傅永超 任佳鈺

模型是學(xué)生認(rèn)識(shí)世界、理解世界的手段和工具，它將某一現(xiàn)象從大千世界中抽離出來(lái)，保留其主要特征，忽略其無(wú)關(guān)緊要的部分，以簡(jiǎn)單又直觀的方式呈現(xiàn)出來(lái)。模型認(rèn)知，既能促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)概念和知識(shí)的理解，又能擴(kuò)展科學(xué)思維。許多專家學(xué)者提倡使用模型方法來(lái)學(xué)習(xí)科學(xué)，并將其納入學(xué)生的學(xué)業(yè)考核指標(biāo)中。美國(guó)2013 年頒布的《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》提出一項(xiàng)新的實(shí)踐內(nèi)容：開(kāi)發(fā)和使用模型。該標(biāo)準(zhǔn)將模型方法作為科學(xué)和工程學(xué)實(shí)踐的核心要素之一，并對(duì)K-12年級(jí)學(xué)生需要達(dá)到的水平做了具體描述。[1]《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版）》（下文簡(jiǎn)稱新課標(biāo)）也明確將“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”作為5 大核心素養(yǎng)之一。[2]“證據(jù)推理”與“模型認(rèn)知”都是化學(xué)學(xué)科中重要的思維方法?！白C據(jù)推理”要求學(xué)生能夠找出形成科學(xué)結(jié)論所需要的證據(jù)，并解釋證據(jù)與結(jié)論之間的關(guān)系；“模型認(rèn)知”要求學(xué)生依據(jù)物質(zhì)及其變化的信息進(jìn)行抽象、概括并建構(gòu)模型，用模型思想認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其變化的一般規(guī)律。在化學(xué)學(xué)習(xí)中，“證據(jù)推理”從屬于“模型認(rèn)知”，推理所形成的科學(xué)結(jié)論是建構(gòu)模型的基本前提，“模型認(rèn)知”更強(qiáng)調(diào)對(duì)大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)進(jìn)行分析、歸納、概括，通過(guò)抽象和簡(jiǎn)化的方法建構(gòu)模型，形成物質(zhì)及其變化的基本規(guī)律。[3]

本研究的重點(diǎn)在于“模型認(rèn)知”素養(yǎng)，它強(qiáng)調(diào)學(xué)生分析、概括、建構(gòu)模型并認(rèn)識(shí)化學(xué)的基本規(guī)律。在化學(xué)學(xué)科的發(fā)展過(guò)程中，化學(xué)家們巧妙地構(gòu)建了大量的模型，在促進(jìn)化學(xué)理論發(fā)展的同時(shí)，架起了宏觀世界與微觀世界的一座橋梁?！澳Ｐ驼J(rèn)知”素養(yǎng)對(duì)于化學(xué)學(xué)習(xí)來(lái)說(shuō)尤為重要，模型方法也是學(xué)生必須掌握的重要思維方法。為了了解高考化學(xué)是如何對(duì)“模型認(rèn)知”素養(yǎng)進(jìn)行考查的，其考查方式又具有怎樣的特點(diǎn)，本文以近3年高考化學(xué)江蘇卷為對(duì)象展開(kāi)研究。之所以選擇江蘇卷有兩個(gè)理由：第一，江蘇作為教育大省，自2004 年開(kāi)始實(shí)行自主命題，命題體系漸趨成熟，試題風(fēng)格特點(diǎn)鮮明；第二，“模型認(rèn)知”作為化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)之一，是新課標(biāo)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的考查內(nèi)容，江蘇卷擅長(zhǎng)以真實(shí)情境為測(cè)試載體、以實(shí)際問(wèn)題為測(cè)試任務(wù)、以化學(xué)知識(shí)為解決問(wèn)題的工具，來(lái)考查學(xué)生的學(xué)科關(guān)鍵能力和化學(xué)核心素養(yǎng)。[4]因此，下文對(duì)近3 年高考化學(xué)江蘇卷中“模型認(rèn)知”素養(yǎng)的考查情況進(jìn)行分析，期望為未來(lái)新高考全國(guó)統(tǒng)一命題更好地考查化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)提供參考。

一、“模型認(rèn)知”素養(yǎng)及化學(xué)模型分類

1.“模型認(rèn)知”素養(yǎng)及水平分類

依據(jù)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)對(duì)高中學(xué)生發(fā)展的具體要求，新修訂的高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生：能認(rèn)識(shí)化學(xué)現(xiàn)象與模型之間的聯(lián)系；能運(yùn)用多種認(rèn)知模型來(lái)描述和解釋物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化，預(yù)測(cè)物質(zhì)及其變化的可能結(jié)果；能依據(jù)物質(zhì)及其變化的信息建構(gòu)模型，建立解決復(fù)雜化學(xué)問(wèn)題的思維框架。[2]高考化學(xué)對(duì)“模型認(rèn)知”素養(yǎng)的考查要求則是：在認(rèn)識(shí)模型的基礎(chǔ)上表征、應(yīng)用模型，對(duì)化學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行描述、解釋或預(yù)測(cè)；能夠針對(duì)陌生的化學(xué)問(wèn)題建構(gòu)模型、揭示規(guī)律和解決問(wèn)題。[4]

國(guó)內(nèi)很多學(xué)者都對(duì)化學(xué)“模型認(rèn)知”能力展開(kāi)了研究[5][6][7]，主要涉及“對(duì)模型的認(rèn)識(shí)和理解”“表征模型”“運(yùn)用模型”“建構(gòu)模型并解決問(wèn)題”等能力，這與新課標(biāo)中提到的“模型認(rèn)知”素養(yǎng)4個(gè)水平[2]具有很高的一致性。在參考新課標(biāo)的基礎(chǔ)上，結(jié)合高考對(duì)“模型認(rèn)知”素養(yǎng)的考查要求，本研究將該素養(yǎng)由低到高劃分為模型辨識(shí)、模型表征、模型應(yīng)用和模型建構(gòu)4 種能力，具體描述見(jiàn)表1。

表1 “模型認(rèn)知”素養(yǎng)能力劃分及其描述

上述4 種水平對(duì)學(xué)生“模型認(rèn)知”素養(yǎng)的能力要求逐步提高。模型辨識(shí)能力對(duì)應(yīng)新課標(biāo)“模型認(rèn)知”素養(yǎng)中的水平1，是學(xué)生“模型認(rèn)知”的基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)對(duì)已知化學(xué)模型的辨認(rèn)和識(shí)別，是進(jìn)行一切“模型認(rèn)知”活動(dòng)的前提。模型表征能力和模型應(yīng)用能力是對(duì)新課標(biāo)“模型認(rèn)知”素養(yǎng)中水平2和水平3 的提煉和重組。模型表征要求學(xué)生在認(rèn)識(shí)模型的基礎(chǔ)上理解模型表示的含義并加以表征；模型應(yīng)用要求學(xué)生能夠?qū)⒗碚撃Ｐ椭R(shí)應(yīng)用于研究對(duì)象中，并應(yīng)用模型知識(shí)進(jìn)行預(yù)測(cè)和解釋。模型建構(gòu)能力對(duì)應(yīng)新課標(biāo)“模型認(rèn)知”素養(yǎng)中的水平4，要求學(xué)生能夠在分析復(fù)雜問(wèn)題的基礎(chǔ)上建構(gòu)相應(yīng)模型，包含發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、建構(gòu)模型和解決問(wèn)題3 個(gè)環(huán)節(jié)，其代表了“模型認(rèn)知”素養(yǎng)的最高水平。

2.化學(xué)模型分類

模型方法是重要的科學(xué)研究方法，“模型認(rèn)知”是新課標(biāo)的學(xué)科核心素養(yǎng)之一。新課標(biāo)多次提到模型一詞，要求學(xué)生學(xué)會(huì)制作模型，并應(yīng)用模型解決問(wèn)題。在科學(xué)教育領(lǐng)域，許多學(xué)者從不同的角度對(duì)模型進(jìn)行了分類。[8][9]比較權(quán)威的是單旭峰提出的5 大類化學(xué)模型，他根據(jù)模型的含義、核心要素以及課程標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)模型的描述，將中學(xué)化學(xué)學(xué)科的認(rèn)知模型從內(nèi)容和形式上分為表2 中的5 類。[10]

需要指出的是，上述化學(xué)模型都是人們歸納、抽象而來(lái)的，它們不是原型的完全復(fù)制，但保留了原型最關(guān)鍵、最本質(zhì)的特征。正是多種化學(xué)模型的存在為人們認(rèn)識(shí)世界、變化發(fā)展提供了寶貴的工具。按照新課標(biāo)的相關(guān)要求，高考化學(xué)試題會(huì)根據(jù)化學(xué)模型的不同類型，測(cè)評(píng)學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)內(nèi)容的掌握程度和“模型認(rèn)知”素養(yǎng)的發(fā)展情況。

表2 化學(xué)模型分類及考查內(nèi)容

二、“模型認(rèn)知”素養(yǎng)的考查情況

1.“模型認(rèn)知”4 種能力的考查情況及典型例題評(píng)析

由表3 可見(jiàn)：近3 年江蘇卷中“模型認(rèn)知”4種能力的考查總體上都比較均衡；每年有近70%的化學(xué)試題涉及該素養(yǎng)，且呈逐年上升的趨勢(shì)；模型辨識(shí)與模型應(yīng)用能力的考查占比相對(duì)更多。下文具體分析“模型認(rèn)知”能力的考查情況和典型例題。

表3 “模型認(rèn)知”素養(yǎng)4 種能力的考查情況 單位：分

（1）模型辨識(shí)能力

模型辨識(shí)主要考查學(xué)生對(duì)模型的辨認(rèn)和識(shí)別，不要求學(xué)生應(yīng)用模型解決問(wèn)題。江蘇卷常常給出元素符號(hào)、化學(xué)方程式等概念模型，以及原子（分子）結(jié)構(gòu)、化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置圖等結(jié)構(gòu)模型來(lái)考查該能力。

例1：2018 年高考江蘇卷第5 題。

下列有關(guān)從海帶中提取碘的實(shí)驗(yàn)原理和裝置能達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡氖牵?）

A.用裝置甲灼燒碎海帶

B.用裝置乙過(guò)濾海帶灰的浸泡液

C.用裝置丙制備用于氧化浸泡液中I-的Cl2

D.用裝置丁吸收氧化浸泡液中I-后的Cl2尾氣

例1 以從海帶中提取碘的實(shí)驗(yàn)為載體，考查學(xué)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置圖的辨識(shí)能力?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)裝置圖是實(shí)物圖在試卷上的反映，相比于實(shí)物圖的立體和直觀，實(shí)驗(yàn)裝置圖更為平面又抽象?；瘜W(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置圖的辨識(shí)是學(xué)生必須具備的關(guān)鍵能力。

對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置圖進(jìn)行辨認(rèn)和識(shí)別需要以一定的化學(xué)知識(shí)作為載體。A 選項(xiàng)，灼燒碎海帶應(yīng)該在坩堝中進(jìn)行，仔細(xì)辨認(rèn)圖甲裝置就能發(fā)現(xiàn)，其使用了燒杯進(jìn)行灼燒，辨識(shí)不同化學(xué)裝置模型并清楚知道其使用規(guī)則是解答此選項(xiàng)的關(guān)鍵。B 選項(xiàng)展示了過(guò)濾海帶的浸泡液的實(shí)驗(yàn)裝置模型，此模型包括了燒杯、漏斗、玻璃棒等實(shí)驗(yàn)器材，使用原則是“一貼二低三靠”，正確辨識(shí)“過(guò)濾”裝置模型的器材選擇和使用原則是解答此選項(xiàng)的關(guān)鍵。C 選項(xiàng)，MnO2與濃鹽酸反應(yīng)制備Cl2時(shí)，需要用酒精燈加熱，借助該背景知識(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置模型進(jìn)行辨識(shí)可以發(fā)現(xiàn)，圖丙所示裝置缺少了酒精燈，此選項(xiàng)是以化學(xué)知識(shí)為背景對(duì)學(xué)生辨識(shí)化學(xué)裝置模型完整性的考查。D 選項(xiàng)，Cl2難溶于NaCl 溶液，應(yīng)該用NaOH 來(lái)進(jìn)行尾氣的處理，在儀器使用規(guī)則和完整性上，學(xué)生無(wú)法辨識(shí)出錯(cuò)誤，但化學(xué)試劑是實(shí)驗(yàn)裝置模型的重要組成部分，從這點(diǎn)出發(fā)，很容易辨識(shí)出飽和NaCl 溶液的使用錯(cuò)誤。借助一定的化學(xué)知識(shí)，試題分別從儀器的使用規(guī)則、實(shí)驗(yàn)器材選擇和裝置使用原則、實(shí)驗(yàn)裝置為達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡耐暾?，以及?shí)驗(yàn)試劑的使用規(guī)則4 個(gè)方面，對(duì)學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置模型的辨識(shí)能力進(jìn)行了全方位的考查。

（2）模型表征能力

模型表征能力的考查主要通過(guò)兩種形式：第一是用普通語(yǔ)言對(duì)化學(xué)問(wèn)題、化學(xué)現(xiàn)象等進(jìn)行表征，檢測(cè)學(xué)生能否正確描述和加工問(wèn)題；第二是用化學(xué)概念模型（通常用化學(xué)方程式）的形式來(lái)描述一個(gè)化學(xué)現(xiàn)象或反應(yīng)。為了突出化學(xué)表征的特點(diǎn)，以及化學(xué)模型的通用性、直觀性，第二種考查形式的使用更為廣泛。

例2：2017 年高考江蘇卷第16（1）題。

鋁是應(yīng)用廣泛的金屬。以鋁土礦（主要成分為Al2O3，含SiO2和Fe2O3等雜質(zhì)）為原料制備鋁的一種工藝流程如下:

注：SiO2在“堿溶”時(shí)轉(zhuǎn)化為鋁硅酸鈉沉淀。

（1）“堿溶”時(shí)生成偏鋁酸鈉的離子方程式為_(kāi)____________________。

化學(xué)是一門研究物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的學(xué)科，宏觀上觀察物質(zhì)的狀態(tài)和變化，微觀上研究物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)，而符號(hào)是連接宏觀與微觀的橋梁。因此，化學(xué)符號(hào)作為概念模型，也是一種獨(dú)特的化學(xué)語(yǔ)言，是表征某一物質(zhì)或化學(xué)變化的核心工具。

例2 以某工藝流程為背景，考查了NaOH 與Al2O3反應(yīng)的離子方程式，是對(duì)“堿溶”時(shí)發(fā)生的化學(xué)變化進(jìn)行模型表征。題中的工藝流程圖描述了以鋁土礦為原料制備鋁的工藝，反映了這一過(guò)程的核心步驟，這屬于過(guò)程模型?！皦A溶”是制備鋁工藝的第一步，通過(guò)閱讀試題，考生需提取“鋁土礦的主要成分是Al2O3”這一信息，再結(jié)合流程圖中的NaOH 溶液，得出參與反應(yīng)的兩種物質(zhì)——NaOH 和Al2O3，進(jìn)而完成模型的表征。

（3）模型應(yīng)用能力

模型應(yīng)用是學(xué)生必須掌握的核心能力，通常考查學(xué)生應(yīng)用已有的模型知識(shí)解決問(wèn)題的能力，如解釋化學(xué)事實(shí)、判斷反應(yīng)產(chǎn)物、預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的新現(xiàn)象等。

例3：2018 年高考江蘇卷第16（4）題。

以高硫鋁土礦（主要成分為Al2O3、Fe2O3、SiO2，少量FeS2和金屬硫酸鹽）為原料，生產(chǎn)氧化鋁并獲得Fe3O4的部分工藝流程如下：

（4）“過(guò)濾”得到的濾渣中含大量的Fe3O4。Fe2O3與FeS2混合后在缺氧條件下焙燒生成Fe3O4和SO2，理論上完全反應(yīng)消耗的n（FeS2）：n（Fe3O4）=__________________。

例3 以工藝流程圖為背景，描述了以高硫鋁土礦為原料，制備Al2O3和Fe3O4的工藝流程。第（4）題中，F(xiàn)e2O3與FeS2混合后在缺氧條件下焙燒，是此工藝流程中十分關(guān)鍵的一步，借流程圖這一過(guò)程模型，試題本質(zhì)上考查了學(xué)生對(duì)氧化還原原理的理解和應(yīng)用。氧化還原原理是學(xué)生在高中階段必須掌握的重要概念模型和數(shù)學(xué)模型。

例3 對(duì)學(xué)生“模型認(rèn)知”素養(yǎng)能力的考查超過(guò)辨識(shí)和表征，來(lái)到了應(yīng)用水平。Fe2O3與FeS2反應(yīng)生成Fe3O4與SO2是一個(gè)典型的氧化還原反應(yīng)：Fe2O3中的Fe 化合價(jià)降低，得到電子，F(xiàn)eS2中的Fe 和S 化合價(jià)升高，失去電子。由氧化還原的數(shù)量關(guān)系可知，各個(gè)原子的得失電子數(shù)是守恒的。學(xué)生如果可以很好地認(rèn)識(shí)氧化還原概念模型，并綜合應(yīng)用數(shù)學(xué)模型，就可以解答此題。

（4）模型建構(gòu)能力

模型建構(gòu)是“模型認(rèn)知”素養(yǎng)能力的最高等級(jí)，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)也是最難的。建?；顒?dòng)能夠?yàn)閷W(xué)生提供了解科學(xué)探究的機(jī)會(huì)，學(xué)生參與建模實(shí)踐可以更加深入地理解科學(xué)中的關(guān)鍵模型，以及科學(xué)知識(shí)的本質(zhì)。

例4：2019 年高考江蘇卷第15 題。

在恒壓、NO 和O2的起始濃度一定的條件下，催化反應(yīng)相同時(shí)間，測(cè)得不同溫度下NO 轉(zhuǎn)化為NO2的轉(zhuǎn)化率如圖中實(shí)線所示（圖中虛線表示相同條件下NO 的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化）。下列說(shuō)法正確的是（ ）

A.反應(yīng)2NO（g）+O2（g）=2NO2（g）的ΔH>0

B.圖中X 點(diǎn)所示條件下，延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間能提高NO 轉(zhuǎn)化率

C.圖中Y 點(diǎn)所示條件下，增加O2的濃度不能提高NO 轉(zhuǎn)化率

D.380℃下，c起始（O2）=5.0×10-4mol·L-1，NO 平衡轉(zhuǎn)化率為50%，則平衡常數(shù)K>2000

例4 考查的是化學(xué)平衡模型，屬于概念模型，是高考化學(xué)的必考模型。化學(xué)平衡是指在一定條件下，可逆反應(yīng)正、逆兩個(gè)方向的反應(yīng)速率相等時(shí)，反應(yīng)物和生成物各成分濃度不再改變的狀態(tài)。根據(jù)勒夏特列原理，如果改變影響平衡的條件之一（溫度、壓強(qiáng)、參加反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)的濃度等），平衡將向著能夠減弱這種改變的方向移動(dòng)。除此之外，本題還對(duì)過(guò)程模型進(jìn)行了考查，圖中實(shí)線表示不同溫度下NO 轉(zhuǎn)化為NO2的轉(zhuǎn)化率，虛線表示相同條件下NO 的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化。利用過(guò)程模型提供的信息，正確建構(gòu)2NO（g）+O2（g）=2NO2（g）的化學(xué)平衡模型是解答此題的前提。

正確建構(gòu)化學(xué)平衡模型應(yīng)包括以下兩個(gè)關(guān)鍵方面：（1）根據(jù)曲線走向可以判斷，剛開(kāi)始反應(yīng)未達(dá)到平衡狀態(tài)，隨著反應(yīng)溫度升高，NO 轉(zhuǎn)化率增大；（2）約250℃后NO 轉(zhuǎn)化率持續(xù)降低，反應(yīng)達(dá)到平衡，平衡后，升溫使平衡逆向移動(dòng)，正反應(yīng)為放熱反應(yīng)。由此，建構(gòu)此情境下2NO（g）+O2（g）=2NO22（g）的化學(xué)平衡模型如下：放熱反應(yīng)，X 點(diǎn)所示條件下反應(yīng)未達(dá)平衡，Y 點(diǎn)所示條件下反應(yīng)為平衡狀態(tài)。借助化學(xué)平衡模型的相關(guān)知識(shí)，再利用所建構(gòu)的化學(xué)模型，學(xué)生便能解答出關(guān)于該化學(xué)反應(yīng)的問(wèn)題。試題內(nèi)容對(duì)學(xué)生的能力要求最高，但這也恰恰為他們提供了獨(dú)立思考、進(jìn)行科學(xué)探究的機(jī)會(huì)，從而理解科學(xué)的本質(zhì)。

2.“模型認(rèn)知”素養(yǎng)中5 種化學(xué)模型的考查情況

表4 “模型認(rèn)知”素養(yǎng)中5 種化學(xué)模型的考查情況 單位：分

表4 展示了近3 年江蘇卷中“模型認(rèn)知”素養(yǎng)中5 種化學(xué)模型的考查情況。可以發(fā)現(xiàn)，江蘇卷主要集中對(duì)前4 種模型展開(kāi)考查，特別是概念模型和結(jié)構(gòu)模型考查分值較高。江蘇高考化學(xué)試題很注重對(duì)各種化學(xué)概念的考查，要求學(xué)生在理解的基礎(chǔ)上利用概念分析和闡釋問(wèn)題，除了教材中講授的概念，試題還經(jīng)常設(shè)置一些陌生概念的定義，考查學(xué)生對(duì)這些抽象概念的理解和應(yīng)用情況。概念模型的覆蓋面最廣，囊括了化學(xué)反應(yīng)方程式、化學(xué)平衡、氧化還原反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)與能量的轉(zhuǎn)化等內(nèi)容，該模型主要通過(guò)抽象概念的具體化，考查學(xué)生了解概念的本質(zhì)和功能，并應(yīng)用、建構(gòu)模型解決問(wèn)題。結(jié)構(gòu)模型是對(duì)復(fù)雜實(shí)體的簡(jiǎn)單復(fù)制，目的是呈現(xiàn)出原型的本質(zhì)和特征，學(xué)生可以通過(guò)辨識(shí)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行判斷和評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)其中蘊(yùn)含的重要化學(xué)信息，辨析物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系，據(jù)此解決實(shí)際問(wèn)題。

相比較而言，過(guò)程模型與數(shù)學(xué)模型的占比較低，但在一定程度上還是可以考查學(xué)生的建模和綜合分析能力的。過(guò)程模型是對(duì)隱性變化過(guò)程的可視化，主要考查學(xué)生在物質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程中對(duì)應(yīng)的各種變化和轉(zhuǎn)化，能夠判斷學(xué)生是否從中辨識(shí)出物質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程中的關(guān)鍵信息和原理，繼而應(yīng)用這些信息融會(huì)貫通、綜合分析。數(shù)學(xué)模型則是一類特殊的化學(xué)模型，受到認(rèn)知水平和教學(xué)內(nèi)容等因素的限制，中學(xué)化學(xué)對(duì)各種物理量的關(guān)系以具體的數(shù)學(xué)關(guān)系進(jìn)行表示的內(nèi)容并不多，這一模型包含了表示結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的數(shù)量關(guān)系、物質(zhì)反應(yīng)及變化過(guò)程中的基本規(guī)律，如考查通過(guò)氧化還原反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子數(shù)來(lái)計(jì)算反應(yīng)物的消耗量，其考查比例在近3 年江蘇卷中有上升趨勢(shì)。復(fù)雜模型是綜合兩種或兩種以上模型形成的復(fù)合體，如化學(xué)中的元素周期表包含了大量的物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)等信息，因考查難度較大在高考試題中較少涉及。

三、“模型認(rèn)知”素養(yǎng)的考查特點(diǎn)

1.“模型認(rèn)知”4 種能力考查全面，尤其重視模型辨識(shí)與模型應(yīng)用能力

江蘇高考化學(xué)卷能依據(jù)新課標(biāo)的相關(guān)要求，對(duì)學(xué)生“模型認(rèn)知”素養(yǎng)展開(kāi)全方位的考查，模型辨識(shí)、模型表征、模型應(yīng)用和模型建構(gòu)4 種能力考查比例逐年升高。江蘇卷十分注重考查模型的基礎(chǔ)辨識(shí)能力，并關(guān)注化學(xué)模型的實(shí)際應(yīng)用，要求學(xué)生在認(rèn)識(shí)模型的基礎(chǔ)上應(yīng)用模型解決問(wèn)題，這符合新課標(biāo)對(duì)“模型認(rèn)知”素養(yǎng)考查的基本方向。模型辨識(shí)是“模型認(rèn)知”素養(yǎng)考查的基礎(chǔ)，也是一切模型認(rèn)知活動(dòng)的基礎(chǔ)，它囊括了模型描述的對(duì)象、模型的含義、模型的原理、模型的本質(zhì)、模型的性質(zhì)、模型的正確性、模型的完整性、模型的局限性等多方面內(nèi)容。模型應(yīng)用能力則要求學(xué)生在正確辨識(shí)模型的基礎(chǔ)上，應(yīng)用模型解決實(shí)際問(wèn)題，這是模型認(rèn)知活動(dòng)的最終目標(biāo)。

江蘇卷在考查模型辨識(shí)、模型表征的同時(shí)，透過(guò)模型應(yīng)用、模型建構(gòu)等化學(xué)內(nèi)容對(duì)學(xué)生的高階化學(xué)模型認(rèn)知能力提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。正確描述和表征化學(xué)模型是“模型認(rèn)知”素養(yǎng)考查的重要方面，比較常見(jiàn)的是有機(jī)物結(jié)構(gòu)式和化學(xué)反應(yīng)方程式的書寫。模型建構(gòu)作為“模型認(rèn)知”素養(yǎng)能力中的最高等級(jí)，屬于高階“模型認(rèn)知”能力，對(duì)學(xué)生的思維和能力要求是最高的，需要學(xué)生針對(duì)復(fù)雜、陌生的化學(xué)問(wèn)題建構(gòu)認(rèn)知模型，繼而進(jìn)行問(wèn)題解決。江蘇卷對(duì)模型建構(gòu)、模型應(yīng)用的重視一定程度上增大了化學(xué)試題難度，能引導(dǎo)學(xué)生加強(qiáng)高層次化學(xué)模型認(rèn)知能力的訓(xùn)練。

2.“模型認(rèn)知”素養(yǎng)的考查巧妙融合了多種化學(xué)模型

江蘇卷對(duì)“模型認(rèn)知”素養(yǎng)的考查囊括了概念模型、結(jié)構(gòu)模型、過(guò)程模型、數(shù)學(xué)模型和復(fù)雜模型5 大類，其中對(duì)概念模型、結(jié)構(gòu)模型這兩類的考查尤為突出。概念模型涉及的重要概念和結(jié)構(gòu)模型涉及的結(jié)構(gòu)圖、實(shí)驗(yàn)裝置圖等，都是化學(xué)學(xué)科的重點(diǎn)內(nèi)容。但是一些重要的化學(xué)模型已在教材中有所出現(xiàn)，為了給“模型認(rèn)知”考查增加新意和挑戰(zhàn)，江蘇卷巧妙地綜合了兩種或兩種以上化學(xué)模型對(duì)“模型認(rèn)知”素養(yǎng)進(jìn)行考查。其主要采用兩種融合方法。

第一種是縱向融合，即在一種化學(xué)模型的大背景下，再考查其他化學(xué)模型，比較典型的是工藝流程題。工藝流程圖往往是對(duì)某一工藝流程的寫實(shí)反映，它保留了工藝中最重要的“工藝原料”“操作步驟”“加料順序”等核心，以工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際和化學(xué)實(shí)驗(yàn)相關(guān)的物質(zhì)制備、分離和提純?yōu)橹行模侵庇^、具體、一目了然的過(guò)程模型。學(xué)生通過(guò)觀察模型，分析出流程中將原料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的主要生產(chǎn)原理，理解分離提純產(chǎn)品的步驟，并根據(jù)試題要求解決問(wèn)題。這些問(wèn)題涉及流程中某一操作的目的（過(guò)程模型）、化學(xué)反應(yīng)方程式的書寫（概念模型）、實(shí)驗(yàn)裝置圖的辨識(shí)（結(jié)構(gòu)模型）等。此時(shí)，學(xué)生需要在整體認(rèn)知工藝流程模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)要求調(diào)用其他模型知識(shí)解決問(wèn)題。

第二種是橫向融合，即同時(shí)運(yùn)用兩種或兩種以上化學(xué)模型解決一個(gè)問(wèn)題，這也要求這些化學(xué)模型在特定情境下互相關(guān)聯(lián)，詳見(jiàn)例5。

例5：2019 年高考江蘇卷第20（2）題。

CO2的資源化利用能有效減少CO2排放，充分利用碳資源。

（2）電解法轉(zhuǎn)化CO2可實(shí)現(xiàn)CO2資源化利用。電解CO2制HCOOH 的原理示意圖如下。

②電解一段時(shí)間后，陽(yáng)極區(qū)的KHCO3溶液濃度降低，其原因是_________。

這道題考查了學(xué)生模型建構(gòu)的能力，同時(shí)融合了兩種概念模型（水解原理、電解原理）和一種結(jié)構(gòu)模型（電解池裝置圖），學(xué)生缺少對(duì)任何一種模型的認(rèn)知都會(huì)解題失敗。學(xué)生通過(guò)對(duì)電解池裝置圖這一結(jié)構(gòu)模型的辨識(shí)，應(yīng)用電解原理和水解原理的相關(guān)知識(shí)，可以建構(gòu)針對(duì)此情境的電解池模型：根據(jù)圖示判斷，左邊Pt 片為陽(yáng)極；根據(jù)電解原理，陽(yáng)極區(qū)是溶液中的OH-放電生成O2；根據(jù)水解原理，OH-不斷減少，促進(jìn)HCO-3不斷水解，同時(shí)K+通過(guò)陽(yáng)離子交換膜向陰極區(qū)移動(dòng)，使得陽(yáng)極區(qū)的KHCO3溶液濃度降低。試題中3 種化學(xué)模型環(huán)環(huán)相扣，缺一不可，能夠在特定情境下綜合多種化學(xué)模型考查學(xué)生的“模型認(rèn)知”能力。

3.透過(guò)情境創(chuàng)設(shè)，“模型認(rèn)知”素養(yǎng)的考查更為貼近生產(chǎn)生活實(shí)際

由試題分析可知，江蘇卷善于利用學(xué)生身邊的社會(huì)資源，緊密聯(lián)系生產(chǎn)生活實(shí)際，考查學(xué)生對(duì)化學(xué)模型的認(rèn)知能力。一方面，情境材料引入“科技熱點(diǎn)”，呈現(xiàn)國(guó)內(nèi)外科學(xué)家發(fā)表的世界領(lǐng)先的科技成果，增強(qiáng)科技成就感，如γ-分泌酶調(diào)節(jié)劑因治療阿爾茨海默氏病而成為研究焦點(diǎn)，2017年江蘇卷第17 題就以合成γ-分泌酶調(diào)節(jié)劑中間體為試題背景，展示了有機(jī)合成路線模型，以考查學(xué)生的“模型認(rèn)知”能力；另一方面，情境材料聯(lián)系“生活實(shí)際”，讓學(xué)生意識(shí)到化學(xué)與生產(chǎn)生活息息相關(guān)，化學(xué)模型也存在于人們生活周圍，如NOx（主要指NO 和NO2）是大氣主要污染物之一，2018 年江蘇卷第20 題以有效去除大氣中的NOx為背景，綜合考查學(xué)生利用化學(xué)模型解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

四、“模型認(rèn)知”素養(yǎng)考查的命題走向

隨著國(guó)內(nèi)外科學(xué)模型和建模理論研究的不斷深入，“模型認(rèn)知”越來(lái)越受到關(guān)注，它已經(jīng)融入了科學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)體系中，成為科學(xué)探究不可分割的一部分，也成為高考化學(xué)重要的考查內(nèi)容。為了全方位、高效地測(cè)查學(xué)生的“模型認(rèn)知”素養(yǎng)，未來(lái)高考化學(xué)命題將更多地關(guān)注以下內(nèi)容。

1.關(guān)注模型辨識(shí)、表征等基礎(chǔ)能力的考查，突出模型應(yīng)用與模型建構(gòu)等高層次能力的培養(yǎng)

高考化學(xué)作為對(duì)考生必備品格和關(guān)鍵能力的一種綜合性考查載體，既關(guān)注模型辨識(shí)、表征等基礎(chǔ)能力的考查，更著眼于考生化學(xué)模型應(yīng)用與模型建構(gòu)等高層次能力的培養(yǎng)。高考化學(xué)對(duì)“模型認(rèn)知”素養(yǎng)的考查要求是：在認(rèn)識(shí)模型的基礎(chǔ)上表征、應(yīng)用模型，對(duì)化學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行描述、解釋或預(yù)測(cè)，能夠針對(duì)陌生的化學(xué)問(wèn)題建構(gòu)模型、揭示規(guī)律和解決問(wèn)題。模型辨識(shí)能力是學(xué)生“模型認(rèn)知”的基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)對(duì)已知化學(xué)模型的辨認(rèn)和識(shí)別，是一切“模型認(rèn)知”活動(dòng)的前提；模型表征要求學(xué)生在認(rèn)識(shí)模型的基礎(chǔ)上理解模型表示的含義并加以表征。由此可見(jiàn)，注重考查模型的辨識(shí)和表征能力是養(yǎng)成化學(xué)“模型認(rèn)知”素養(yǎng)的基礎(chǔ)，關(guān)注模型的實(shí)際應(yīng)用、在認(rèn)識(shí)模型的基礎(chǔ)上應(yīng)用模型解決問(wèn)題，則是養(yǎng)成“模型認(rèn)知”素養(yǎng)的重要目標(biāo)。

模型應(yīng)用與模型建構(gòu)屬于“模型認(rèn)知”中的高層次能力。新課標(biāo)基于“模型認(rèn)知”素養(yǎng)的培養(yǎng)要求，倡導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用模型解決實(shí)際問(wèn)題，針對(duì)復(fù)雜、陌生的問(wèn)題，建構(gòu)化學(xué)模型。化學(xué)模型的應(yīng)用和建構(gòu)依賴于對(duì)實(shí)驗(yàn)事實(shí)的抽象概括和對(duì)已有理論知識(shí)的批判創(chuàng)新，學(xué)生需要建構(gòu)模型展示自己對(duì)問(wèn)題的理解并提出解決問(wèn)題的思路和方法，使建構(gòu)的模型適用于當(dāng)前的情境。高考命題應(yīng)該借助不同的化學(xué)模型與問(wèn)題考查學(xué)生不同層次的“模型認(rèn)知”能力，檢測(cè)考生對(duì)有關(guān)核心概念、理論的本質(zhì)規(guī)律及模型認(rèn)知框架的理解水平，了解他們“知識(shí)”建構(gòu)的過(guò)程和方式，最終達(dá)到學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)。

2.考查形式越來(lái)越豐富多元、靈活創(chuàng)新

中學(xué)階段，教科書上呈現(xiàn)的以及學(xué)生認(rèn)識(shí)的化學(xué)模型種類是有限的，特別是一些重要的化學(xué)模型，已在學(xué)生平時(shí)的練習(xí)中反復(fù)出現(xiàn)。因此，如何豐富“模型認(rèn)知”素養(yǎng)的考查形式是高考化學(xué)命題的難點(diǎn)。為了增加試題考查的靈活性，以下兩方面的創(chuàng)新將得到重視。

首先是試題呈現(xiàn)形式上的創(chuàng)新。以氧化還原反應(yīng)原理為例，常見(jiàn)的考查形式有化學(xué)方程式書寫、計(jì)算轉(zhuǎn)移電子數(shù)、計(jì)算物質(zhì)的量等。在命題過(guò)程中，教師可以根據(jù)試題情境變換命題方式，賦予傳統(tǒng)考點(diǎn)新的姿態(tài)。除了常規(guī)文字和化學(xué)符號(hào)，可以用圖片呈現(xiàn)既有美感又有科學(xué)意義的物質(zhì)反應(yīng)和結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)的多姿形態(tài)，讓學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中體驗(yàn)熟悉又陌生的化學(xué)變化。如在2017 年高考江蘇卷第18（1）題中有這樣一張圖（見(jiàn)圖1），需要學(xué)生根據(jù)試題內(nèi)容判斷M’的化學(xué)式。其摒棄了常規(guī)的化學(xué)方程式，改用化學(xué)式和“曲線+箭頭”的方式表達(dá)了氧化還原反應(yīng)中物質(zhì)的轉(zhuǎn)換。這類表現(xiàn)形式對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是新穎的，它不僅把化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化體現(xiàn)出來(lái)，還考查了學(xué)生對(duì)陌生氧化還原模型的認(rèn)知。

圖1 2017 年江蘇卷第18（1）題

其次是化學(xué)模型考查方式上的創(chuàng)新。在真實(shí)復(fù)雜的情境中，學(xué)生常常需要同時(shí)應(yīng)用多種化學(xué)模型來(lái)解決問(wèn)題，設(shè)置單一的化學(xué)模型內(nèi)容不符合當(dāng)下核心素養(yǎng)的考查要求。在化學(xué)模型種類已經(jīng)確定的前提下，可以融合兩種或兩種以上化學(xué)模型，對(duì)學(xué)生“模型認(rèn)知”能力考查提出新的要求?？v向融合較為常見(jiàn)，工藝流程題和有機(jī)合成題中是典型的考查形式。橫向融合對(duì)化學(xué)模型的內(nèi)在聯(lián)系要求較高，同時(shí)也給學(xué)生答題增加了難度。例如：通過(guò)轉(zhuǎn)化率圖像與化學(xué)平衡之間的融合，考查不同條件下反應(yīng)的平衡狀態(tài)；通過(guò)濃度變化曲線與氧化還原之間的融合，考查不同反應(yīng)物的消耗量和轉(zhuǎn)移電子數(shù)。因此，高考化學(xué)可嘗試設(shè)計(jì)化學(xué)模型融合型試題，培養(yǎng)學(xué)生在正確把握多種模型的基礎(chǔ)上，融會(huì)貫通、組合信息、綜合分析，進(jìn)而提升“模型認(rèn)知”素養(yǎng)。

3.更加緊密地聯(lián)系實(shí)際生活與當(dāng)代科技成果來(lái)創(chuàng)設(shè)試題情境

“模型認(rèn)知”素養(yǎng)不僅強(qiáng)調(diào)學(xué)生運(yùn)用模型方法認(rèn)識(shí)科學(xué)、理解科學(xué)本質(zhì)、綜合解決實(shí)際問(wèn)題等能力的培養(yǎng)，更希望養(yǎng)成學(xué)生探索未知、崇尚真理的意識(shí)，最終深刻認(rèn)識(shí)到化學(xué)對(duì)創(chuàng)造更多物質(zhì)財(cái)富和精神財(cái)富、滿足人民日益增長(zhǎng)的美好生活需要的重大貢獻(xiàn)。學(xué)生“模型認(rèn)知”的最終目的是為解決真實(shí)復(fù)雜的問(wèn)題而服務(wù)的，課本上的問(wèn)題容易單一、重復(fù)，而在真實(shí)情境下，學(xué)生遇到的問(wèn)題變化多端，涉及的化學(xué)模型種類也不止一種，這對(duì)學(xué)生的“模型認(rèn)知”能力要求更高。

化學(xué)命題在情境設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意以下兩點(diǎn)要求。一是要聯(lián)系生活，以考生耳聞目睹的社會(huì)熱點(diǎn)、生活中的實(shí)際問(wèn)題作為情境素材。這類素材真實(shí)性強(qiáng)，能引導(dǎo)學(xué)生感悟化學(xué)與人類生產(chǎn)生活之間的緊密聯(lián)系，當(dāng)學(xué)生多次運(yùn)用化學(xué)模型解決生活實(shí)際問(wèn)題后，自然而然地會(huì)強(qiáng)化“模型認(rèn)知”的意識(shí)。二是要與當(dāng)下的科學(xué)成果與研究熱點(diǎn)緊密結(jié)合，體現(xiàn)科技前沿的相關(guān)內(nèi)容。學(xué)生平時(shí)接觸的化學(xué)模型和案例大多來(lái)自教科書和教師教學(xué)素材，這些內(nèi)容都是經(jīng)過(guò)精心安排的，可能與化學(xué)前沿成果及現(xiàn)實(shí)化學(xué)工業(yè)需求關(guān)聯(lián)不大，學(xué)生學(xué)起來(lái)容易與社會(huì)“脫節(jié)”。

高考試題若能將化學(xué)基本概念、原理、基本技能和研究方法等知識(shí)，與新穎且具有挑戰(zhàn)的科學(xué)創(chuàng)新內(nèi)容、科技前沿成果結(jié)合起來(lái)，用這樣的素材考查“模型認(rèn)知”能力，既可以讓學(xué)生了解當(dāng)下學(xué)科前沿發(fā)展方向，激發(fā)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，又能幫助學(xué)生在具有高度挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù)中整合化學(xué)模型知識(shí)，養(yǎng)成“模型認(rèn)知”素養(yǎng)。