用。要将概念的本质进行直观的表达，往往需要借助模型。

（二）模型的分类

模型一般可分为实物模型和理论模型。理论模型重在表达系统内各构成要素及要素之间的关系，若将这种“构成”外化表达出来，成为客观存在物，就称为实物模型。由此看来，实物模型是理论模型的物质载体，实物模型在被构造的过程中必然经历了理论上“构成”的阶段。可以说，理论模型重在“构成”，实物模型重在“表达”。

化学学科和化学教学中所出现的模型，按照模型与原型的相似程度和直观性大小,大体上可划分为三类：形象模型、符号模型和数学模型。形象模型是指以一定的形象的实物、图像或图表反映原型的结构、性质和机制，例如原子结构模型，原子结构示意图，原子轨道排布式等。符号模型是指用专门的符号来表示原型及相互关系，化学符号是一套化学特有的模型系统。数学模型是指把客观事物的某些联系或性质通过数学表达式表现。

具体到化学物质结构的模型，有如下几类：基本单元模型（分子模型、原子模型），空间关系模型（理想晶体模型、构型模型、构象模型、共轭键模型），相互作用模型（原理模型——化学键模型、杂化轨道模型），综合性模型（理想气体模型、DNA双螺旋结构）等。

这些模型都是经过人类思想的实验，最终抽提各要素的关系，形象表达成为实物模型的形式。

二、模型认知的含义与功能

“模型认知”其含义是指“基于模型的认知”。一般指以下两个方面，一方面是借助实物模型来认知，另一方面是构建理论模型，使认识对象的本质更加清晰明见。

（一）借助实物模型，在头脑中形成与实物近似的理解

实物模型可以是平面图，也可以是立体实物，这些模型是我们思考的外化载体。例如：当学生初次学习离子晶体概念时，可以借助氯化钠、氯化铯晶胞实物模型发展学生对离子晶体结构的初步认知，学生在头脑中明晰：离子晶体质点间紧密堆积，阴阳离子个数比为1比1型的晶体（称为AB型离子晶体）。进一步，通过比较氯化钠、氯化铯晶胞实物模型，学生发现，虽然均为AB型离子晶体，但其配位数不同，（氯化钠晶体中钠离子与氯离子的个数比为6:6，氯化铯晶体中钠离子与铯离子的个数比为8:8），进而思考影响晶体堆积方式的几何因素是什么。学生对模型的使用过程，就是在头脑中形成与实物近似的理解的过程，这是一个认识的过程，是由表及里，由外而内，由模糊逐渐清晰的过程。借助实物模型帮助理解，可以分为使用完整的模型和拼插模型等具体的方式，具体在教学中使用什么方式，要视具体的教学内容而定。

（二）构建理论模型

从认识对象中抽象概括出核心要素，并梳理要素之间的关系，以图形、图表等形式来表现，使概念的本质清晰显现，这个过程就是构建理论模型。例如：微粒种类、微粒间相互作用和微粒堆积方式，三个要素相互影响，对认识晶体结构缺一不可，将三个要素抽提出来，梳理之间的关系，形成“晶体结构认识要素示意图”，这个过程就是构建理论模型的过程。此过程是将认识的成果使用模型进行外显表征，其目的都是为了帮助学生理解，使学生思维能力进阶。

（三）模型认知的功能

模型是观念建构的产物，模型可以使概念直观化，模型具有描述功能。模型是概念的简约、整体的表达，因此可以使理解更具条理、更有层次，更加整体，因此模型具有解释功能。例如，物质的同分异构体现象。由于建构了模型，可以前因后果、由此即彼的进行推导，更有利于判断、分析与推理，称为模型的判断预测功能。

三、模型认知的水平层次与维度建构

（一）模型认知的水平层次

模型认知属于“认知”范畴，我们借鉴认知科学理论，结合教学实践：学生在大量感知模型的基础上，能够识别模型，使用模型，建

构模型，并应用已经建立的模型去解决新问题，将模型认知进行以下五个水平层级划分。

水平1、感知模型：感受大量的模型素材。

水平2、识别模型：识别模型的种类（是实物模型，还是理论模型；是已经学过的化学符号，还是没有学过的）；识别各组成要素分别代表什么含义，要素之间是什么关系。

水平3、使用模型：也称为模型方法，即应用模型来揭示原型的形态、特征、本质的过程。例如：使用氯化钠与氯化铯晶胞模型，明确离子晶体的质点是离子，作用力是离子键，配位数分别范围6:6和8:8。

水平4、建构模型：经过前三个水平的螺旋性认识，会产生建模的欲望、冲动，达到建构模型的水平。建模是将“思维具体”了。“思维具体”是指思维活动中“抽象”变为“具体”的过程，建立模型是实现上述转化的桥梁或路径。由于“抽象”变得“具体”了，所以原本思维中抽象的、不可见的、摸不着的，变得具体了、可见了、摸得着了，使理解难度降低了。借助模型使抽象思维变具体的过程，称为思维外显。模型是思维的工具，提高建构模型能力是教学追求的关键能力，此关键能力我认为是思维能力。

建构模型是抽取原型本质特征的过程，需要遵循一定的模式，并结合一定的方法。建构模型包括如下步骤：第一、对思考的对象进行

分析，抽提关键要素。第二、找到要素间的关系。第三、用图表、图形或立体实物来表示这些要素。

水平5、整合运用：使用建构出的新模型，解决具体的问题。

上述水平1、2、3，可称为模型认知的初步阶段，在充分感知的基础上，识别模型的种类，识别模型中的关键要素代表的含义，为使用模型做准备。当学生能够熟练的使用模型后，就变为技能化的熟练掌握，就有了建构模型的基础和冲动，再进行感知与识别时，加入了主观能动性，丰富了最初的积累，螺旋上升到较高的层次。上述水平4、5，是在模型认知初步阶段上的较高阶段。

（二）模型认知维度建构

我们采用共识度比较高的“认识的三个阶段”划分：感性认识阶段——理性认识阶段——实践阶段，以此为依据，对“模型认知”进行维度建构。确定一级指标维度：感性认识维度（即感知），理性认识维度（即理解），实践维度（即应用）。再在每一个指标下，进行二级指标维度划分，并确定具体内容。见下表：

一级指标（维度）

感性认1、感觉

学生看、听、做、说等多感官对模型的初步感知

二级指标（维具体内容

度）

识维度

2、知觉

（感知）

3、形成表象与图示

理性认1、概念

将多种感觉聚合，形成整体知觉。

伴随感知觉的丰富性，逐步在头脑中形成模型的表象或图示，生成事实性认识。

针对事实性认识，形成概念

伴随概念的丰富，在概念之间建立联系（种属关系、并列关系、包含关系等）

识维度

2、判断

（理解）

3、推理

实践维度

（应用）

1、了解模型本质

将各种联系表述出来，形成判断。

知道什么是模型（模型的本质），模型的功能、模型所能代表的事物、模型的特点以及模型的表现方式。

2、使用模型

知道为何使用模型，能够运用模型：描述结构——解释性质——列举用途。

3、建构模型

创设建模情境，提出恰当问题，充分的学生活动和明确的建模步骤：第一步、对思考的对象进行分析，抽提关键要素；第二步、找到要素间的关系；第三步、用图表、图形、或立体实物等来表示这些要素。

4、应用新模在具体问题与模型之间产生关联，找到使用型，解决具体模型的思考点，找到解决问题的方法

问题

在数理化之间，化学不像数学那么抽象，不如物理那么形象，研究化学学科的模型认知问题，对培养学生的学习能力具有非常普遍的意义。

“证据推理与模型认知”的内涵包括具有证据意识，能基于证据对物质组成、结构及其变化提出可能的假设，通过分析推理加以证实或证伪；建立观点、结论和证据之间的逻辑关系；知道可以通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系，建立模型；能运用模型解释化学现象，解释现象的本质和规律。

一、证据推理能力的培养

“证据推理”又称登姆普斯特.谢弗推理法，指对从不同性质的数据源中提取的证据，利用正交求和方法综合证据，通过证据的积累缩小集合，从而获得问题的解。

化学是一门以实验为基础的自然科学，其理论体系是科学家对无数事实材料概括的基础上，进行严密的逻辑推理而形成的。在化学学科背景中，“证据推理”对应的学科素养就表现为依据有关事实或材料推出新的判断或结论，从而实现问题的解决或获得新的知识。如根据钠与水反应时“浮、熔、游、响、红”等实验现象和已有知识进行有关推理，对钠的密度、熔点等物理性质，钠与水反应时的速率、产物以及能量变化形成相应的判断，获得钠的有关知识；根据乙醇的分子式及各原子的成键特点进行推理乙醇可能的结构为CH3―CH2―OH或CH3―O―CH3，然后通过乙醇与水反应的实验对上述推理进行证实或证伪，从而得出乙醇含有羟基的结论。

化学教学活动中的“证据推理”是基于基本理论和化学实践的推理，具有很高的科学性和趣味性，对于激发学生的学习兴趣、拓展学生的思维、提升教学质量都有极大的促进作用。

二、模型认知能力的培养

“模型”包括实物模型和非实物的形式模型两类，形式模型又包括数学模型、图像模型和语义模型等。

实物模型主要有比例模型和球棍模型等以实物形态展示的模型；形式模型中的数学模型是用公式或方程等数学语言描述的模型，如平衡常数表达式、化学反应速率方程；图像模型是用二维或三维坐标系中的数学图像描述的模型，如反应速率与时间关系的曲线；语义模型是用词语描述的模型，如教材中的阿伏加德罗定律、元素周期律、盖斯定律等概念、原理、规律都属于语义模型。

与“模型认知”相对应的�W科素养可以表现为通过观察分子或晶胞等结构模型直观形象地认识有关物质的组成和结构，也可以表现为《课程标准》所描述的那样“运用模型解释化学现象，解释现象的本质和规律”，如用电子云的模型理解原子核外电子运动规律或解释原子之间的成键方式，根据有效碰撞与活化分子模型理解影响化学反应速率的因素并能选择适宜的条件控制化学反应发生的速率。

模型认知能力主要包括“建立模型（建模）”和“运用模型（用模）”两个方面，建模是用模的前提，用模是建模的目标和归宿。建模过程要充分尊重学生在学习中的主体地位，教师要鼓励学生大胆尝试，勇敢地动口表达、动手操作、动脑思考，鼓励学生多想、多读、多议、多讲、多练、多听，让学生始终处于主动参与、主动探索的积极状态。如在《原电池》教学中，可让学生自己做铜锌原电池实验，自己比较导线连接前后反应现象的差异，分析现象背后所涉及的反应原理，教师不断启发、引导，渗透建模的思想，最终由师生共同探讨，建立起原电池的构成模型，为电解池模型的学习奠定基础。

化学学习始终离不开模型，能否熟练地建立或运用模型直接影响着学习的效率，所以化学教学要引导学生进行模型认知，教师在进行教学时，要为有关的学科方法和思维方法选择适当的模型，引导学生通过

分析、综合、抽象、概括、比较、判断、假设、推理等方法从已有模型到建立起新的模型，如在学习同分异构时，可以从碳的原子结构模型入手，学习碳原子的成键特点，再让学生利用实物模型进行拼插和同分异构体的书写，进而建立起同分异构的相关模型，为进一步学习其他类别的同分异构打下基础。在此过程中，教师要为建模环节预留充足的时间，同时，考虑到不同个体之间认识水平的可能差异，教师应指导学生用自己的方式进行表达，这样才能让学生乐于接受模型，从而增强学生建模和用模的意识与能力。这样经过一定时间的训练，学生就能体会到模型在学习活动中的应用价值，从而树立起模型意识，并将模型认知固化为自己学习的一种重要方式。

下面以《卤代烃》的教学为例，阐述在实际教学活动中，如何指导学生运用证据推理和模型认知的方法学习。

1.收集证据，对物质的性质及其变化提出假设。比较乙烷和溴乙烷在结构上的相同点和不同点，猜想两者在化学性质上的异同。类比烷烃的取代反应，推测断裂C-H键，根据两者的不同之处，大胆假设C-Br键也可能断裂。

2.基于证据进行分析推理。教师向学生展示C-H键和C-Br键的键能数据，基于学生的已有认知，共价键键能越大，该共价键越稳定，从而推出溴乙烷发生取代反应时断裂的是C-Br键，溴原子被取代。根据元素周期律的相关规律，由于溴元素的非金属性比碳强，故C-Br键中的共用电子对更偏向于溴原子，从而使溴原子显电负性，同时提供碳和溴的电负性数据，得出取代溴原子的原子或原子团也应该显电负性的结论。

3.通过演示溴乙烷与强碱水溶液在加热条件下的反应，检验水解反应后产生的溴离子，探究反应机理，对以上推理进行证实。

4.学生进行总结回顾，进一步理解溴乙烷的水解过程和反应机理，初步建立起卤代烃的水解反应及卤代烃中卤素原子检验的模型，再通过典型例题进一步完善模型，从而达到最终能熟练运用模型的目的。

以上教学环节中，理论证据和数据证据有机结合，运用了分析法、类比法，验证法等教学方法，以帮助学生学会科学的学习方法和思维方法，建立并学会运用卤代烃的相关模型。

证据推理与模型认知是相辅相成、不可分割的关系，两者是学生在化学认知活动中发展起来并在解决与化学相关问题中表现出来的关键素养，作为一线教师，我们要不断地学习，用智慧从“证据推理”出发，构建“模型认知”的教学结构，立足教材，有针对性地设计探究活动，尽可能带领学生进入实验室亲自动手进行实验，训练学生用正确的思维、规范的语言进行表达，帮助学生更好的领悟化学学科的魅力所在。

参考文献：

[1]教育部基础教育课程教材专家工作委员会.普通高中课程标准修订组.普通高中化学课程标准（征求意见稿）[Z]2016.

[2]王磊.促进核心素养发展的化学教学兼介高中化学课程标准修订进展[D].浙江省化学疑难问题专题研讨会讲话稿，2017，（1）.

[3]陈进前.核心素养导向下的化学教学[J].中学化学教学参考.2017，（1-2）.

作者简介：王兆允（1982-），女，汉族，河北辛集人，河北师范大学化学系毕业，本科，河北省第二中学教师，研究方向：化学教育。“学生发展核心素养”是指学生应具备的，能够适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。是学生获得成功生活、适应个人终身发展和社会发展不可或缺的共同素养。高中化学核心素养是从我国基础教育的总目标，从我国学生发展核心素养出发，是知识和技能、过程与方法、情感态度与价值观

的整合。“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“实验探究与创新意识”“科学态度与社会责任”等五项内容概括了化学学科的核心素养。它全面体现了化学学科基本观念、化学学习和研究的基本方法和能力，体现了从化学视角看待、分析和解决化学问题的能力和品质要求。

化学核心素养中“证据推理与模型认知”体现了化学学科的思想与方法。“模型认识”要求能认识化学现象与模型之间的联系，能运用多种模型来描述和解释化学现象，预测物质及其变化的可能结果；能依据物质及其变化的信息建构模型，建立解决复杂化学问题的思维框架。

模型方法已成为现代科学的核心方法。美国《国家科学教育标准》把模型、科学事实、概念、原理、理论并列为科学主题的重点,并将构建、修改、分析、评价模型作为高中学生的基本科学探究能力。利用模型，构建模型来理解、解决化学问题就是化学教学目标。化学模型方法是在化学教学中把化学事物加以高度抽象，集中反映出原型中的主要矛盾、主要方面、主要特征，可帮助师生揭示复杂的研究体系的本质及规律。能充分发挥师生的抽象，想象和推理能力，有利于达到更深层次的认识。

一、

模型类型

化学模型可分为物质模型、符号模型和思想模型三大类。

物质模型：是对认知对象进行一定的改造或比喻后模拟而成的物质实体。在化学教学中经常使用的实物模型有球棍模型、比例模

型、晶体模型等微观世界的放大模型。也有硫酸、合成氨工业等缩小模型。学生利用物质模型把不易观察的微粒或宏观物质可视化。

符号模型它是指用化学符号，按照特定的组合方式来揭示物质的本质及变化规律的一种模型。主要指化学语言，如化学元素符号，化学方程式等。

思想模型：是人脑经过思考建立起来的非物质的、观念性的、高度抽象的理想客体，它通过对客观事物的进行近似，形象，扼要的临摹，揭示其本质和规律。思想模型属于科学认识过程中的具体科学方法。毕华林《化学教学原理与方法》把思想模型定义为“根据相似原理设计的与原型相似的认识对象，是人们对事物进行纯化、简约化的科学抽象”。

二、模型的功能

理论科学特征之一就是对模型的依赖。如原子的认识模型，不同化学发展阶段都要尽可能抽象出相应模型，随着科学认识的深入，模型也会不断的发展、完善。Leatherdale指出模型在科学上有7个功能，分别是：（1）简化复杂现象，使之易于思考；（2）提供更简易的方式理解理论；（3）以结构化与机械化的向度提供理论预测能力；（4）强化理论的预测能力，并提供其发展的方式；（5）察觉理论间的相关性，并借此提出研究问题；（6）提供相关理论深刻理解与想象的媒介；（7）提供实验与观察的理论推导关系。

模型具有如此重要之功能，学生能否真正理解其价值呢？学生对模型认知分成3个层级：实体的复制、介于实体与抽象之间、抽象含义。事实中大部分学生将“模型的功能”视为复制物品，而无法察觉“科学模型”所表征的事物。少部分学生认识介于实体与抽象之间，很少具备抽象能力。高中学生具备了利用物质模型、符号模型来认识宏观、微观世界并进行表征的能力。但是将模型抽象或构建思想模型能力还有待培育。

化学模型也是化学教学内容之一。模型是一种化学表达手段，化学结构模型是最生动、最集中的反映着物质的结构。原子结构的认识，从小球模型到葡萄干布丁模型，到太阳系模型以至于电子云模型。模型是不断发展的，每个阶段的模型都与人类的认识能力相适应。模型教学就是模型与理论间不断相互反映，相互发展的过程。

新课标提到“认识实验、假说、模型、比较、分类等科学方法对化学研究作用。”因此模型不仅仅是教学中功具，也是重要的思想方法。学生在认识某一具体物质的微观组成及结构时，不是与其内部结构间发生直接的作用，而是通过对其宏观性质、变化及现象进行直接的或间接获得一定的感性材料（认识），并借助于老师的引导及学生自己能动的思维加工（想象、联想），与现有的物质模型和符号模型发生联系，从而在自己头脑中建立所认识对象的思想模型。思想模型是学生的认识从直观发展到理性的规律性的必经环节。在化学教学中学生构建认知对象的思想模型，就标志其认知已达到理性思维阶段。

三、模型构建方式

科学模型建立的一般过程：在建立模型的过程中，首先必须对事物的各表象进行归纳总结，去粗取精，去伪存真，抓住支配事物的本质特征，在此基础上建立一个直观可感，又能反映事物本质特征的模型。

1、用类比法建立思想模型：

类比方法是构建模型的重要方式，通过对原型与思想模型的比较，找出其共同属性。类比建立模型的关键：找出与原型尽可能相似的特别是本质上相似的模型，以起到化陌生为熟悉的作用。本质上的相似就是指物质的分类，周期律，官能团，晶体类型等结构的相似。通过本质上相似可以类比出相应的性质，提高性质的可靠性。

2、用假说建立思想模型：它是以间接的实验和理论，将某种不清楚的物质或现象的性质假想为另一物质中经过理论构思形态。

具体步骤：依据实验事实和科学原理，通过分析、综合等一系列思维加工，对原型本质和规律，做出初步的假说，对初步的假说从多方面，多渠道进行观察、实验和理论证明，不断充实、修正假说的内容，最终形成科学性较强的思想模型。

3、用概念教学建立思想模型

在概念教学中，概念本身也是学习结果，老师习惯于将概念当作现成的知识和结论输送给学生。在新课程理念下，概念的学习是对客观事物本质的认识过程，概念是客观事物的本质属性在人脑中的反映。客观事物的本质属性是抽象的，理性的，要使它在人脑中

有深刻的反映，必须将它与人脑中已有的事物联系起来，使其形象化，具体化。概念教学时构建概念形成的思想模型是一种有效的教学方式。

四、构建元素化合物模型：

元素化合物内容繁多，学生感觉化学难学，不好记，所以在教学中要避免将知识孤立的传授给学生，而应该创建学习的模型，让学生利用模型梳理元素化合物知识。下图就是元素化合物学习模型：

要构建上述的元素化合物模型学生必须通过以下步骤才能完成。

储备基础知识：物质的分类及依据，元素周期律、氧化还原反应，离子反应等知识。

预测物质性质：要根据物质类别、周期表位置预测可能具有的性质。从氧化还原角度判断物质的氧化性、还原性。

实验验证：根据实验现象确认相应性质、根据特殊现象，预测物质的特殊性、

解释与结论：对实验现象进行分析、总结、归纳出物质的性质。

例如在人教版《必修1》金属元素化合物教学时，学生储备知识中有物质分类思想、氧化还原反应概念，金属活动顺序表等知识。因此在构建模型时最主要是从上述三个方面完成。如果是在高三复习时就可以补充周期律，溶液中平衡理论，也可以把物质的分类进行扩充。所以在教学中要根据学生实际情况构建模型，并随学生的认知能力的提升不断完善模型。

(一)构建金属、化合物研究模型

模型1、研究铝及化合物的模型

模型2：铝价类二元图像:

当教师帮助学生建立起上述两个模型后，学生在未来的学习中遇到未知物质，自然就会从利用模型来预测、研究物质的物理性质、化学性质等，进而根据性质了解它们的用途。

（二）应用模型解决问题：

【问题】探究锌及化合物的性质：

问题1、写出你所了解的锌及其化合物。

目的：了解学生对锌的认识情况，了解是否掌握应用物质分类的思想。

问题2：按照物质分类把问题1中的所有物质进行分类

目的：引导学生利用元素化合物研究模型进行分析锌的分类。

问题3：完成锌价类二元图像。

目的：构建价类二元图像

问题4：找出ZnSO4的制备途径，并完成化学方程式。

目的：掌握物质间转化规律，并能进行符号表征。

问题5、实验验证(利用你所掌握的知识，每组选出一个典型的代表物，试预测其化学性质

物质

类别

可能的性质

锌

金属（与铝相似）

氧化锌

氧化物（两性）

硫酸锌

盐（强碱弱酸盐）

氢氧化锌

碱（弱碱）

【探究】试设计实验证明上述物质的性质：

项目

实验步骤

实验现象①取混合均匀的锌粉与硫粉的混合物适量，放在石棉网上，用酒精灯加热

(1)探究②分别取少量锌粉(或锌粒)放入两支锌的化学试管中，各倒入适量硫酸、NaOH溶液。性质

然后分别用拇指堵住管口，一段时间

后移近酒精灯点火

③取一粒锌粒装入两支试管中，分另倒入1～2 mL Cu SO4、Fe2(SO4)3溶液,

观察颜色变化

①取1 mL ZnSO4溶液倒入试管中，用pH试纸测其pH

(2)探究Zn(OH)2②向两支试管中分别倒入1～2 mL Zn 和ZnSO4SO4溶液，然后用胶头滴管逐滴分别滴

的化学性入几滴NaOH溶液、氨水

质

③将②得到的Zn(OH)2浊液倒入三支试管中，然后分别向试管中滴加硫酸、

NaOH溶液、氨水

实验结论

通过这样的教学处理，学生能构建元素化合物研究模型，并能利用模型探究未知物质，并在模型构建中不断的完善模型。在研究这些物质的性质过程中，教师应运用氧化还原反应、离子反应等知识，引导学生从宏观与微观相结合，变化与平衡的角度进行理解；并运用化学语言进行表征，达到符号模型的培育。

化学模型方法是化学教学中常用、重要的科学方法。模型方法的核心是从已知到未知，在过程中包括归纳和演绎，分析和综合，抽象和类比等逻辑思维活动。了解模型，建立模型，应用模型的过程，实际上就是学生逻辑思维能力形成和提高的过程，也是培养学生科学方法的重要途径之一。

为使化学核心素养的培育工作落实到高中化学教学中，教师的首要工作是准确理解化学核心素养的内涵，并进一步把握化学核心素养的内容属性、

内涵特点及内在联系等。

1．化学核心素养的“结果属性”

化学核心素养的“结果属性”，体现为化学核心素养是学生通过化学课程学习所建立起来的、具有化学学科特质的结构化知识、思维方式与品质。

从高中化学核心素养的五个方面看，强调高中学生通过高中化学学习，掌握物质性质及其变化的分类标准与内容体系，获得物质及其变化的特征

与规律，并能够运用化学符号、化学模型加以描述（表征）；理解物质组成、结构和性质的联系，形成“结构决定性质、性质决定用途”的观念，

建立从变化守恒、动态平衡、模型表征等研究物质及其变化、解决化学问题的思维框架；形成严谨务实的态度、与人合作的习惯，树立科学物质观、

可持续发展的意识和绿色化学的观念，深刻理解化学、技术、社会、环境相互作用的关系，建立社会责任观、参与意识与决策能力。

2．化学核心素养的“过程属性”

化学核心素养的“过程属性”，体现为个体在面对复杂情境时综合运用化学思维、化学知识与探究技能解决化学相关问题的品质与关键能力。这一

属性强调高中学生在面对具体情境及与化学相关事实时，能够通过观察与辨识的基础上提出问题、开展探究并得出结论；能够根据物质的结构预

测物质的性质及其可能的变化，应用对立统一、联系发展和动态平衡的思想观点考察、分析化学反应，正确运用化学模型描述或预测物质及其变化、

分析与解释化学现象，运用依据多种方法对物质及其变化进行分类并揭示其本质属性；能够结合具体情境，调用已有知识与方法分析解决问题，

在化学原理、化学技术应用时自觉考虑化学过程对自然带来的可能影响，贯彻可持续发展思想、坚持“绿色化”的观念。

3。化学核心素养凸显化学本质特征

化学区别于其他学科的本质特征体现为：化学在原子、分子的微观水平上研究物质及其变化，从微观层次上揭示物质及其变化的基本规律，

以化学符号或模型表征物质及其变化。化学核心素养中的“宏观辨识与微观探析”、“证据推理与模型认识”等要素，强调从微观粒子及其相互作用的

视角认识物质世界，根据物质微观结构预测物质性质及其反应，运用多种模型描述和解释化学现象，使用“宏观—微观—符号”三重表征表示物质及

其变化等，很好地凸显化学学科的特征。

4.

化学核心素养反映化学基本问题

物质及其变化是化学研究的基本问题。强调运用实验、假说、模型、分类等方法，通过以化学实验为主的多种探究活动开展物质及其变化的研究，

并从元素的宏观视角认识物质及其变化的规律、从粒子的微观层面揭示物质及其变化的本质。因此，化学学科的基本问题、问题解决的方法途径及

其应建立的基本认识，在“宏观辨识与微观探析”、“变化观念与平衡思想”、“证据推理与模型认识”、“实验探究与创新意识”的化学核心素养上得到很好的体现。

5。化学核心素养揭示化学学科思维

化学是从宏观、微观和符号三种水平上认识物质及其变化并建立起它们间联系的。因此化学学习过程，常常需要以实验为手段获取宏观现象并从微

观视角探讨其本质，或对基于微观或模型分析推理的结果通过实验手段

进行证实或证伪，从而得出物质及其变化的基本规律或相关理论。因此，

化学学习需要以实验为主的科学探究，建立“宏观—微观—符号”的三重表征的学习思维。“宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认识”“实验探究与

创新意识”等化学核心素养，很好地揭示化学学科思维。

6.化学核心素养的内在联系

化学是一门以实验为基础的学科。化学实验作为认识化学物质及其变化的实践活动的重要工具与手段，对“化学实践”具有重要的认识论、方法论功能，

对学生“化学实践”能力的提升具有重要的价值。而化学实验上述功能价值的发挥，又有赖于学生实验素养的高低、探究水平的强弱。因此，化学核心

素养中的“实验探究与创新意识”等要素，反映了“化学实践”环节的化学核心素养要求，是化学学科实践能力的重要表征。

对于“化学实践”获得的感性认识，要求采用分类和模型的科学方法、宏观与微观及变化与守恒的研究视角对其进行加工、整合，揭示其特征属性与

本质、建立起多层次的相互联系、统摄为物质运动变化的原理与规律，从而对化学世界建立起本质的、结构化的理性认识。这一过程对应为“化学

认识”过程。因此，“宏观辨识与微观分析”、“证据推理和模型认知”、“变化观念和平衡思想”等方面侧重于“化学认识”环节的素养，体现了化学核

心

素养从认识方法和认识方式视角等方面提出对化学学科认识能力的要求。

通过前面两个环节的化学学习活动建立起来的对化学世界的理性认识，其价值体现在生产与生活等方面的应用，解决与化学有关的社会问题、参

与有关化学问题的社会决策。解决与化学有关的社会问题、参与有关化学问题的社会决策，应密切关注化学过程对自然带来的各种影响，并以保

护环境和资源为前提下，权衡利弊，秉持可持续发展和绿色化学这一解决相关问题、开发利用自然资源等的基本思路与原则。因此，“科学精神和

社会责任”体现了对“化学运用”能力的总体要求，反映了化学科学应用的方向和价值取向。

总之高中化学素养的养成建立在高中化学教学中，在教学过程中既要传授知识又要重视素养的培养与养成。