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摘要：美国教材《化学：概念与应用》中使用了丰富的模型。模型的建立是化学理论建立的基础。利用模型可以解释实验现象和化学规律，并能作出科学预测。提供结构良好的教材有利于教师进行教学设计。
关键词：美国教材；模型；概念
文章编号：1008-0546（2016）04-0031-02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.04.012
模型是对所研究目标事物的一种呈现形式。模型可帮助学生记忆与解释概念，它们让学生的思维可视化。模型通常会较实体更为简化，其尺度可能比表征对象大或小，是理论与现象间的中介物。
《化学：概念与应用》是美国高中的主流理科教材，该教材中丰富的模型种类及其蕴含的建模思想，对我们的教育教学有着一定的借鉴意义。教材是教师进行教学设计的重要依据之一，所以提供结构良好的教材，能够帮助学生建构、发展学科概念。现以第二章“物质是由原子构成的”内容为例进行分析。
一、丰富的模型种类
《化学：概念与应用》中的第二章“物质是由原子构成的”使用了丰富的模型。
1. 言语模型
言语模型是指解释的、描述的、陈述的类比和隐喻的模型。如《化学：概念与应用》中用俄罗斯套娃与电子能级对比时描述到“假如将套娃比做原子，那么，最大的套娃代表最外层、能量最高的能级。类似地，最大的套娃也代表价电子。”
2. 视觉模型
视觉模型是指学生通过视觉观察到的模型（如图片、表格、视频、动画等）。通过形象视觉模型的呈现，学生更易感受到微观世界的奇妙，也更有助于学生正确理解化学概念的内涵。其实学生在进行概念同化的同时，也是在不断重新建构自己的心智模型，即在不断修改和完善自己的知识结构。如《化学：概念与应用》中有“电子迁移就像爬梯子”的模型（见图1）。
3. 数学模型
数学模型是指把客观事物的某些性质借助数学表达式来表现，数学模型是一种抽象、准确和预测的模型。如《化学：概念与应用》中计算氯的平均原子质量的计算方法（见表1）。
4. 符号模型
符号模型是指采用特定的化学专用符号，在符合化学原理的前提下，按照特定的化学组合方式代替原型的一种方法，如《化学：概念与应用》中用符号Cl-37表示一种质量数为37，质子数为17，中子数为20的氯原子。
5. 混合模型
混合模型是指多种模型的同时使用。如包含语言的视觉模型称为视觉混合模型。如《化学：概念与应用》中对阴极射线管的处理采取了混合模型，其在语言模型中描述为“当阴极射线管接上高压电源后，阴极就会放出一束射线，并在涂有荧光粉的板上生成绿光” 。其视觉模型的表现如图2所示。
二、多样的模型功能
由于模型不仅是已有认识的总结，同时也增加了人类的假设和猜想，所以模型具有多样的功能。
1. 简化复杂现象，利于思考
模型是对研究目标的一种简化描绘，它简化并体现原型与研究目标的根本联系，略去微小的细节。在《化学：概念与应用》中的电子式就是表示价电子的常用符号。它是用小黑点（·）表示价电子，再将这些小黑点描在元素符号的周围。在电子式中，每个小黑点代表一个电子，而元素符号代表原子的内核（除价电子以外的部分）。
2. 提供易于理解的方式
通过模型形成一个关于物质内部如何作用的假想机制，然后通过模拟，去推测物质结构，从而解释观察到的实验现象。在《化学：概念与应用》中用爬梯子的模型来解释电子迁移。就像你要上下梯子一样，你的脚只能搁在梯子的横档上，电子同样也只能在一定的能量水平上运动，而不是在两个能级之间运动。当电子吸收了某个特定的能量后，就可跃迁到相对高级的能级上。这个能量就是电子跃迁的两个能级之间的能量差。
3. 提供深刻理解的媒介
在《化学：概念与应用》中用俄罗斯套娃模型来解释电子能级。假如你抽出最外层的一个套娃，可以发现，里面有一个类似但小一些的套娃。这个套娃代表由原子核和电子组成的内核，但不含价电子。
4. 展示强大的预测能
模型在建立过程中，会舍去大量次要的细节，突出物质的主要特征，因而易于发挥想象，使得模型超越现有条件，形成科学预见。在人类认识原子模型的过程中，卢瑟福通过α—粒子散射实验（也称为金箔实验）来研究原子的结构，通过观察该实验的现象，他的研究小组预测出因为电子的质量太小，原子核占据几乎所有的原子质量。也就是说，原子核非常稠密，核的周围则是容纳电子的宽阔空间。
5. 提供实验与理论的推导关系
如对发射光谱的研究促使科学家提出一个观点，电子是在围绕原子核周围的具有特定能量的轨道上运动的。
三、启示
美国教材《化学：概念与应用》比较重视模型和建立模型的过程在化学核心概念形成过程中的重要作用。尤其是教材中大量精彩图片（视觉模型）的呈现，使化学中很多抽象、难懂的化学概念形象地呈现在学生面前，降低了学习难度，并符合学生的认知规律。这也提醒我们在教学中要树立帮助学生逐步学会建立模型的基本方法，这也会提高我们的课堂效率。
参考文献
[1] 王祖浩等.化学概念与应用[M].杭州：浙江教育出版社，2008
[2] 邱美虹，钟建坪.模型观点在化学教科书中的角色与对化学教学之启示[J].化学教学，2014，（1）：3-7
[3] 周红，马云鹏，张二庆.模型与建模在科学教育概念转变中的作用及启示[J].现代教育管理，2013，（4）：52-55
[4] 何美，裴新宁.科学教学中的建模活动：若干概念与研究主题[J].全球教育展望，2009，（2）：82-86
关键词：美国教材；模型；概念
文章编号：1008-0546（2016）04-0031-02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.04.012
模型是对所研究目标事物的一种呈现形式。模型可帮助学生记忆与解释概念，它们让学生的思维可视化。模型通常会较实体更为简化，其尺度可能比表征对象大或小，是理论与现象间的中介物。
《化学：概念与应用》是美国高中的主流理科教材，该教材中丰富的模型种类及其蕴含的建模思想，对我们的教育教学有着一定的借鉴意义。教材是教师进行教学设计的重要依据之一，所以提供结构良好的教材，能够帮助学生建构、发展学科概念。现以第二章“物质是由原子构成的”内容为例进行分析。
一、丰富的模型种类
《化学：概念与应用》中的第二章“物质是由原子构成的”使用了丰富的模型。
1. 言语模型
言语模型是指解释的、描述的、陈述的类比和隐喻的模型。如《化学：概念与应用》中用俄罗斯套娃与电子能级对比时描述到“假如将套娃比做原子，那么，最大的套娃代表最外层、能量最高的能级。类似地，最大的套娃也代表价电子。”
2. 视觉模型
视觉模型是指学生通过视觉观察到的模型（如图片、表格、视频、动画等）。通过形象视觉模型的呈现，学生更易感受到微观世界的奇妙，也更有助于学生正确理解化学概念的内涵。其实学生在进行概念同化的同时，也是在不断重新建构自己的心智模型，即在不断修改和完善自己的知识结构。如《化学：概念与应用》中有“电子迁移就像爬梯子”的模型（见图1）。
3. 数学模型
数学模型是指把客观事物的某些性质借助数学表达式来表现，数学模型是一种抽象、准确和预测的模型。如《化学：概念与应用》中计算氯的平均原子质量的计算方法（见表1）。
4. 符号模型
符号模型是指采用特定的化学专用符号，在符合化学原理的前提下，按照特定的化学组合方式代替原型的一种方法，如《化学：概念与应用》中用符号Cl-37表示一种质量数为37，质子数为17，中子数为20的氯原子。
5. 混合模型
混合模型是指多种模型的同时使用。如包含语言的视觉模型称为视觉混合模型。如《化学：概念与应用》中对阴极射线管的处理采取了混合模型，其在语言模型中描述为“当阴极射线管接上高压电源后，阴极就会放出一束射线，并在涂有荧光粉的板上生成绿光” 。其视觉模型的表现如图2所示。
二、多样的模型功能
由于模型不仅是已有认识的总结，同时也增加了人类的假设和猜想，所以模型具有多样的功能。
1. 简化复杂现象，利于思考
模型是对研究目标的一种简化描绘，它简化并体现原型与研究目标的根本联系，略去微小的细节。在《化学：概念与应用》中的电子式就是表示价电子的常用符号。它是用小黑点（·）表示价电子，再将这些小黑点描在元素符号的周围。在电子式中，每个小黑点代表一个电子，而元素符号代表原子的内核（除价电子以外的部分）。
2. 提供易于理解的方式
通过模型形成一个关于物质内部如何作用的假想机制，然后通过模拟，去推测物质结构，从而解释观察到的实验现象。在《化学：概念与应用》中用爬梯子的模型来解释电子迁移。就像你要上下梯子一样，你的脚只能搁在梯子的横档上，电子同样也只能在一定的能量水平上运动，而不是在两个能级之间运动。当电子吸收了某个特定的能量后，就可跃迁到相对高级的能级上。这个能量就是电子跃迁的两个能级之间的能量差。
3. 提供深刻理解的媒介
在《化学：概念与应用》中用俄罗斯套娃模型来解释电子能级。假如你抽出最外层的一个套娃，可以发现，里面有一个类似但小一些的套娃。这个套娃代表由原子核和电子组成的内核，但不含价电子。
4. 展示强大的预测能
模型在建立过程中，会舍去大量次要的细节，突出物质的主要特征，因而易于发挥想象，使得模型超越现有条件，形成科学预见。在人类认识原子模型的过程中，卢瑟福通过α—粒子散射实验（也称为金箔实验）来研究原子的结构，通过观察该实验的现象，他的研究小组预测出因为电子的质量太小，原子核占据几乎所有的原子质量。也就是说，原子核非常稠密，核的周围则是容纳电子的宽阔空间。
5. 提供实验与理论的推导关系
如对发射光谱的研究促使科学家提出一个观点，电子是在围绕原子核周围的具有特定能量的轨道上运动的。
三、启示
美国教材《化学：概念与应用》比较重视模型和建立模型的过程在化学核心概念形成过程中的重要作用。尤其是教材中大量精彩图片（视觉模型）的呈现，使化学中很多抽象、难懂的化学概念形象地呈现在学生面前，降低了学习难度，并符合学生的认知规律。这也提醒我们在教学中要树立帮助学生逐步学会建立模型的基本方法，这也会提高我们的课堂效率。
参考文献
[1] 王祖浩等.化学概念与应用[M].杭州：浙江教育出版社，2008
[2] 邱美虹，钟建坪.模型观点在化学教科书中的角色与对化学教学之启示[J].化学教学，2014，（1）：3-7
[3] 周红，马云鹏，张二庆.模型与建模在科学教育概念转变中的作用及启示[J].现代教育管理，2013，（4）：52-55
[4] 何美，裴新宁.科学教学中的建模活动：若干概念与研究主题[J].全球教育展望，2009，（2）：82-86