選題背景

科學建模是當前科學教育研究的核心內容之一。科學建模本質上是對復雜體系內在邏輯進行選擇性的抽象表達，既去除非本質的細枝末節，又保留系統核心結構，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鍵素養。

傳統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，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”內容為例，大部分學生無法自主梳理知識脈絡，追根溯源在于教學未能揭示知識間的系統聯系，出現三重斷層：“酸堿鹽”知識點散見于教材多個章節，常見教學中缺乏整合設計，形成教材教學內容編排的線性割裂；教師過度拆分講解具體反應，忽視反應與反應間的系統聯系；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，元認知能力培養不足。

本課例嘗試構建“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”四維聯動，在化學知識學習中融入物理、生物等學科視角，培養學生的科學建模能力。

教學目標

以“廢液溶質探究”微項目為載體，通過跨學科情境設計，培養學生的科學建模能力。既能幫助學生透過現象看到本質，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

教學設計創新

基于建構主義理論，構建“教—學—融—評”四維聯動的建模教學模式，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，最終達成能力的內化。

（一）教：播種—認知基模的跨學科建構

教學設計呈現符合學生認知的梯度情境，從基礎任務（廢液離子多學科分析）、到進階任務（模型構建）、再到提升任務（模型的跨場景整合）。打破學科壁壘：化學視角，將散見于教材“物質性質”“離子反應”“溶液體系”等章節的“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，關聯“水質對生物影響”，討論廢液處理的生態意義。

（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和活動，思維在課堂中顯性化。在探究廢液中溶質成分時，首先進行多學科觀察，記錄氣泡或沉淀等現象，測量溶液導電性，觀察廢液對水蚤生存的影響；再根據現象進行跨學科提取，從化學現象判斷反應類型，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，用“離子關系圖譜”表達規律，并結合“跨學科關聯表”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探究等內容，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“科學服務生活”的意識。比如可應用于工業廢液處理情境，結合物理的“過濾”、化學的“中和”、生物的凈化技術，設計簡易處理方案。

（四）評：體檢—建模能力的動態診斷

課堂中，教師創設條件讓學生探索并總結規律建立模型。再從過程邏輯性、結果準確性、跨學科整合度三個維度建立評價量表，評估學生學習情況，優化“教學融”各環節，進而達到提升學生建模能力的目的。

教學實施

（一）基礎任務（廢液離子多學科分析）

任務一：探究Na2CO3和H2SO4混合制取CO2后，廢液（甲）中溶質的成分。這一探究過程充分體現了“宏觀現象解構—微觀粒子推演—符號系統表征”的邏輯關系過程。學生觀察到反應過程中有氣泡生成的宏觀現象，并對氣泡的生成原因進行微觀解釋，是因為H+與CO32-發生了反應；再根據微觀解釋，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，把宏觀現象與微粒運動聯系起來，并將整個反應用化學方程式規范書寫，清晰理解了化學反應的本質。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液，觀察活動狀態，初步判斷酸性對生物的危害。

任務二：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，關聯溶質質量變化。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，為后續模型構建進行鋪墊。

（二）進階任務（模型構建）

任務三：構建離子關系圖譜。教師創設條件，讓學生探索并總結規律。結合“抽象1：判斷廢液中溶質成分的規律”“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，繪制出離子關系圖譜（見圖1）。

圖1：離子關系圖譜

在此基礎上，進一步形成“離子關系—學科關聯”的整合。比如物理特性關聯，OH-濃度高則溶液電導率高、pH>7；生物特性關聯，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，實現知識系統化。

（三）提升任務（模型的跨場景整合）

教師設置兩個課后任務。課后任務一：某學校化學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。結合學生的答題結果，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，重點關注模型應用的準確性和跨學科思維的邏輯性。

課后任務二：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