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摘 要：模型认知是高中化学课程标准中的学科五大核心素养的重要组成部分，电化学知识也是新高考的重要考查内容，因此在电化学的教学过程中如何将复杂模型进行梳理、分析并进行合理拆分，形成简单的基础模型;然后对基础模型进行重组，外延成新的教学内容。高中电化学教学贯彻模型认知素养，利用模型认知思想解决电学中化装置问题，有利于提升学生思维的分析能力，促进中学生化学学科核心素养的培养。
关键词：核心素养;模型认知;思维
化学学科核心素养是学生在接受相应的教育过程中，逐步形成适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格与关键能力[1]。《普通高中化学课程标准（2017年版）》提出化学核心素养的基本要求，包括“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”五个方面[2]。在新课程标准的指导下，教师培养学生的方式也发生了根本的变化。笔者结合多年的高中教学实践，总结了电化学教学过程中如何利用模型认知、经典模型的构建与拆分等方式解决电化学的疑难问题，这也是培养学生化学核心素养的重要知识载体。
一、基础模型有助于学生了解原电池、电解池的结构和工作原理
笔者在日常教学中发现，部分学生在电化学的学习中存在关键性的认知能力与迁移能力的不足。主要包括：（1）认知角度不明确，无法正确捕捉装置的考查维度;（2）电化学基本要素的认知不够全面，同时对装置要素与原理要素之间的关系认识不够;（3）缺乏有效的迁移能力。也就是说不能用已有的知识解决陌生素材下电化学知识的能力。介于学生在这些方面的困难，本文从电化学的基础模型从发，通过深层次构建电化学的应用模型，帮助学生解决模型认知问题。结合当代学者的主流观点，笔者认为原电池和电解池的基础模型可以概括为图1所示的装置，学生只有掌握基础模型才能对电化学基础的知识有一定的认知能力。
二、经典模型的拆分和构建有助于学生解决复杂的电化学问题
目前从课程改革后高考试题的呈现形式可以看出“电化学知识的高考考查视角更为广阔和新颖，由传统单一原理的考查（包括电极反应式的书写，正负极的判断，电子、离子的移动方向及溶液浓度、电子转移的计算等）转变为生产、生活中的实际应用、设计等。笔者认为在新课标下的电化学的教学應由知识能力向应用能力转变，能有效促进学生综合思维能力的提升，因此在模型认知中让学生的思维达到条理化、可视化，从而使所学知识系统化。运用这一教学模式，学生可以将自己的思维过程、知识结构直观地呈现出来，有助于解决更多结构复杂的问题，达到突破电化学的难点。
例1.2014年广东高考题：某同学组装了图2所示的电化学装置，电极Ⅰ为Al，其他均为Cu，则
A.电流方向：电极Ⅳ→A→电极Ⅰ
B.电极Ⅰ发生还原反应
C.电极Ⅱ逐渐溶解
D.电极Ⅲ的电极反应：Cu2 2e-=Cu
本道高考题是对原电池、电解池综合的考查。电池的工作原理一般可概括以下几点：
（1）理清电化学中氧化还原反应的本质。对原电池而言，负极失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应;对电解池而言，阳极伴随着氧化反应，阴极伴随着还原反应。
（2）判断电解质的影响及其阴阳离子的迁移。阳离子总是向阴（正）极方向迁移，阴离子总是向阳（负）极方向迁移。
（3）正确列出电池总反应式。电池总反应可以看作两个电极反应即电池半反应的叠加，也是氧化还原思想的延伸。
（4）分析反应过程中电池电极上发生的现象。如电极是否有溶解、沉淀，电极附近是否有气体逸出，电解质溶液中离子的浓度、溶液的颜色是否变化，溶液的pH是否改变等。学生虽已掌握大部分基础知识，但这些知识是分离的、片段式的，相关知识不够系统和完善。需在教学中进一步提炼和总结，才能让学生对知识进行综合性的应用。如果将此题进行拆分成图3所示的铜铝单液原电池、铜铝双液原电池（带盐桥）、电镀铜（电解池）三个装置，从而形成具体简单的装置模型，问题便可以迎刃而解。王磊在电化学认识模型及其在高三原电池复习教学中的应用：提出不论在何种形式的教学（新授课、复习课和习题考试）中，学生会遇到各种各样的问题任务，因此在课堂中要求在认识模型中加入分析型任务和设计型任务的维度和难度。包括装置反应分析、现象分析和设计电解池、原电池装置[3]。基于此，学生通过本道例题的学习，建立电化学系统认识模型，落实从原理维度和装置维度出发的核心认识角度，系统理解装置的工作原理和构成条件，明确原理和装置的关系，建立比较清晰的依据已知的氧化还原反应设计装置的主要思路和方法，提高对陌生复杂的电化学装置的分析能力。
三、经典模型的变式设计有助于学生建立有序的思维认知模型
许红梅在教学训练形式上进行研究：提出在电化学教学中组织有效的变式训练，如改变电极材料、电解质溶液、已知条件、探究角度等，培养学生的应变能力等。在课堂形式上，从学生需要出发、注重师生的对话等都是帮助学生解决困难的有效策略。在教学过程中，每位学生都是独立存在的个体，思维能力和接受方式也不尽相同。教师在课堂上如何有效地将学科内容及核心素养传递给每一位学生，必须在教学中培养学生有序的认知思维。因此，教师通过在课堂教学中呈现有梯度的习题，将原本分散的知识和概念归纳整理，不仅降低学生学习的难度，同时帮助学生构建有序的思维体系，为其后期的学习和研究奠定良好的基础。
例2.用石墨电极电解熔融的NaCl。标出电子的运动轨迹，离子的移动方向，写出相关的电极反应式、总反应式。
变式1：若将例2中熔融的NaCl变成氯化钠溶液。此时电解质溶液中离子的种类有何变化，两极得失电子的离子种类有何变化，写出相关的电极反应式和总反应式。 变式2：将变式1中石墨电极再变成Fe作为电极。分析与以上习题有何不同，写出相关的电极反应式和总反应式。
在教学中进行以上的设计，可以将电解池复习中电极的变化及电解质溶液变化进行整合，进而使学生掌握的电解池书写规则的有序思维归纳如下：
（1）观察电源的正负极，确定电解池中电极的阴阳两极。
（2）明确溶液中存在哪些离子及离子的移动方向。
（3）判断电极是否参与反应（是否为活性电极）及离子放电顺序：
阴极放电顺序：Ag >Fe3 >Cu2 >H （酸）>Fe2 >Zn2 >H （水）>Al3 >Mg2 >Na >Ca2 >K 。
阳极放电顺序：活性电极>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子
（4）写电极反应式和总的电解方程式（注明电解，写总反应时弱电解质电离出的离子要用分子表示）。
变式3：采用惰性电极电解饱和食盐水，在工业上用于氯气和氢氧化钠（俗称氯碱工业）的制备。该装置在工业制备过程有何缺点？如何改进？
通过变式1、2问题的设置，让学生比较电解饱和食盐水的条件不同（是否是惰性电极），存在哪些问题？在学生懂得以上问题后，设置变式3问题进行适当的拓展，在学生给出问题答案后，让学生明白离子交换膜存在的意义。再设问最终工业生产应该考虑哪些因素？在教学过程中组织有效的变式训练，这样一步一步地设问，可以拓展学生的思维空间，培养学生的应变能力。帮助学生掌握课本上理论知识与实际工业生产的不同之处，把握“变中不变”“以不变应万变”的思想，最终使学生既学到知识，又能培养学生严谨的科学探究能力。
四、模型认知在电化学教学中的有效教学策略
模型认知在电化学教学中起着积极的作用。最终让学生学会用已知认知模型解决陌生素材下的复杂电化学问题，因此在教学中要全面认识基础模型的存在对解决构建、拆分复杂体系的电化学模型的意义。（1）注重基础模型的建立。让学生熟悉已知模型中各要素的含义和相互关系，培养学生思维方式的建立和解题思路的形成。（2）教学中围绕工业上存在的电化学模型，多角度变换考查方式，并设置有诊断学生认知能力的环节和任务，这样既能培养学生知识和方法的迁移，又能使学生在真实的问题环境中体現模型建构的价值和意义。
五、结语
本文从学科核心素养的角度阐述电化学教学的模式，同时在电化学试题及变式中也渗透了学科素养能力的训练，这种“教”与“练”相互依存、相互提高的过程有利于促进学生化学学科核心素养的培养。
参考文献：
[1]林崇德.21世纪学生发展核心素养研究[M].北京：北京师范大学出版社，2016：29-30.
[2]王磊.在电化学认识模型及其在高三原电池复习教学中的应用[J].化学教育，2014（1）：34-40.
[3].许红梅.变式训练在电化学教学中的应用[J].化学教学，2008（1）：69-71.
关键词：核心素养;模型认知;思维
化学学科核心素养是学生在接受相应的教育过程中，逐步形成适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格与关键能力[1]。《普通高中化学课程标准（2017年版）》提出化学核心素养的基本要求，包括“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”五个方面[2]。在新课程标准的指导下，教师培养学生的方式也发生了根本的变化。笔者结合多年的高中教学实践，总结了电化学教学过程中如何利用模型认知、经典模型的构建与拆分等方式解决电化学的疑难问题，这也是培养学生化学核心素养的重要知识载体。
一、基础模型有助于学生了解原电池、电解池的结构和工作原理
笔者在日常教学中发现，部分学生在电化学的学习中存在关键性的认知能力与迁移能力的不足。主要包括：（1）认知角度不明确，无法正确捕捉装置的考查维度;（2）电化学基本要素的认知不够全面，同时对装置要素与原理要素之间的关系认识不够;（3）缺乏有效的迁移能力。也就是说不能用已有的知识解决陌生素材下电化学知识的能力。介于学生在这些方面的困难，本文从电化学的基础模型从发，通过深层次构建电化学的应用模型，帮助学生解决模型认知问题。结合当代学者的主流观点，笔者认为原电池和电解池的基础模型可以概括为图1所示的装置，学生只有掌握基础模型才能对电化学基础的知识有一定的认知能力。
二、经典模型的拆分和构建有助于学生解决复杂的电化学问题
目前从课程改革后高考试题的呈现形式可以看出“电化学知识的高考考查视角更为广阔和新颖，由传统单一原理的考查（包括电极反应式的书写，正负极的判断，电子、离子的移动方向及溶液浓度、电子转移的计算等）转变为生产、生活中的实际应用、设计等。笔者认为在新课标下的电化学的教学應由知识能力向应用能力转变，能有效促进学生综合思维能力的提升，因此在模型认知中让学生的思维达到条理化、可视化，从而使所学知识系统化。运用这一教学模式，学生可以将自己的思维过程、知识结构直观地呈现出来，有助于解决更多结构复杂的问题，达到突破电化学的难点。
例1.2014年广东高考题：某同学组装了图2所示的电化学装置，电极Ⅰ为Al，其他均为Cu，则
A.电流方向：电极Ⅳ→A→电极Ⅰ
B.电极Ⅰ发生还原反应
C.电极Ⅱ逐渐溶解
D.电极Ⅲ的电极反应：Cu2 2e-=Cu
本道高考题是对原电池、电解池综合的考查。电池的工作原理一般可概括以下几点：
（1）理清电化学中氧化还原反应的本质。对原电池而言，负极失电子发生氧化反应，正极得电子发生还原反应;对电解池而言，阳极伴随着氧化反应，阴极伴随着还原反应。
（2）判断电解质的影响及其阴阳离子的迁移。阳离子总是向阴（正）极方向迁移，阴离子总是向阳（负）极方向迁移。
（3）正确列出电池总反应式。电池总反应可以看作两个电极反应即电池半反应的叠加，也是氧化还原思想的延伸。
（4）分析反应过程中电池电极上发生的现象。如电极是否有溶解、沉淀，电极附近是否有气体逸出，电解质溶液中离子的浓度、溶液的颜色是否变化，溶液的pH是否改变等。学生虽已掌握大部分基础知识，但这些知识是分离的、片段式的，相关知识不够系统和完善。需在教学中进一步提炼和总结，才能让学生对知识进行综合性的应用。如果将此题进行拆分成图3所示的铜铝单液原电池、铜铝双液原电池（带盐桥）、电镀铜（电解池）三个装置，从而形成具体简单的装置模型，问题便可以迎刃而解。王磊在电化学认识模型及其在高三原电池复习教学中的应用：提出不论在何种形式的教学（新授课、复习课和习题考试）中，学生会遇到各种各样的问题任务，因此在课堂中要求在认识模型中加入分析型任务和设计型任务的维度和难度。包括装置反应分析、现象分析和设计电解池、原电池装置[3]。基于此，学生通过本道例题的学习，建立电化学系统认识模型，落实从原理维度和装置维度出发的核心认识角度，系统理解装置的工作原理和构成条件，明确原理和装置的关系，建立比较清晰的依据已知的氧化还原反应设计装置的主要思路和方法，提高对陌生复杂的电化学装置的分析能力。
三、经典模型的变式设计有助于学生建立有序的思维认知模型
许红梅在教学训练形式上进行研究：提出在电化学教学中组织有效的变式训练，如改变电极材料、电解质溶液、已知条件、探究角度等，培养学生的应变能力等。在课堂形式上，从学生需要出发、注重师生的对话等都是帮助学生解决困难的有效策略。在教学过程中，每位学生都是独立存在的个体，思维能力和接受方式也不尽相同。教师在课堂上如何有效地将学科内容及核心素养传递给每一位学生，必须在教学中培养学生有序的认知思维。因此，教师通过在课堂教学中呈现有梯度的习题，将原本分散的知识和概念归纳整理，不仅降低学生学习的难度，同时帮助学生构建有序的思维体系，为其后期的学习和研究奠定良好的基础。
例2.用石墨电极电解熔融的NaCl。标出电子的运动轨迹，离子的移动方向，写出相关的电极反应式、总反应式。
变式1：若将例2中熔融的NaCl变成氯化钠溶液。此时电解质溶液中离子的种类有何变化，两极得失电子的离子种类有何变化，写出相关的电极反应式和总反应式。 变式2：将变式1中石墨电极再变成Fe作为电极。分析与以上习题有何不同，写出相关的电极反应式和总反应式。
在教学中进行以上的设计，可以将电解池复习中电极的变化及电解质溶液变化进行整合，进而使学生掌握的电解池书写规则的有序思维归纳如下：
（1）观察电源的正负极，确定电解池中电极的阴阳两极。
（2）明确溶液中存在哪些离子及离子的移动方向。
（3）判断电极是否参与反应（是否为活性电极）及离子放电顺序：
阴极放电顺序：Ag >Fe3 >Cu2 >H （酸）>Fe2 >Zn2 >H （水）>Al3 >Mg2 >Na >Ca2 >K 。
阳极放电顺序：活性电极>S2->I->Br->Cl->OH->含氧酸根离子
（4）写电极反应式和总的电解方程式（注明电解，写总反应时弱电解质电离出的离子要用分子表示）。
变式3：采用惰性电极电解饱和食盐水，在工业上用于氯气和氢氧化钠（俗称氯碱工业）的制备。该装置在工业制备过程有何缺点？如何改进？
通过变式1、2问题的设置，让学生比较电解饱和食盐水的条件不同（是否是惰性电极），存在哪些问题？在学生懂得以上问题后，设置变式3问题进行适当的拓展，在学生给出问题答案后，让学生明白离子交换膜存在的意义。再设问最终工业生产应该考虑哪些因素？在教学过程中组织有效的变式训练，这样一步一步地设问，可以拓展学生的思维空间，培养学生的应变能力。帮助学生掌握课本上理论知识与实际工业生产的不同之处，把握“变中不变”“以不变应万变”的思想，最终使学生既学到知识，又能培养学生严谨的科学探究能力。
四、模型认知在电化学教学中的有效教学策略
模型认知在电化学教学中起着积极的作用。最终让学生学会用已知认知模型解决陌生素材下的复杂电化学问题，因此在教学中要全面认识基础模型的存在对解决构建、拆分复杂体系的电化学模型的意义。（1）注重基础模型的建立。让学生熟悉已知模型中各要素的含义和相互关系，培养学生思维方式的建立和解题思路的形成。（2）教学中围绕工业上存在的电化学模型，多角度变换考查方式，并设置有诊断学生认知能力的环节和任务，这样既能培养学生知识和方法的迁移，又能使学生在真实的问题环境中体現模型建构的价值和意义。
五、结语
本文从学科核心素养的角度阐述电化学教学的模式，同时在电化学试题及变式中也渗透了学科素养能力的训练，这种“教”与“练”相互依存、相互提高的过程有利于促进学生化学学科核心素养的培养。
参考文献：
[1]林崇德.21世纪学生发展核心素养研究[M].北京：北京师范大学出版社，2016：29-30.
[2]王磊.在电化学认识模型及其在高三原电池复习教学中的应用[J].化学教育，2014（1）：34-40.
[3].许红梅.变式训练在电化学教学中的应用[J].化学教学，2008（1）：69-71.