原子结构模型认知教学思考

山东师范大学化学化工与材料科学学院   刘丹阳

化学学科核心素养中的模型认知作为一种重要的学科思维方式，在化学教学中具有不可替代的地位和作用。中学阶段的原子结构内容从初中开始就贯穿化学学习始终，是最能体现模型认知的典型实例之一。因此，从模型认知视角来探讨原子结构教学，对于提高原子结构的教学效果，以及开展模型认知教学都有一定的参考意义。

一、目标设计整体化，分层次确定模型认知水平

高中化学课程标准指出化学学科核心素养中的模型认知包括4个水平，由于不同阶段学生的知识储备不同，学生的“原子结构”模型认知水平和能力也应当是一个层级发展的过程。原子结构的相关知识在整个中学化学阶段采用穿插编排的方式，难度螺旋上升。学生在中学阶段的“原子结构”模型认知4个水平具体可以分为：初中水平（学完初中阶段原子结构相关知识）、高一水平（学完必修阶段原子结构相关知识）、高二水平（学完选修“物质结构与性质”）、高三水平（经过总复习后高考所达到的水平）。教师应当针对每个阶段不同学生的能力水平，系统化、梯度化地进行原子结构的目标设计。

在初中阶段，教师对学生“原子结构”模型认知能力的培养应集中于让学生能够了解原子结构示意图，初步识别原子结构的模型；在高一学习必修二原子结构相关知识时，应着重让学生对原子结构示意图加强理解，建立起原子结构的模型与元素性质的关系；高二学习选修“物质结构与性质”过程中，可以让学生对不同原子结构的相关属性进行深入挖掘，评价对比不同的原子结构模型；而高三进行总复习时，应当对学生提出更高的要求，不仅对于原子结构模型有深刻理解，还能够指出原子结构模型的局限性，通过多角度思考提出可以优化的方向，并为自己的想法提供支撑证据。

根据中学阶段的整体发展规划，教师可以在每个阶段进行相应的安排。例如必修二中原子结构的课程学习，在“原子结构”模型认知中应达到水平2。按照课标要求，学生应当认识原子结构，知道元素、核素的含义，了解原子核外电子的排布，结合有关数据和实验事实认识原子结构呈周期性变化的规律。因此，基于促进学生模型认知核心素养的课堂教学，我们设计目标的重点应放在构建原子结构与元素性质关系的认识模型，学生能够利用原子结构的知识分析某些元素的有关性质、预测陌生元素的化学性质，建立原子结构与元素原子得失电子能力之间的关系。

二、模型认知探究化，促进学生有效建构模型

素养为本的教学和传统的知识教学相比，更加强调学生的学习内化过程，尤其是对于模型认知教学来说，如果学生没有思维上的积极参与，不能深化知识之间的内在联系，是很难达成这一要求的。原子结构的模型教学，我们不能仅仅让学生停留在识记层面，而是需要帮助学生在头脑中建立起模型认知，形成原子结构决定性质的一般思想和方法，让原子结构模型活起来。原子结构的相关知识与元素化合物等其他知识不同，并不是单纯记忆几种元素的原子序数、符号、结构就能完全掌握，学生需要根据原子所处的位置判断其结构性质，将所学知识与思路方法作为分析问题、解决问题的认识角度和推理路径。因此在教学中必须要让模型建构的过程探究化，结合已有知识经验，学生完成提出问题、做出假设、设计模型、实际验证的探究活动，把外显化模型转化成学生内在的认知模型。

以高中化学必修二《原子结构》一课为例，考虑到学生在初中阶段已经对原子相关知识有所了解，教师宜启发学生应当采用怎样的方式反映出原子结构，当学生通过讨论思考回答出模型方式的时候，一系列围绕原子结构模型的探究活动就可以深入展开。教师首先提出问题“能够表征原子结构的模型需要包括哪些属性”，学生可能会提出各种假设，比如需要表征出原子结构的组成、各组成部分的数量关系、所处位置、空间结构等。接下来教师给学生提供各种不同的证据帮助建构模型，这些证据也就是本节课需要重点学习的知识点，例如原子核的构成微粒及电子、质子和中子的基本数据，核外电子排布。探究化的模型建构过程取代了原有的机械记忆原子结构相关知识活动，从而可以发展学生利用模型分析问题、解决问题的科学思维。在探究的过程中，教师还可以充分利用板书和多媒体设备将模型可视化，呈现出模型理解的动态过程。

三、模型应用情境化，深化学生模型认知能力

模型建构是模型认知教学的一个重要目标，但不是最终目标。应用模型去解释现象、解决问题，是化学教学积极倡导的重要理念。所以，教师在模型认知视角下进行原子结构教学时也应当及时让学生应用模型解决问题。基于良好情境的问题既能激发学生的学习兴趣，又可以检验学生对模型的综合应用能力，因此教师可以在模型应用中通过情境化的问题解决来深化学生的学习。

值得注意的是，虽然理论上所有学生在课程学习之后都处于“原子结构”相应模型认知水平，但由于每个学生的内在知识储备与能力不同，不能盲目地将一个年级的学生都归为同一水平对待。这就要求教师在了解学生当前水平的基础上，针对不同水平学生的特点，精心设计不同情境，帮助他们利用模型认知的视角完成相应任务，最终得到能力的提升。

在必修二原子结构教学中，教师可以提供不同历史时期科学家们建构的原子结构模型，让学生根据证据判断哪个更科学。大部分学生都会排除道尔顿原子结构模型和汤姆逊原子结构模型，在卢瑟福原子结构模型、玻尔原子结构模型中进行选择。所以在进行模型应用时，教师可以针对选择卢瑟福、玻尔原子结构模型的学生分别设计不同情境，让他们解决相应水平的问题。对于选择卢瑟福原子结构模型的学生，让他们预测比较钠、钾、镁元素的原子失电子能力的强弱，并从原子结构角度说明理由。对于选择玻尔原子结构模型的学生，则让他们提供证据证明相比卢瑟福原子结构模型，该模型的优点是什么，还有没有可以进一步优化的地方。这两个任务顺应课堂上的教学进程，体现了模型应用中利用模型预测、对模型进行优化、思考模型的局限性等方面的要求。

（《山东教育》2020年5月第19期）