談初中化學(xué)思維建模

【摘 要】思維建模是抽取一類問(wèn)題的本質(zhì)特征，形成對(duì)該類問(wèn)題的結(jié)構(gòu)化認(rèn)識(shí)，并找出問(wèn)題解決方案的認(rèn)知方法。思維建模包括分析、建模和解模三個(gè)過(guò)程。在教學(xué)中掌握化學(xué)思維建模方法會(huì)起到事半功倍的效果。

【關(guān)鍵詞】化學(xué) 思維 建模

思維模型建構(gòu)簡(jiǎn)稱思維建模，是對(duì)問(wèn)題進(jìn)行辨認(rèn)和界定，并與原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)對(duì)接、同化、整合、拓展，抽取該類問(wèn)題的本質(zhì)特征，最終形成該類問(wèn)題的結(jié)構(gòu)化認(rèn)識(shí)，并找出問(wèn)題解決方案的認(rèn)知方法。其原理就是人們常說(shuō)的“把未知轉(zhuǎn)化為已知，用已知來(lái)解決未知”。

一、思維建模的過(guò)程

思維建模包括分析、建模和解模三個(gè)過(guò)程。

分析過(guò)程：主要是對(duì)特定的研究對(duì)象進(jìn)行抽象、概括，抓住其主要信息及與相關(guān)對(duì)象的共性特征。

建模過(guò)程：主要是抽象思維或非邏輯思維的應(yīng)用，通過(guò)舍棄研究對(duì)象的一些次要細(xì)節(jié)及非本質(zhì)的聯(lián)系，對(duì)研究對(duì)象的主要信息做出一些必要的簡(jiǎn)化、假設(shè)和一般化處理，并用適當(dāng)?shù)奈淖帧⒐交驅(qū)嵨锏确绞饺ピ佻F(xiàn)原型的各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)、特征、功能和聯(lián)系，以建構(gòu)相對(duì)固定的思維模型。

解模過(guò)程：主要是邏輯思維的運(yùn)用，運(yùn)用已經(jīng)建構(gòu)的思維模型去解釋研究對(duì)象，解決實(shí)際問(wèn)題。

二、思維建模的教學(xué)運(yùn)用

空氣是一種無(wú)色、無(wú)味的氣體，不易被人察覺。直到1777年拉瓦錫才通過(guò)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)到空氣是由O2、N2組成的混合氣體。教科書中同時(shí)呈現(xiàn)拉瓦錫當(dāng)年的實(shí)驗(yàn)裝置和現(xiàn)代教師演示的裝置圖，其實(shí)驗(yàn)原理的選擇和實(shí)驗(yàn)裝置的演變值得化學(xué)初學(xué)者深入探究。

1.分析過(guò)程。

學(xué)生是信息加工的主體，學(xué)生將其所獲得的新知與已有知識(shí)建立起實(shí)質(zhì)性的聯(lián)系是完成思維建模的關(guān)鍵。怎樣才能有效地引導(dǎo)學(xué)生尋找新知的固著點(diǎn)和生長(zhǎng)點(diǎn)呢？筆者認(rèn)為應(yīng)當(dāng)合理地設(shè)置問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生利用分析、比較、抽象、概括等思維方法尋找新知與已有知識(shí)的共同屬性，以問(wèn)題的解決為分析過(guò)程的驅(qū)動(dòng)力。

此實(shí)驗(yàn)可設(shè)置如下問(wèn)題：如何讓空氣中的氧氣顯現(xiàn)出來(lái)？怎樣讓O2、N2分離？為什么燒杯中的水會(huì)流入集氣瓶中？能否用蠟燭代替紅磷？拉瓦錫的裝置與現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)裝置在設(shè)計(jì)上有哪些相似之處？為什么現(xiàn)在不用汞而改用紅磷？由此實(shí)驗(yàn)可以獲得哪些結(jié)論？

在分析過(guò)程中教師要適時(shí)結(jié)合學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)加以點(diǎn)撥，幫助學(xué)生理解。如學(xué)生在生活中已知道用水來(lái)檢驗(yàn)車胎是否漏氣，由此可尋找出問(wèn)題的共同屬性，解決“如何讓空氣中的氧氣顯現(xiàn)出來(lái)”，也可讓其在水中顯現(xiàn)氣體的外形；再如教師還可補(bǔ)充如圖實(shí)驗(yàn)，學(xué)生很容易理解上升的水的體積等于抽走氣體的體積。

2.建模的過(guò)程。

通過(guò)上述的分析可以獲得以下思維模型：

（1）測(cè)量氣體的體積可以用轉(zhuǎn)化的方法：無(wú)形的氣體可以通過(guò)液體顯現(xiàn)出來(lái)。

（2）可以通過(guò)化學(xué)變化等方法去除混合物中的某一種。

（3）氣體壓強(qiáng)的改變導(dǎo)致液體的流動(dòng)。

（4）根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理可以設(shè)計(jì)多種裝置完成實(shí)驗(yàn)，綜合考慮，好中選優(yōu)。

3.解模的過(guò)程。

解?？梢酝ㄟ^(guò)設(shè)置相關(guān)問(wèn)題情境或習(xí)題加以練習(xí)。

【案例1】下圖是某校學(xué)生設(shè)計(jì)空氣成分測(cè)定實(shí)驗(yàn)的裝置圖，請(qǐng)分別說(shuō)出實(shí)驗(yàn)的可能現(xiàn)象。

【分析】此題可對(duì)剛建好的思維模型進(jìn)行及時(shí)鞏固，同時(shí)通過(guò)E中“活塞先向右移動(dòng)，最后回到‘4’的位置” 這一現(xiàn)象與先前認(rèn)識(shí)“壓強(qiáng)減小”產(chǎn)生認(rèn)知沖突，由此可建新模——溫度升高氣體壓強(qiáng)增大，溫度降低氣體壓強(qiáng)減小。因此，分析、建模、解模的過(guò)程也是一個(gè)螺旋提升、不斷實(shí)現(xiàn)新思維建模的過(guò)程。

【案例2】下圖不能用于檢查裝置氣密性的是（ ）。

【分析】可通過(guò)“無(wú)形的氣體可以通過(guò)液體顯現(xiàn)出來(lái)”的思維模型來(lái)解答。如圖是用來(lái)測(cè)量氣體體積的裝置，若原廣口瓶中的水沒有裝滿，則對(duì)氣體的測(cè)量結(jié)果有無(wú)影響？也要通過(guò)此思維模型來(lái)解答。

【案例3】下圖不能用來(lái)證明CO2能與NaOH反應(yīng)的裝置是（ ）。

【分析】此組實(shí)驗(yàn)是利用“無(wú)形的氣體可以通過(guò)液體顯現(xiàn)出來(lái)”“壓強(qiáng)的改變導(dǎo)致液體的流動(dòng)”思維模型解答，同時(shí)也可拓展得出新思維模型：“呈現(xiàn)氣體及壓強(qiáng)的變化除液體外還有多種，如……”

三、思維建模的實(shí)踐心得

第一，思維建模在實(shí)際教學(xué)中已經(jīng)被自覺或不自覺地運(yùn)用，現(xiàn)提出使其凸顯出來(lái)，意在引起師生關(guān)注，使教學(xué)思維更加清晰。

第二，思維建模的主體是學(xué)生，要充分發(fā)揮學(xué)生的主體性和能動(dòng)性，創(chuàng)設(shè)適當(dāng)?shù)膯?wèn)題情境，以問(wèn)題解決為驅(qū)動(dòng)力，以培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問(wèn)題的能力為目的。同時(shí)了解學(xué)生現(xiàn)有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，找準(zhǔn)思維建模的生長(zhǎng)點(diǎn)，設(shè)置巧妙的問(wèn)題及恰當(dāng)?shù)狞c(diǎn)撥，也是教師教學(xué)基本功的體現(xiàn)。

第三，初中化學(xué)思維建模有多種，在教學(xué)中要不斷幫助學(xué)生歸納總結(jié)，一般可從以下角度引發(fā)學(xué)生思考：（1）操作步驟──為達(dá)某一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，?yīng)當(dāng)經(jīng)過(guò)哪些操作步驟？這些步驟先后順序如何確定？為什么要經(jīng)過(guò)這些步驟？為什么要安排這種順序？省略或顛倒某些步驟會(huì)有什么影響？（2）注意事項(xiàng)──實(shí)施某個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟時(shí)應(yīng)注意做什么或不能做什么，原因何在？（3）安全措施——實(shí)驗(yàn)過(guò)程可能會(huì)出現(xiàn)什么不安全的事故？如何防范？萬(wàn)一出現(xiàn)事故應(yīng)如何處置？依據(jù)何在？

在落實(shí)到某一具體的知識(shí)學(xué)習(xí)時(shí)，要從教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生水平的實(shí)際出發(fā)，抓住某些側(cè)重點(diǎn)展開思維訓(xùn)練，沒有必要也不可能面面俱到。要以建模思想梳理化學(xué)知識(shí)，通過(guò)建立形式表達(dá)模型，使化學(xué)知識(shí)形式化、規(guī)律化，從而不斷地使知識(shí)網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化，建立自己的知識(shí)塊。

第四，整個(gè)化學(xué)學(xué)習(xí)的過(guò)程是思維不斷建模的過(guò)程，要想從繁雜的概念、現(xiàn)象中建模，是離不開教師分層次、有計(jì)劃的指導(dǎo)訓(xùn)練的?；瘜W(xué)思維建模最終是要形成化學(xué)知識(shí)中最本質(zhì)、最核心的東西，化學(xué)思維建模可有效地將學(xué)生帶離題海戰(zhàn)的怪圈。

【參考文獻(xiàn)】

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（作者單位：南京市浦口區(qū)烏江學(xué)校）