基于认知模型的高中化学教学模式的构建与应用

摘要：在本文的研究活动中，分析了认知模型相关内容，讨论了认知模型基础上，高中化学教学模式构建步骤，包括创设教学情境、建立认知模型、进行模型修正等，以实际案例应用的方式，论证了该教学模式的可行性，以帮助学生完善知识架构，提升高中化学教学质量。

关键词：认知模型；高中化学；教学模式

高中化学课程包含众多抽象化和逻辑化内容，如“同分异构体”“电子迁移”等，为帮助学生更好地理解相关内容，可利用认知模型对相关内容进行具象化呈现，帮助学生更好地理解相关内容，加深学生学习印象。本文则围绕认知模型背景下教学模式构建过程进行梳理，为其他科目教学模式调整提供参考。

1认知模型相关内容概述

在高中化学教学活动中，使用到的认知模型包括实物类模型与思维类模型两种，其中使用到的实物类模型包括分子球棍模型、比例模型、晶体模型、动态演示模型等，而思维类模型包括平面坐标模型、流程图模型、思维导图模型等。这些模型在应用中可以对抽象和逻辑化知识进行直观呈现，使学生可以进一步理解化学反应本质，并对化学反应产物、过程进行科学预测，为学生解决复杂化学反应问题提供支持。例如：在离子晶体学习中，教师可以利用晶体模型展示氯化钠晶体和氯化铯晶体，通过对比的方式让学生了解离子晶体配位情况，为后续学习提供良好支持。

2基于认知模型的高中化学教学模式构建步骤

2.1创设教学情境

依托化学课程内容，搭建相应的教学情境，能够有效提高学生对建模的认知水平，帮助其养成搭建认知模型的习惯。具体实践中应注意以下内容：首先，所建立情境应联系实际生活，以此来加深学生对课程知识的学习印象。例如，在讲解《钠及其化合物》课程时，教师可以利用多媒体展示钠蒸气发光的物理现象，随后会将该现象和生活中的高压钠灯联系在一起，提出“钠为什么具有此类特性”的问题，为下阶段钠原子结构建模提供参考。其次，借助化学实验搭建教学情境，通过引导学生观察和分析化学实验现象，使其产生认知冲突，为认知模型搭建提供参考。例如，在《氧化还原反应》课程中，教师可以先后铁、铝与硫酸铜溶液的反应，让学生观察两种材料的反应现象和速度，以此来推测铁、铝、铜的金属活动性排序，为后续“电子转移”建模提供良好参考。最后，建立跨学科情境，利用其他学科工具，建立更加常态化的化学模型。例如，在学习《物质的量》这一课程时，可以利用物理学科当中的阿伏伽德罗常数，引导学生讨论宏观质量和微观粒子之间的联系，便于认知模型建设活动的进行。

2.2建立认知模型

在整理化学课程知识后，可以围绕抽象化知识搭建相应的认知模型，引导学生逐步完成课程学习。目前经常使用到的认知模型如下：第一，问题认知模型，根据课程知识点由简入繁设置问题，引导学生从宏观现象深入到微观粒子研究。例如，在讲解《钠及其化合物》课程时，教师在演示钠蒸气发光物理现象后，会依次提出“钠蒸气发光说明什么？”“微观角度上钠蒸气如何分布？”“钠蒸气发光的本质是哪些粒子的相互作用？”等问题，通过引导逐步提升学生逻辑思维水平。第二，数据模型，以常见的数轴模型为例，教师在讲解《元素周期律》课程时，可以将原子半径作为横坐标，电离能作为纵坐标，以建立相应的数轴模型，直观演示元素周期表展现出的周期性变化。第三，三维模型，对于一些较为抽象的概念可使用三维模型进行具象化展示，提高学生对相关知识的理解深度。例如，在“同分异构体”课程学习时，教师可以分别展示“葡萄糖”“果糖”三维模型，帮助学生掌握分子结构相关知识。

2.3进行模型修正

完成模型搭建后也会根据实际情况对模型进行修正，以提升所建立模型的适用性，同时学生也可以通过模型修正过程，掌握更多化学知识，培养学生的逻辑思维。通常情况下，对模型进行修正的依据如下：第一，利用某些反例调整模型，例如：根据铜条和稀硝酸、浓硝酸发生反应后都会产生气体，但是气体产生总量、气体性质、溶液颜色等均存在不同，学生可以根据此情况，对认知模型进行调整，提出铜和不同浓度硝酸进行反应时，“电子迁移”情况存在一定差异。第二，通过变量实验调整模型，教师在教学活动中，可以通过控制变量的方式，了解认知模型的适应场景，进一步提高学生对认知模型的认知水平。例如：在《化学平衡》课程教学中，所建立的基础认知模型为“温度升高时，平衡会向着温度较低的一方移动”，随后将温度作为变量，利用电离实验记录温度平衡迁移过程。例如，醋酸电离属于吸热过程，此内容和基础认知模型中的内容相违背，表示原有模型存在一定约束条件，从而明确现有认知模型的适用范围[1]。

3基于认知模型的高中化学教学模式应用案例

3.1创设相关情境

以原电池课程为例，在创建问题情境时，教师会使用多媒体展示火力发电过程的能量转化过程，并列取火力发电“化学能到电能”的转化率数据，同时展示燃料电池能量转化过程和转化率数据。在引出原电池相关概念后，也会对两种原电池转换效率进行对比，以此提出“采取哪种措施可以提高电池转化率”。

3.2建立初期模型

在搭建认知模型时，会根据教材设计Zn|H2SO4|Cu实验，在实验活动中会要求学生观察实验现象。例如，在整个实验中锌片表面会逐渐溶解，而铜片表面则会产生密集气泡，此时利用电流表接触铜片和锌片，会发现电流表出现了指针偏转现象，表示此反应产生了电流。随后根据教材，可以引导学生建立认知模型，让学生写出原电池正负极的具体反应，即负极出现氧化反应，反应方程式为Zn-2e⁻=Zn2+，而正极出现还原反应，反应方程式为2H++2e⁻=H₂↑。在认知模型建设中，还要求整理该模型基础条件，即电解质溶液、闭合回路和正负电极（两电极金属活性不同），让学生对原电池产生基础认知[2]。

3.3进行模型修正

在该课程模型修正中，教师利用了反例来调整模型，具体的反例设计如下：向学生演示氢氧燃料电池工作过程，此类电池的电解质为稀硫酸，电极材料只有Pt电极，同时使用到H₂和O₂气体作为反应物，利用电流表发现指针偏差，表示产生了电流。此类原电池和初期模型的不同点在于，使用到的电极材料只有一种，只是反应物存在不同。随后引导学生写出该原电池正负极的具体反应，即负极出现氧化反应，反应方程式为2H₂-4e⁻=4H⁺，而正极出现还原反应，反应方程式为O₂+4H⁺+4e⁻=2H20。根据得到的结果让学生对原有模型进行修正，即原电池的本质是氧化还原反应，和电极材料种类无关，只要正负极产生电子转移，便会产生电流[3]。

结束语

综上所述，高中化学知识的逻辑性、抽象化程度较高，为保证学生学习活动的顺利进行，可根据课程要求搭建相应的认知模型，依托该模型引导学生逐步完成宏观到微观的知识过渡，帮助学生建立更加完整的知识架构，为后续课程的学习奠定良好基础。

参考文献

[1]齐曼古丽·喀迪尔. 基于证据推理与模型认知能力培养的高中化学教学设计研究[D]. 西南大学， 2024.

[2]何炫廷. 基于认知模型的高中化学教学模式的构建与应用 [J]. 教育科学论坛， 2024， （17）： 69-71.

[3]姜阳. 基于证据推理与模型认知的高中电化学教学模式研究 [J]. 学周刊， 2024， （05）： 86-88.