選題背景

科學建模是當前科學教育研究的核心內(nèi)容之一?？茖W建模本質(zhì)上是對復雜體系內(nèi)在邏輯進行選擇性的抽象表達，既去除非本質(zhì)的細枝末節(jié)，又保留系統(tǒng)核心結(jié)構(gòu)，促使學生形成“整體—部分”的分析邏輯。當前，建模能力正成為個人認知進化的關(guān)鍵素養(yǎng)。

傳統(tǒng)復習課教學模式常常陷入“羅列知識點—例題講解—習題訓練”的循環(huán)，容易讓學生腦中的知識變成“孤島”，知識碎片化問題嚴重。以“酸堿鹽”內(nèi)容為例，大部分學生無法自主梳理知識脈絡(luò)，追根溯源在于教學未能揭示知識間的系統(tǒng)聯(lián)系，出現(xiàn)三重斷層：“酸堿鹽”知識點散見于教材多個章節(jié)，常見教學中缺乏整合設(shè)計，形成教材教學內(nèi)容編排的線性割裂；教師過度拆分講解具體反應，忽視反應與反應間的系統(tǒng)聯(lián)系；學生機械背誦反應方程式或默寫常見酸堿鹽的溶解性表，卻無法理解具體應用。學生可能陷入思維惰性，學科思維難以顯性化，元認知能力培養(yǎng)不足。

本課例嘗試構(gòu)建“知識整合—思維顯化—評價立體化”的新型復習課教學模式，通過“教學融評”四維聯(lián)動，在化學知識學習中融入物理、生物等學科視角，培養(yǎng)學生的科學建模能力。

教學目標

以“廢液溶質(zhì)探究”微項目為載體，通過跨學科情境設(shè)計，培養(yǎng)學生的科學建模能力。既能幫助學生透過現(xiàn)象看到本質(zhì)，在一系列概念性理解中提煉出更高階的概念，且能抽象出解決問題的有效辦法、過程和原理并運用到現(xiàn)實問題解決中。依托“教學融評”路徑與雙軌評價體系，使學生在模型遷移、變量控制、跨學科應用等維度的能力得到提升（見表1）。

表1：“教學融評”功能定位與實施策略示例

教學設(shè)計創(chuàng)新

基于建構(gòu)主義理論，構(gòu)建“教—學—融—評”四維聯(lián)動的建模教學模式，在整合知識顯化思維、立體化評價的同時，突出跨學科融合特色。教學中，運用漸進式認知支持體系滿足學生認知需求，給予不同階段學生不同的教學策略支持，最終達成能力的內(nèi)化。

（一）教：播種—認知基模的跨學科建構(gòu)

教學設(shè)計呈現(xiàn)符合學生認知的梯度情境，從基礎(chǔ)任務(wù)（廢液離子多學科分析）、到進階任務(wù)（模型構(gòu)建）、再到提升任務(wù)（模型的跨場景整合）。打破學科壁壘：化學視角，將散見于教材“物質(zhì)性質(zhì)”“離子反應”“溶液體系”等章節(jié)的“酸堿鹽”知識點進行整合；物理視角，引入“溶液導電性”實驗，通過電流變化分析離子濃度；生物視角，關(guān)聯(lián)“水質(zhì)對生物影響”，討論廢液處理的生態(tài)意義。

（二）學：生長—抽象思維的顯性化表達

教師引導學生通過一系列學習任務(wù)和活動，思維在課堂中顯性化。在探究廢液中溶質(zhì)成分時，首先進行多學科觀察，記錄氣泡或沉淀等現(xiàn)象，測量溶液導電性，觀察廢液對水蚤生存的影響；再根據(jù)現(xiàn)象進行跨學科提取，從化學現(xiàn)象判斷反應類型，從電流變化推導離子存在，從生物實驗分析廢液危害；最后進行歸納與建模，整合證據(jù)，用“離子關(guān)系圖譜”表達規(guī)律，并結(jié)合“跨學科關(guān)聯(lián)表”解決問題。

（三）融：收獲—復雜情境的跨學科遷移

師生通過廢液中溶質(zhì)探究等內(nèi)容，形成“離子顯形圖譜”，并歸納出“離子顯形三步法”拓展到跨學科場景問題解決。從觀察現(xiàn)象到分析反應再到驗證確定，具有較強的操作性與實用性，將化學反應中的復雜問題條理化、清晰化，降低問題難度，增強學習信心，提高復習效率，同時強化“科學服務(wù)生活”的意識。比如可應用于工業(yè)廢液處理情境，結(jié)合物理的“過濾”、化學的“中和”、生物的凈化技術(shù)，設(shè)計簡易處理方案。

（四）評：體檢—建模能力的動態(tài)診斷

課堂中，教師創(chuàng)設(shè)條件讓學生探索并總結(jié)規(guī)律建立模型。再從過程邏輯性、結(jié)果準確性、跨學科整合度三個維度建立評價量表，評估學生學習情況，優(yōu)化“教學融”各環(huán)節(jié)，進而達到提升學生建模能力的目的。

教學實施

（一）基礎(chǔ)任務(wù)（廢液離子多學科分析）

任務(wù)一：探究Na2CO3和H2SO4混合制取CO2后，廢液（甲）中溶質(zhì)的成分。這一探究過程充分體現(xiàn)了“宏觀現(xiàn)象解構(gòu)—微觀粒子推演—符號系統(tǒng)表征”的邏輯關(guān)系過程。學生觀察到反應過程中有氣泡生成的宏觀現(xiàn)象，并對氣泡的生成原因進行微觀解釋，是因為H+與CO32-發(fā)生了反應；再根據(jù)微觀解釋，寫出反應原理Na2CO3+H2SO4=Na2SO4+H2O+CO2↑；這一過程中，學生深入理解了離子之間的相互作用，把宏觀現(xiàn)象與微粒運動聯(lián)系起來，并將整個反應用化學方程式規(guī)范書寫，清晰理解了化學反應的本質(zhì)。測量反應前后溶液物理電導率變化，驗證離子濃度降低；取少量廢液滴入水蚤培養(yǎng)液，觀察活動狀態(tài)，初步判斷酸性對生物的危害。

任務(wù)二：研究廢液（乙）【Na2CO3和Ba（OH）2的混合液】中的離子種類。觀察沉淀等宏觀現(xiàn)象，推演微觀粒子CO32-與Ba2+的反應，并用化學方程式進行符號表征。對比反應前后溶液密度的變化，關(guān)聯(lián)溶質(zhì)質(zhì)量變化。隨后引導學生“觀同辨異”：兩種廢液均含Na+，但甲顯酸性、乙可能顯堿性，為后續(xù)模型構(gòu)建進行鋪墊。

（二）進階任務(wù)（模型構(gòu)建）

任務(wù)三：構(gòu)建離子關(guān)系圖譜。教師創(chuàng)設(shè)條件，讓學生探索并總結(jié)規(guī)律。結(jié)合“抽象1：判斷廢液中溶質(zhì)成分的規(guī)律”“抽象2：以上思維過程可以概括為哪幾步”“抽象3：完成離子顯形圖譜”三項活動，繪制出離子關(guān)系圖譜（見圖1）。

圖1：離子關(guān)系圖譜

在此基礎(chǔ)上，進一步形成“離子關(guān)系—學科關(guān)聯(lián)”的整合。比如物理特性關(guān)聯(lián)，OH-濃度高則溶液電導率高、pH>7；生物特性關(guān)聯(lián)，廢液對生物有影響，高濃度Cu2+會導致水蚤死亡等。通過小組合作，將分散的學科知識整合為可視化圖譜，實現(xiàn)知識系統(tǒng)化。

（三）提升任務(wù)（模型的跨場景整合）

教師設(shè)置兩個課后任務(wù)。課后任務(wù)一：某學?；瘜W課外活動小組將一些可溶性化合物溶于水，配制成的甲、乙兩種溶液中共含有H+、Ag+、k+、Ba2+、OH-、Cl-、NO3-、CO32-8種離子，兩種溶液中所含離子各不相同，已知向甲溶液中滴入石蕊試液，石蕊試液變成藍色，基于此判斷乙溶液中含有的離子。從離子共存的角度，考查學生運用所學模型解題的能力。結(jié)合學生的答題結(jié)果，進行跨學科驗證：乙溶液H+濃度高，電導率應高于甲，且因為酸性較弱，對水蚤毒性較低。同時，應用評價量表對學生的表達過程進行評價，重點關(guān)注模型應用的準確性和跨學科思維的邏輯性。

課后任務(wù)二：甲溶液（Na2SO4和H2SO4）和乙溶液（NaOH和Na2CO3）混合，得到未知溶液，pH>7，判斷未知溶液中有哪幾種離子。學生需要整合“離子共存規(guī)則”“守恒定律”等多重模型加以應用。當去除“pH>7”這一限定條件，問題復雜程度會有所提升。此時，可以嘗試將物理電學模型遷移至化學場景，通過導電性實驗實現(xiàn)離子種類的推導。這種跨模型的整合實踐能夠讓學生更透徹地理解離子的性質(zhì)和反應機制，拓寬解題思路，同時提升學科思維。

（謝昱圣 彭中梅 作者單位均系浙江師范大學）

《人民教育》2025年第15—16期