例谈化学模型的特征、作用与类型
郑燕
[摘要]化学模型是一种非常重要的知识媒介，它能够将抽象的化学物质的性质和功能与其具象的结构特征相联系。引导学生正确认识各种化学模型的特征、作用、类型等內容，是使学生通过化学模型开展高效研究和学习活动的关键。基于此，结合具体实例对这些內容进行深入的分析和探讨，以促进学生的模型意识和学科核心素养的全面升华。
[关键词]化学模型，特征，作用，类型
[中图分类号]G633.8[文献标识码]A [文章编号]1674-6058（2020）11-0057-02
在高中化学中，化学模型是一种非常重要的知识媒介，它能够将抽象的化学物质的性质和功能与其具象的结构特征相联系，让学生更加系统化、条理化和科学化地对相关知识内容形成更加深刻的认知。因此在教育教学过程中，教师应当尽可能引导学生建立起化学模型的概念，使其能够清楚各种化学模型的特征、作用以及类型等。这样，学生在进行学习时就能够将这些模型有效应用，学生的模型认知素养和实践探究能力都会得以提升，学科思维能力和核心素养也会因此而不断加强。基于此，笔者将结合自身教学经历详细阐述化学模型的特征、作用和类型。
一、化学模型的特征
一般来说，我们会将研究者称为主体，将研究对象称为客体，而化学模型则是连接主体和客体的良好媒介。在一般的化学模型中，比较普遍的具体特性是相似性和预见性。利用好化学模型的相似性和预见性，是引导学生正确认识化学元素和相关物质的结构与性质的重要方式，也是引导学生掌握模型方法的关键步骤。
1.相似性
对于一种化学模型，一般来说不止用于解决一种问题，其往往可以用来解决多种相似的问题，这无疑极大地增强了学生利用某种化学模型解决问题的实效。在这个过程中，一个非常关键的步骤是让学生准确把握不同知识之间的相似性，使其能够用同一个模型分析各种相似的知识，全面提升学生的化学思维水平和学科核心素养。
比如，在学习“H2分子的结构”这部分内容时，学生通过自学和听教师讲解都能够明确知道H原子是通过共用电子对来结合成H2分子的，在这个过程中学生需要掌握“共用电子对”以及“共价键”等概念。在学生全面了解了这些内容的基础上，教师应引导学生深入探究与H2分子相似的其他分子，比如O2分子等。这样做的目的是让学生通过知识迁移和模型迁移掌握更多的知识，尽可能地提升模型应用效率。
2.预见性
模型是对原型的还原和体现，尽管在将原型具象成模型的过程中可能会产生某些变化，但是毫无疑问，模型还是最大限度地还原和再现了原型的某些特征和内容。因此，通过研究模型，学生一定能够获得一些与原型相关的有用信息，即模型的预见性。利用预见性，学生能够有效地对原型的某些信息进行推断，以此全面加深对原型内容的理解。
比如，在学习“原子间的相互作用力”这部分内容时，根据H2分子的结构模型，学生能够很容易地知道H原子之间的相互作用力表现为相互吸引，这种吸引作用会使得两个H原子在形成H2分子的过程中释放能量。在这些内容的学习基础上，学生就能够因此而预见到，H原子在形成H2分子的过程中释放的能量也是拆开H-H键时所需要吸收的能量。在这个过程中，学生就是根据模型的预见性来对一些知识进行更加深入的研究和分析的，这也是提升学生模型意识的一个重要途径。
由此可见，教师在引导学生建构化学模型之前，应当先让学生正确认识模型的相似性和预见性，这样学生在建构化学模型之后才能够更加灵活地掌握化学模型的性质，充分发挥化学模型的作用，促进自身认知能力和知识水平的全面提升。
二、化学模型的作用
化学模型作为一种典型媒介，在化学教学中往往能够起到巨大的作用。一方面，化学模型是对某部分化学知识的高度概括，能够在一定程度上揭示物质的本质与规律;另一方面，借助化学模型，教师能够让学生掌握科学研究和学习的必要方法，这种方法是帮助学生开启学术攀登之旅的重要助力。
1.高度概括，揭示本质与规律
一般来说，化学模型都会具有高度概括的作用，其能够将物质的各种微小复杂的结构和性质等集中体现，深入揭示与物质相关的各种本质与规律，让学生能够更加深刻地意识到原型和模型之间的相互依赖关系，从而全面提升学生的学习效率。
比如，在教学“原子的结构”这部分内容时，笔者为学生详细介绍了原子模型的演变过程，即从最开始的道尔顿原子模型到汤姆生原子模型，再到卢瑟福原子模型和波尔原子模型以及最终的电子云模型，这些模型都能够在一定程度上反映出原子的实际结构。学生掌握好化学模型，便能够通过深入理解物质的本质和相关规律，更好地把握化学中“物质结构决定性质”这一关键特性，从而为自身核心素养与能力的提升奠定了坚实的基础。
2.有助于学生掌握科学的思想方法
化学模型还是一种能够让学生掌握科学的学习方法的重要途径。教师在教学的过程中所要教授给学生的不仅仅是知识，还应该包括主动获取知识的技能和方法。借助化学模型，学生能够更加系统、科学地掌握相关思想和方法，学生的应用素养也会因此而不断得到锻炼。
比如，在教学“元素周期表”这部分内容时，笔者引导学生从多个角度、全方位地认识元素周期表中的元素符号模型：在最开始的时候，对于不同的元素，人们并没有使用一个统一的符号去表示它们，因此元素的表达形式是五花八门的，后来人们为了加强模型的规范性，决定使用元素英文名称的首字母或者前两个字母来表示，这样人们就对不同元素的符号模型进行了统一，从此人们在进行科学研究的时候也就更加规范化和系统化了。我们只有引导学生认识到模型对于化学学科发展所具有的重大意义，学生才能够在此基础上继往开来，进而在化学学习中有更大的建树。
由此可见，化学模型渗透在化学学科知识的方方面面，教师应当引导学生正确认识化学模型的作用，并能够在学习过程中进行有效应用，从而促进学生有效掌握揭示事物客观规律的有效途径，促进学生知识网络和认知结构得到不断优化和完善。
三、化学模型的基本类型
最后，在引导学生合理应用化学模型时，教师还应当让学生准确掌握化学模型的基本类型，使其在处理实际问题时能够对号入座，选择合适的化学模型来解决相关问题，这样不仅能够提升学生的学习效率，还能够在一定程度上深化学生的模型意识，促进学生尽快将自己的主观意识和客观知识相结合，全面升华自身的认知水平。
1.想象模型——提供内部空间结构
想象模型是指将原型经过一定的抽象和必要的修饰而得到的一种更便于研究和分析的模型。一般来说，想象模型都具有一个普遍特征：能够在一定程度上反映物质的内部空间结构。结合这一特性，学生可根据“结构决定性质”推断出与之相关的各种性质。
比如，“分子结构”和“晶体结构”这部分内容中，球棍模型和堆积模型是两种常见的模型，以H2O分子的球棍模型为例，尽管其被简化为一个O原子和两个H原子的简单模型，但是这绝不是H2O分子的原型，它只是经过想象和简化后得到的一种便于研究的对象和媒介，所以不能够将其与H2O分子原型等同，只是在一定程度上借助这种模型理解其整体架构，切忌将二者混淆。
2.符号模型——揭示结构性质可变化规律
除想象模型外，在高中化学中，另一类最为常见的化学模型是符号模型。在高中化学中，经常会用各种各样的化学式来表示物质的组成，并用化学方程式来揭示物质与物质之间发生的反应。在这个过程中用到的化学式和化学方程式等都是符号模型。符号模型是一個重要的媒介，始终贯穿于化学知识的学习和研究过程中。
由此可见，教师有必要在教学过程中引导学生正确区分各种化学模型，这样可以使学生将各类知识系统化和模块化，并且在这个过程中彻底掌握建构和应用化学模型的方法，促进学生对理论知识的理解能力和对实践知识的应用能力的全面升华。
