什么是高中生化學(xué)問題解決中的建模能力

摘要:化學(xué)模型在高中生的化學(xué)學(xué)習(xí)中居于重要地位，本文從高中生化學(xué)問題解決的過程和步驟出發(fā)，明確了高中生化學(xué)問題解決中的建模能力的定義，并且構(gòu)建了該能力的三個(gè)維度，即模型建構(gòu)能力、模型檢驗(yàn)?zāi)芰?、模型?yīng)用能力。

關(guān)鍵詞:化學(xué)模型;問題解決;建模能力

關(guān)于化學(xué)模型已經(jīng)有不少學(xué)者進(jìn)行了討論，然而筆者注意到有關(guān)高中生化學(xué)問題解決中的建模能力方面的研究幾乎沒有。本文對其概念和內(nèi)涵做了初步的探討，以期能夠幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)化學(xué)模型。

一、 高中生化學(xué)問題解決中的建模能力的內(nèi)涵

高中生化學(xué)問題解決中的建模能力的提高是落實(shí)新課程化學(xué)課程目標(biāo)——培養(yǎng)學(xué)生解決與化學(xué)相關(guān)的實(shí)際問題能力的重要內(nèi)容。它的內(nèi)涵到底是什么，我們從高中生的化學(xué)問題解決的過程做了分析。

常見含氧酸HmROn可寫成ROx(OH)y的形式。幾種常見酸的電離常數(shù)的粗略值如下表所示。

已知H3PO3的電離常數(shù)Ka=1×10-2，請畫出H3PO3的結(jié)構(gòu)式。

該問題學(xué)生的解題過程如下:(1)讀題;(2)明示問題;(3)尋找含氧酸結(jié)構(gòu)與電離常數(shù)的關(guān)系;(4)確定H3PO3的ROx(OH)y表達(dá)式;(5)畫出H3PO3的結(jié)構(gòu)式;(6)檢查解題過程和結(jié)果的正確性。

從上面問題解決過程的分析我們可以知道，學(xué)生在解決該問題時(shí)，首先通過感知和思維的相互作用明示問題，分析問題的初始狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)以及問題中的障礙所在，如果一次不能有效地明示問題，學(xué)生在元認(rèn)知的監(jiān)控下，會(huì)重新進(jìn)行問題的表征，直到真正了解問題的本質(zhì)，其問題解決行為圖如下:

A:常見含氧酸HmROn可寫成ROx(OH)y的形式

B:常見含氧酸的電離常數(shù)表格

C:H3PO3的電離常數(shù)Ka=1×10-2

D:畫出H3PO3的結(jié)構(gòu)式

E:類比的方法

F:將次氯酸、氯酸、高氯酸、硫酸、磷酸的化學(xué)式分別寫成Cl(OH)、ClO2(OH)、ClO3(OH)、SO2(OH)2、PO(OH)3的形式

G:分析、抽象

H: ROx(OH)y中的x=0，1，2，3，電離常數(shù)的指數(shù)項(xiàng)分別為-7、-2、3、8

I:概括綜合

J:ROx(OH)y的電離常數(shù)可表示成Ka=1×10-7+x

K:分析比較

L:H3PO3的ROx(OH)y表達(dá)式為(PH)O (OH)2

L:H3PO4的結(jié)構(gòu)式的表示形式

M:類比的方法

N:H3PO3的結(jié)構(gòu)式

分析學(xué)生解決該類問題的過程，可以發(fā)現(xiàn)其解決問題大致經(jīng)過了下列幾個(gè)階段:問題表征、模型建構(gòu)、模型檢驗(yàn)和模型應(yīng)用，解題流程可用圖2表示。

明示問題是化學(xué)問題解決活動(dòng)中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。明示問題是指根據(jù)“化學(xué)問題”的特點(diǎn)和要求把發(fā)現(xiàn)的問題明確化，是解決問題的前提。在正確表征的基礎(chǔ)上，運(yùn)用科學(xué)方法并結(jié)合所學(xué)知識，進(jìn)行模型搜索，如果學(xué)生自身有這樣的模型接著就會(huì)進(jìn)行模型匹配，從而解決問題;但是如果學(xué)生自身沒有已知的模型適合此題，那么就要進(jìn)入模型建構(gòu)環(huán)節(jié)并且在進(jìn)一步檢驗(yàn)之后得到問題的解，在所有的活動(dòng)中都受到元認(rèn)知監(jiān)控，以上就是高中生化學(xué)建模解題的全過程。

根據(jù)以上研究，我們初步得到:高中生化學(xué)問題解決中的建模能力是高中生在正確表征化學(xué)問題的基礎(chǔ)上，運(yùn)用數(shù)理方法或邏輯方法將化學(xué)實(shí)際問題抽象成用化學(xué)語言表述的模型，并對模型進(jìn)行檢驗(yàn)、運(yùn)用于解決相關(guān)化學(xué)實(shí)際問題的能力。

二、高中生化學(xué)問題解決中的建模能力的構(gòu)成要素

目前還未有人對高中生化學(xué)問題解決中的建模能力的結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，在分析高中生解決該類問題的過程的基礎(chǔ)上，我們認(rèn)為高中生化學(xué)問題解決中的化學(xué)建模能力包括模型建構(gòu)能力、模型檢驗(yàn)、模型應(yīng)用三個(gè)方面。

1. 模型建構(gòu)能力

學(xué)生在遇到化學(xué)問題以后，能正確表征化學(xué)問題，將化學(xué)問題進(jìn)行分解、抽象、概括。利用自己所學(xué)的知識，在元認(rèn)知的調(diào)控和監(jiān)督下能在給定的化學(xué)問題情景中，確定研究對象，抓住主要特點(diǎn)，忽略次要因素，應(yīng)用抽象、概括等思維方法及相關(guān)學(xué)科知識，最終用簡潔的化學(xué)語言對化學(xué)問題中的抽象元素進(jìn)行表達(dá)和加工，再根據(jù)掌握的信息建立合適的化學(xué)模型以解決相應(yīng)的化學(xué)問題。

2. 模型檢驗(yàn)?zāi)芰?/p>

實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，只有經(jīng)過檢驗(yàn)，才能確定模型是否正確。學(xué)生在建模解題的過程中不得不經(jīng)歷模型檢驗(yàn)這一環(huán)節(jié)，這就要求學(xué)生能夠?qū)瘜W(xué)模型的建構(gòu)過程進(jìn)行評價(jià)和反思?；瘜W(xué)模型的檢驗(yàn)至關(guān)重要，不僅要檢驗(yàn)化學(xué)模型的建構(gòu)過程，同時(shí)還要根據(jù)化學(xué)實(shí)驗(yàn)事實(shí)檢驗(yàn)所建構(gòu)的化學(xué)模型是否科學(xué)合理。模型檢驗(yàn)?zāi)芰χ苯佑绊懼咧猩麄€(gè)化學(xué)建模的結(jié)果。

化學(xué)模型也不是一成不變的，由于其條件性和階段性的特點(diǎn)，必須不斷地對化學(xué)模型進(jìn)行檢驗(yàn)，以使其更加完善。由于學(xué)生在平常的學(xué)習(xí)中很少涉及評價(jià)方面，他們沒有檢驗(yàn)的意識，也不太了解如何進(jìn)行檢驗(yàn)。因此，這一能力層次對學(xué)生來說是個(gè)挑戰(zhàn)。

3. 模型應(yīng)用能力

學(xué)生建立化學(xué)模型的目的是為了解決化學(xué)問題，這就要求學(xué)生能夠建立起化學(xué)問題與化學(xué)模型之間的對應(yīng)關(guān)系。但是，化學(xué)模型的應(yīng)用不僅僅是指將化學(xué)模型應(yīng)用于解決某一個(gè)問題，還包括確定該化學(xué)模型的具體適用范圍。

高中生化學(xué)問題解決中的建模能力是由多種成分組成的統(tǒng)一的有機(jī)體，多種成分相互影響、相互作用，缺失其中的任一成分，高中生都不可能形成較強(qiáng)的化學(xué)問題解決中的建模能力。

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