選題背景

科學(xué)建模是當(dāng)前科學(xué)教育研究的核心內(nèi)容之一。科學(xué)建模本質(zhì)上是對復(fù)雜體系內(nèi)在邏輯進(jìn)行選擇性的抽象表達(dá)，既去除非本質(zhì)的細(xì)枝末節(jié)，又保留系統(tǒng)核心結(jié)構(gòu)，促使學(xué)生形成“整體—部分”的分析邏輯。當(dāng)前，建模能力正成為個人認(rèn)知進(jìn)化的關(guān)鍵素養(yǎng)。

傳統(tǒng)復(fù)習(xí)課教學(xué)模式常常陷入“羅列知識點—例題講解—習(xí)題訓(xùn)練”的循環(huán)，容易讓學(xué)生腦中的知識變成“孤島”，知識碎片化問題嚴(yán)重。以“酸堿鹽”內(nèi)容為例，大部分學(xué)生無法自主梳理知識脈絡(luò)，追根溯源在于教學(xué)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(xué)中缺乏整合設(shè)計，形成教材教學(xué)內(nèi)容編排的線性割裂；教師過度拆分講解具體反應(yīng)，忽視反應(yīng)與反應(yīng)間的系統(tǒng)聯(lián)系；學(xué)生機械背誦反應(yīng)方程式或默寫常見酸堿鹽的溶解性表，卻無法理解具體應(yīng)用。學(xué)生可能陷入思維惰性，學(xué)科思維難以顯性化，元認(rèn)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(fù)習(xí)課教學(xué)模式，通過“教學(xué)融評”四維聯(lián)動，在化學(xué)知識學(xué)習(xí)中融入物理、生物等學(xué)科視角，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)建模能力。

教學(xué)目標(biāo)

以“廢液溶質(zhì)探究”微項目為載體，通過跨學(xué)科情境設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)建模能力。既能幫助學(xué)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(xué)融評”路徑與雙軌評價體系，使學(xué)生在模型遷移、變量控制、跨學(xué)科應(yīng)用等維度的能力得到提升（見表1）。

表1：“教學(xué)融評”功能定位與實施策略示例

教學(xué)設(shè)計創(chuàng)新

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

（一）教：播種—認(rèn)知基模的跨學(xué)科建構(gòu)

教學(xué)設(shè)計呈現(xiàn)符合學(xué)生認(rèn)知的梯度情境，從基礎(chǔ)任務(wù)（廢液離子多學(xué)科分析）、到進(jìn)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(xué)科壁壘：化學(xué)視角，將散見于教材“物質(zhì)性質(zhì)”“離子反應(yīng)”“溶液體系”等章節(jié)的“酸堿鹽”知識點進(jìn)行整合；物理視角，引入“溶液導(dǎo)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(xué)：生長—抽象思維的顯性化表達(dá)

教師引導(dǎo)學(xué)生通過一系列學(xué)習(xí)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(jìn)行多學(xué)科觀察，記錄氣泡或沉淀等現(xiàn)象，測量溶液導(dǎo)電性，觀察廢液對水蚤生存的影響；再根據(jù)現(xiàn)象進(jìn)行跨學(xué)科提取，從化學(xué)現(xiàn)象判斷反應(yīng)類型，從電流變化推導(dǎo)離子存在，從生物實驗分析廢液危害；最后進(jìn)行歸納與建模，整合證據(jù)，用“離子關(guān)系圖譜”表達(dá)規(guī)律，并結(jié)合“跨學(xué)科關(guān)聯(lián)表”解決問題。

（三）融：收獲—復(fù)雜情境的跨學(xué)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(xué)科場景問題解決。從觀察現(xiàn)象到分析反應(yīng)再到驗證確定，具有較強的操作性與實用性，將化學(xué)反應(yīng)中的復(fù)雜問題條理化、清晰化，降低問題難度，增強學(xué)習(xí)信心，提高復(fù)習(xí)效率，同時強化“科學(xué)服務(wù)生活”的意識。比如可應(yīng)用于工業(yè)廢液處理情境，結(jié)合物理的“過濾”、化學(xué)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(xué)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(zhǔn)確性、跨學(xué)科整合度三個維度建立評價量表，評估學(xué)生學(xué)習(xí)情況，優(yōu)化“教學(xué)融”各環(huán)節(jié)，進(jìn)而達(dá)到提升學(xué)生建模能力的目的。

教學(xué)實施

（一）基礎(chǔ)任務(wù)（廢液離子多學(xué)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(xué)生觀察到反應(yīng)過程中有氣泡生成的宏觀現(xiàn)象，并對氣泡的生成原因進(jìn)行微觀解釋，是因為H+與CO32-發(fā)生了反應(yīng)；再根據(jù)微觀解釋，寫出反應(yīng)原理Na2CO3+H2SO4=Na2SO4+H2O+CO2↑；這一過程中，學(xué)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(yīng)用化學(xué)方程式規(guī)范書寫，清晰理解了化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)。測量反應(yīng)前后溶液物理電導(dǎo)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(yīng)，并用化學(xué)方程式進(jìn)行符號表征。對比反應(yīng)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(dǎo)學(xué)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(jìn)行鋪墊。

（二）進(jìn)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(xué)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(jìn)一步形成“離子關(guān)系—學(xué)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(dǎo)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(dǎo)致水蚤死亡等。通過小組合作，將分散的學(xué)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(xué)?；瘜W(xué)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(lán)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(xué)生運用所學(xué)模型解題的能力。結(jié)合學(xué)生的答題結(jié)果，進(jìn)行跨學(xué)科驗證：乙溶液H+濃度高，電導(dǎo)率應(yīng)高于甲，且因為酸性較弱，對水蚤毒性較低。同時，應(yīng)用評價量表對學(xué)生的表達(dá)過程進(jìn)行評價，重點關(guān)注模型應(yīng)用的準(zhǔn)確性和跨學(xué)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(xué)生需要整合“離子共存規(guī)則”“守恒定律”等多重模型加以應(yīng)用。當(dāng)去除“pH>7”這一限定條件，問題復(fù)雜程度會有所提升。此時，可以嘗試將物理電學(xué)模型遷移至化學(xué)場景，通過導(dǎo)電性實驗實現(xiàn)離子種類的推導(dǎo)。這種跨模型的整合實踐能夠讓學(xué)生更透徹地理解離子的性質(zhì)和反應(yīng)機制，拓寬解題思路，同時提升學(xué)科思維。

（謝昱圣 彭中梅 作者單位均系浙江師范大學(xué)）

《人民教育》2025年第15—16期