建構(gòu)化學(xué)思維模型 提高課堂教學(xué)有效性

林志強(qiáng)

摘 要：本文以“轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式”為切入口，探討提高化學(xué)課堂教學(xué)有效性的一種教學(xué)方法。闡述化學(xué)思維建模的含義、化學(xué)思維建模的基本過程。以教學(xué)案例的方式介紹化學(xué)思維建模在教學(xué)中的運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：思維建模；方法；教學(xué)；有效性

1 問題的提出

隨著課程改革的不斷深入，建構(gòu)主義教學(xué)理論得到廣泛認(rèn)同與應(yīng)用。建構(gòu)主義認(rèn)為：知識(shí)是由學(xué)生在老師的幫助和促進(jìn)下主動(dòng)進(jìn)行的有意義的建構(gòu)。“對(duì)于學(xué)習(xí)者來說，支持有意義的學(xué)習(xí)最有力的策略之一就是對(duì)他們所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行模型的建構(gòu)?！被瘜W(xué)思維模型建構(gòu)（簡(jiǎn)稱“化學(xué)思維建模”）是建構(gòu)主義理論在化學(xué)教學(xué)中的運(yùn)用，是一個(gè)學(xué)化學(xué)、做化學(xué)、用化學(xué)的過程，它體現(xiàn)了學(xué)和用的統(tǒng)一；是促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變，提高化學(xué)課堂教學(xué)有效性的有效方法。

2 有效教學(xué)與化學(xué)思維建模

2.1 有效教學(xué)的涵義

有效教學(xué)是指教師在遵循教學(xué)活動(dòng)的客觀規(guī)律下，以盡可能少的時(shí)間、精力和物力投入，取得盡可能多的教學(xué)效果，滿足社會(huì)和個(gè)人的教育價(jià)值需求而組織實(shí)施的活動(dòng)。它包括以下三個(gè)方面的內(nèi)容。

（1）有效果。有效果是指對(duì)教學(xué)活動(dòng)結(jié)果與預(yù)期教學(xué)目標(biāo)的吻合程度的評(píng)價(jià)。

（2）有效率。教學(xué)活動(dòng)是一種精神性生產(chǎn)活動(dòng)，教學(xué)效率可表達(dá)為：教學(xué)效率=教學(xué)產(chǎn)出（效果）/教學(xué)投入=有效教學(xué)時(shí)間/實(shí)際教學(xué)時(shí)間。

（3）有效益。有效益是指教學(xué)收益，教學(xué)活動(dòng)的價(jià)值實(shí)現(xiàn)。

2.2 化學(xué)思維建模的含義

思維模型，簡(jiǎn)要地說它就是一種科學(xué)操作和科學(xué)思維的基本方法。思維模型的建構(gòu)（簡(jiǎn)稱“思維建模”）是指通過抽象、概括和一般化，把特定的研究對(duì)象或問題轉(zhuǎn)化為普遍的本質(zhì)規(guī)律（一個(gè)已有的關(guān)系、共性或結(jié)構(gòu)），從而用以解決實(shí)際問題的思維方法。其原理就是人們常說的“把未知轉(zhuǎn)化為已知，用已知來解決未知”。作為學(xué)習(xí)過程的一種中介，思維模型可以更好地認(rèn)識(shí)和改造研究原型、建構(gòu)新型客體；作為解決問題的一種方法，思維模型可以再現(xiàn)原型客體的某種本質(zhì)特性，解決現(xiàn)實(shí)世界的一些類似問題。

美國(guó)學(xué)者喬納森認(rèn)為，建模是一種能夠激發(fā)、支持和評(píng)估概念轉(zhuǎn)變的強(qiáng)有力策略。如果學(xué)習(xí)者不能對(duì)自己所學(xué)所知建構(gòu)模型的話，那么他通常是很難真正理解這部分知識(shí)的。他認(rèn)為建構(gòu)思維模型能讓學(xué)習(xí)者超越他們以記憶為主的思維局限和解決問題的局限，從而有效促進(jìn)了有意義學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)。

化學(xué)思維模型的建構(gòu)是指在學(xué)習(xí)化學(xué)的過程中，運(yùn)用一定的思維方法學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)和解決化學(xué)問題的學(xué)習(xí)模式，是在學(xué)生具有完整或相對(duì)完整的化學(xué)知識(shí)體系、方法體系和能力體系的前提下，試圖通過引導(dǎo)學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)體系予以歸納、總結(jié)，自主建立一個(gè)完整的化學(xué)知識(shí)體系，逐步形成個(gè)人在學(xué)習(xí)、應(yīng)用化學(xué)過程中的思維模型。

3 化學(xué)思維建模的基本流程

依據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容、化學(xué)學(xué)科的本質(zhì)和化學(xué)思想進(jìn)行化學(xué)思維建模，才能使化學(xué)課堂教學(xué)的有效性最大化。化學(xué)思維建構(gòu)常用的方法有：比較法、分類法、類比法、歸納法、演繹法、守恒思想法等。針對(duì)不同的學(xué)習(xí)內(nèi)容，可用其中的一種或幾種方法進(jìn)行思維建模。

建構(gòu)化學(xué)思維模型簡(jiǎn)單地說就是從“個(gè)別”抽象出“一般”，再用“一般”應(yīng)用于其它類似的“個(gè)別”的過程?；具^程可以用圖1模型表示。

4 化學(xué)思維建模在教學(xué)中的實(shí)踐

4.1 化學(xué)概念教學(xué)

化學(xué)的靈魂是概念。為提高概念教學(xué)的有效性，教師首先要在學(xué)生的活動(dòng)中構(gòu)建概念形成的思維模型，通過比較、分類等思維方法，使學(xué)生準(zhǔn)確理解概念的實(shí)質(zhì)、內(nèi)涵和外延。然后再引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)運(yùn)用這些化學(xué)基本概念去解決實(shí)際問題的思維模型。

案例一 氧化還原反應(yīng)教學(xué)的思維建模教學(xué)

（1）建構(gòu)氧化還原反應(yīng)的概念圖（見圖2）

（2）建構(gòu)氧化還原反應(yīng)的分析程序模型（見圖3）

（3）運(yùn)用氧化還原反應(yīng)規(guī)律書寫化學(xué)方程式的思維模型（見圖4）

應(yīng)用舉例：往含F(xiàn)e2+的溶液中滴加酸性KMnO4溶液，KMnO4溶液褪色，寫出反應(yīng)的離子方程式。

應(yīng)用化學(xué)思維模型解決問題：

①根據(jù)氧化還原反應(yīng)規(guī)律和題目信息，確定氧化劑、還原劑分別為MnO4-、Fe2+；氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物分別為Fe3+、Mn2+

MnO4-+Fe2+→Fe3++Mn2+

②用化合價(jià)升降法配平氧化劑、還原劑和氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物的系數(shù)

MnO4-+5Fe2+→5Fe3++Mn2+

③根據(jù)電荷守恒反應(yīng)物要補(bǔ)上H+，根據(jù)元素守恒產(chǎn)物要補(bǔ)上H2O

MnO4-+5Fe2+ + H+→5Fe3++Mn2++H2O

④用觀察法配平H+、H2O的系數(shù)

MnO4-+5Fe2+ +8 H+=5Fe3++Mn2++4H2O

⑤檢查。

4.2 基本理論教學(xué)

化學(xué)的核心是理論?；瘜W(xué)基礎(chǔ)理論是貫穿于中學(xué)化學(xué)的一條主線。

案例二 運(yùn)用蓋斯定律書寫熱化學(xué)方程式的思維模型

寫出待求的化學(xué)方程式并注明各物質(zhì)的狀態(tài)→配平化學(xué)方程式→找出待求方程式中各物質(zhì)在已知方程式中的位置→根據(jù)待求方程式中各物質(zhì)的系數(shù)和位置對(duì)已知方程式進(jìn)行處理，得到變形后的新方程式→將新得到的方程式進(jìn)行加成（反應(yīng)熱也需要相應(yīng)加減）→寫出待求的熱化學(xué)方程式→檢查與檢驗(yàn)。

應(yīng)用舉例：已知：①C（s）+O2（g）=CO2（g）

ΔH= -393.5 kJ·mol-1

②2CO（g）+O2（g）=2CO2（g） ΔH= -566 kJ·mol-1

寫出碳在氧氣中不完全燃燒生成CO的熱化學(xué)方程式。

化學(xué)思維模型解題：

（1）寫出碳在氧氣中不完全燃燒生成CO的化學(xué)方程式并注明各物質(zhì)的狀態(tài)

C（s）+O2（g）→CO（g）

（2）配平化學(xué)方程式 2C（s）+O2（g）=2CO（g）

（3）找出待求方程式中C和CO在已知方程式中的位置和系數(shù)匹配（待求方程式中C在左邊，系數(shù)為2，而C在①式中左邊，系數(shù)為1；待求方程式中CO在右邊，系數(shù)為2，CO在②式中左邊，系數(shù)為2）。

（4）已知方程式變形處理（①式×2；②式填加“-”號(hào)）

（5）計(jì)算ΔH=-393.5×2+566=-221

（6）寫出碳在氧氣中不完全燃燒生成CO的熱化學(xué)方程式

2C（s）+O2（g）=2CO（g） △H= -221kJ·mol-1

案例三 原電池、電解池核心知識(shí)建構(gòu)的思維模型圖

（1）原電池正負(fù)極判斷方法（見圖5）：

（2）電子流向（外電路電子導(dǎo)電，內(nèi)電路由離子移動(dòng)導(dǎo)電），電流方向，離子移動(dòng)方向見圖6，判斷溶液pH的變化，有關(guān)計(jì)算（電化學(xué)中的計(jì)算往往要利用兩電極得失電子總數(shù)相等）。

4.3 物質(zhì)性質(zhì)教學(xué)

由于元素化合物知識(shí)的內(nèi)容豐富、知識(shí)分散、聯(lián)系廣泛、一般性與特殊性并存，學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)存在認(rèn)識(shí)容易、遺忘率高、綜合應(yīng)用較難的問題。利用化學(xué)思維建模能很好梳理知識(shí)，使知識(shí)有序存儲(chǔ)，并為其它元素化合物知識(shí)的學(xué)習(xí)積累經(jīng)驗(yàn)，逐步形成學(xué)習(xí)、記憶和應(yīng)用元素化合物知識(shí)的有效方法。

案例四 SO2化學(xué)性質(zhì)研究的思維模型（見圖7）

5 結(jié)束語

化學(xué)思維建模教學(xué)是教與學(xué)的統(tǒng)一，以學(xué)為主，以學(xué)生為本，有利于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力；教學(xué)化學(xué)建模教學(xué)能積極地啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，開啟學(xué)生的智力，用科學(xué)的思維方法，將凌亂的知識(shí)系統(tǒng)化、深入化，從而在提高學(xué)生的思維能力和思維品質(zhì)方面，表現(xiàn)出獨(dú)特的效果；化學(xué)思維建模教學(xué)轉(zhuǎn)變了教師的“教“、學(xué)生的”學(xué)“的方式，促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)，使三維目標(biāo)得到統(tǒng)一和諧的發(fā)展，提高了化學(xué)課堂教學(xué)的有效性。

參考文獻(xiàn)：

[1]張璐.略論有效教學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)[J].教育理論與實(shí)踐，2000（11）：37-40.

[2]（美）喬納森著，顧小清等譯.用于概念轉(zhuǎn)變的思維工具：技術(shù)支持的思維建模[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2008.

[3]王滋旻. 化學(xué)建模教學(xué)課程設(shè)計(jì)的初步探索[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2006（7）：12-13.