基于“教学融评”四维联动的初中科学建模教学实践

科学建模是当前科学教育研究的核心内容之一。科学建模本质上是对复杂体系内在逻辑进行选择性的抽象表达，既去除非本质的细枝末节，又保留系统核心结构，促使学生形成“整体—部分”的分析逻辑。当前，建模能力正成为个人认知进化的关键素养。

传统复习课教学模式常常陷入“罗列知识点—例题讲解—习题训练”的循环，容易让学生脑中的知识变成“孤岛”，知识碎片化问题严重。以“酸碱盐”内容为例，大部分学生无法自主梳理知识脉络，追根溯源在于教学未能揭示知识间的系统联系，出现三重断层：“酸碱盐”知识点散见于教材多个章节，常见教学中缺乏整合设计，形成教材教学内容编排的线性割裂；教师过度拆分讲解具体反应，忽视反应与反应间的系统联系；学生机械背诵反应方程式或默写常见酸碱盐的溶解性表，却无法理解具体应用。学生可能陷入思维惰性，学科思维难以显性化，元认知能力培养不足。

本课例尝试构建“知识整合—思维显化—评价立体化”的新型复习课教学模式，通过“教学融评”四维联动，在化学知识学习中融入物理、生物等学科视角，培养学生的科学建模能力。

表1：“教学融评”功能定位与实施策略示例

基于建构主义理论，构建“教—学—融—评”四维联动的建模教学模式，在整合知识显化思维、立体化评价的同时，突出跨学科融合特色。教学中，运用渐进式认知支持体系满足学生认知需求，给予不同阶段学生不同的教学策略支持，最终达成能力的内化。

（一）教：播种—认知基模的跨学科建构

教学设计呈现符合学生认知的梯度情境，从基础任务（废液离子多学科分析）、到进阶任务（模型构建）、再到提升任务（模型的跨场景整合）。打破学科壁垒：化学视角，将散见于教材“物质性质”“离子反应”“溶液体系”等章节的“酸碱盐”知识点进行整合；物理视角，引入“溶液导电性”实验，通过电流变化分析离子浓度；生物视角，关联“水质对生物影响”，讨论废液处理的生态意义。

（二）学：生长—抽象思维的显性化表达

教师引导学生通过一系列学习任务和活动，思维在课堂中显性化。在探究废液中溶质成分时，首先进行多学科观察，记录气泡或沉淀等现象，测量溶液导电性，观察废液对水蚤生存的影响；再根据现象进行跨学科提取，从化学现象判断反应类型，从电流变化推导离子存在，从生物实验分析废液危害；最后进行归纳与建模，整合证据，用“离子关系图谱”表达规律，并结合“跨学科关联表”解决问题。

（三）融：收获—复杂情境的跨学科迁移

师生通过废液中溶质探究等内容，形成“离子显形图谱”，并归纳出“离子显形三步法”拓展到跨学科场景问题解决。从观察现象到分析反应再到验证确定，具有较强的操作性与实用性，将化学反应中的复杂问题条理化、清晰化，降低问题难度，增强学习信心，提高复习效率，同时强化“科学服务生活”的意识。比如可应用于工业废液处理情境，结合物理的“过滤”、化学的“中和”、生物的净化技术，设计简易处理方案。

（四）评：体检—建模能力的动态诊断

课堂中，教师创设条件让学生探索并总结规律建立模型。再从过程逻辑性、结果准确性、跨学科整合度三个维度建立评价量表，评估学生学习情况，优化“教学融”各环节，进而达到提升学生建模能力的目的。

（一）基础任务（废液离子多学科分析）

任务一：探究Na2CO3和H2SO4混合制取CO2后，废液（甲）中溶质的成分。这一探究过程充分体现了“宏观现象解构—微观粒子推演—符号系统表征”的逻辑关系过程。学生观察到反应过程中有气泡生成的宏观现象，并对气泡的生成原因进行微观解释，是因为H+与CO32-发生了反应；再根据微观解释，写出反应原理Na2CO3+H2SO4=Na2SO4+H2O+CO2↑；这一过程中，学生深入理解了离子之间的相互作用，把宏观现象与微粒运动联系起来，并将整个反应用化学方程式规范书写，清晰理解了化学反应的本质。测量反应前后溶液物理电导率变化，验证离子浓度降低；取少量废液滴入水蚤培养液，观察活动状态，初步判断酸性对生物的危害。

任务二：研究废液（乙）【Na2CO3和Ba（OH）2的混合液】中的离子种类。观察沉淀等宏观现象，推演微观粒子CO32-与Ba2+的反应，并用化学方程式进行符号表征。对比反应前后溶液密度的变化，关联溶质质量变化。随后引导学生“观同辨异”：两种废液均含Na+，但甲显酸性、乙可能显碱性，为后续模型构建进行铺垫。

（二）进阶任务（模型构建）

任务三：构建离子关系图谱。教师创设条件，让学生探索并总结规律。结合“抽象1：判断废液中溶质成分的规律”“抽象2：以上思维过程可以概括为哪几步”“抽象3：完成离子显形图谱”三项活动，绘制出离子关系图谱（见图1）。

图1：离子关系图谱

在此基础上，进一步形成“离子关系—学科关联”的整合。比如物理特性关联，OH-浓度高则溶液电导率高、pH>7；生物特性关联，废液对生物有影响，高浓度Cu2+会导致水蚤死亡等。通过小组合作，将分散的学科知识整合为可视化图谱，实现知识系统化。

（三）提升任务（模型的跨场景整合）

教师设置两个课后任务。课后任务一：某学校化学课外活动小组将一些可溶性化合物溶于水，配制成的甲、乙两种溶液中共含有H+、Ag+、k+、Ba2+、OH-、Cl-、NO3-、CO32-8种离子，两种溶液中所含离子各不相同，已知向甲溶液中滴入石蕊试液，石蕊试液变成蓝色，基于此判断乙溶液中含有的离子。从离子共存的角度，考查学生运用所学模型解题的能力。结合学生的答题结果，进行跨学科验证：乙溶液H+浓度高，电导率应高于甲，且因为酸性较弱，对水蚤毒性较低。同时，应用评价量表对学生的表达过程进行评价，重点关注模型应用的准确性和跨学科思维的逻辑性。

课后任务二：甲溶液（Na2SO4和H2SO4）和乙溶液（NaOH和Na2CO3）混合，得到未知溶液，pH>7，判断未知溶液中有哪几种离子。学生需要整合“离子共存规则”“守恒定律”等多重模型加以应用。当去除“pH>7”这一限定条件，问题复杂程度会有所提升。此时，可以尝试将物理电学模型迁移至化学场景，通过导电性实验实现离子种类的推导。这种跨模型的整合实践能够让学生更透彻地理解离子的性质和反应机制，拓宽解题思路，同时提升学科思维。