化學(xué)模型在高中化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

摘 要：在高中化學(xué)教學(xué)的過(guò)程中，強(qiáng)化模型教學(xué)是提升教學(xué)能力并滿足教學(xué)實(shí)際的重要途徑?；诖?，文章就化學(xué)模型在高中化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用展開(kāi)分析，由化學(xué)建模在高中化學(xué)教學(xué)中的重要作用展開(kāi)分析，并從認(rèn)知、物理、概念、數(shù)學(xué)、解決問(wèn)題、表述問(wèn)題等方面探討化學(xué)模型的實(shí)際教學(xué)應(yīng)用，以期與相關(guān)的教學(xué)工作者進(jìn)行交流，完善高中化學(xué)教學(xué)模式，為良性化學(xué)教學(xué)方式的推廣提供參考。

關(guān)鍵詞：化學(xué)模型;高中化學(xué);教學(xué)改革

一、高中化學(xué)教學(xué)中化學(xué)模型的重要作用

1.豐富教學(xué)內(nèi)容

高中的教學(xué)體系中，教學(xué)目標(biāo)是提升學(xué)生的“知識(shí)與技能”“過(guò)程與方法”“情感態(tài)度與價(jià)值觀”，進(jìn)而在完善學(xué)生學(xué)習(xí)能力的同時(shí)，多角度地提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，進(jìn)而推進(jìn)當(dāng)今教學(xué)體系的進(jìn)一步優(yōu)化，有效依據(jù)這一三維目標(biāo)的設(shè)定，達(dá)到豐富課堂教學(xué)與課外延伸教學(xué)中教學(xué)形式的目的，進(jìn)而改變傳統(tǒng)教學(xué)方式中灌輸性的教學(xué)方法，為學(xué)生多角度地進(jìn)行問(wèn)題探究提供了前提。

2.促進(jìn)學(xué)生對(duì)于知識(shí)的掌握

關(guān)于《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》中關(guān)于教學(xué)方式的闡述，為教師實(shí)際教學(xué)方式的實(shí)施構(gòu)建了基礎(chǔ)性的框架，由此可見(jiàn)通過(guò)運(yùn)用工具性、載體性、方法性的教學(xué)方式改進(jìn)，讓教學(xué)方式更好地服務(wù)于教學(xué)體系的需要，使得學(xué)生對(duì)于教學(xué)內(nèi)容以及教學(xué)方法更容易接受。因此化學(xué)教師要從實(shí)際角度進(jìn)行化學(xué)建模的教學(xué)方式的有效探究，進(jìn)而在課程標(biāo)準(zhǔn)以及教材的基礎(chǔ)上優(yōu)化化學(xué)教學(xué)的教學(xué)方式，提高學(xué)生對(duì)于知識(shí)的有效掌握度[1]。

3.提升學(xué)生對(duì)于化學(xué)學(xué)習(xí)的熱情

依據(jù)化學(xué)學(xué)習(xí)中需要背誦的問(wèn)題相對(duì)較多的情況，教師需要在教學(xué)的過(guò)程中強(qiáng)化知識(shí)結(jié)構(gòu)的教學(xué)，使得學(xué)生在實(shí)際學(xué)習(xí)的過(guò)程中可以更便利地運(yùn)用學(xué)習(xí)方式進(jìn)行知識(shí)的理解與背誦。例如，不同層次概念圖的有效應(yīng)用，可讓化學(xué)知識(shí)在學(xué)生腦中形成一個(gè)層級(jí)式的教學(xué)體系，進(jìn)而將難以理解的問(wèn)題利用化學(xué)建模的方式進(jìn)行背誦，為學(xué)生的背誦提供強(qiáng)有力的支撐，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生在化學(xué)學(xué)習(xí)中的自信心，讓學(xué)生樂(lè)于學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)。此外，建模教學(xué)可以提升整個(gè)高中化學(xué)知識(shí)體系的完整性，在便于學(xué)生學(xué)習(xí)與背誦的同時(shí)，可以有效提升學(xué)生查漏補(bǔ)缺的能力，提升學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)的結(jié)構(gòu)性。

二、化學(xué)模型在高中化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

1.認(rèn)知建模

認(rèn)知模型是構(gòu)建人類(lèi)對(duì)于社會(huì)和自然認(rèn)知程度以及認(rèn)知層級(jí)的一種模型，可以將知識(shí)標(biāo)志、邏輯連接、推理模式等進(jìn)行有機(jī)的呈現(xiàn)，使得認(rèn)知理論具體化，更好地推進(jìn)人們對(duì)于信息的加工。

建模的過(guò)程先是對(duì)于新知識(shí)的建模，一方面，需要對(duì)于概念以及理論進(jìn)行認(rèn)知性的建模，將抽象的理論具體化。例如，原電池原理和電解原理都與氧化還原反應(yīng)密切相關(guān)，兩種反應(yīng)的裝置也有很多相似之處，很多學(xué)生常常將這兩部分知識(shí)混淆。兩種反應(yīng)原理應(yīng)當(dāng)充分利用教材提供的簡(jiǎn)單模型幫助學(xué)生形成認(rèn)知模型。建模需要充分考慮以下問(wèn)題：銅-鋅-硫酸原電池思維是利用了哪個(gè)自發(fā)的氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生電流？是不是所有的自發(fā)進(jìn)行的氧化還原反應(yīng)都可以被設(shè)計(jì)成原電池？銅-鋅-硫酸原電池的正極和負(fù)極是什么物質(zhì)？?jī)蓸O發(fā)生的反應(yīng)如何表示？外電路和內(nèi)電路的電流是如何形成閉合回路的？進(jìn)而通過(guò)討論幫助學(xué)生建立起原電池原理的基本模型，幫助學(xué)生更好地解決實(shí)際學(xué)習(xí)中的問(wèn)題。另一方面，建立基于認(rèn)知順序的化學(xué)學(xué)習(xí)模型可以將煩瑣、復(fù)雜的化學(xué)知識(shí)實(shí)體化，進(jìn)而提升知識(shí)的條理化。例如，在高中化學(xué)的金屬元素與非金屬元素的學(xué)習(xí)過(guò)程中，要對(duì)于金屬元素以及非金屬元素可以形成的物質(zhì)有一定的了解，進(jìn)而建立完善的認(rèn)知模型，即金屬元素可以構(gòu)建一種單質(zhì)、氧化物、氫氧化物、鹽的模型，而非金屬元素可以構(gòu)建一種單質(zhì)、氧化物、氫氧化物、酸、鹽的模型，并且要依據(jù)結(jié)構(gòu)性原則對(duì)于其中存在的物質(zhì)聯(lián)系以及結(jié)構(gòu)以一種思維模型的形式進(jìn)行構(gòu)建，構(gòu)建一種特殊到一般的化學(xué)學(xué)習(xí)模型。

2.物理建模

物理模型是一種對(duì)于事物以及圖像進(jìn)行具體化表達(dá)的模型，在高中化學(xué)中通常為對(duì)于各種分子進(jìn)行圖形表達(dá)的球棍模型以及比例模型、各類(lèi)晶體模型、模擬工業(yè)生產(chǎn)原理的實(shí)驗(yàn)裝置或裝置圖（例如電解飽和食鹽水實(shí)驗(yàn)裝置圖）等。教師可以自己建構(gòu)物理模型，利用生活中常見(jiàn)的物體進(jìn)行物理模型的構(gòu)建，進(jìn)而提升學(xué)生的動(dòng)手能力以及探究能力[2]。例如在甲烷教學(xué)中，針對(duì)二氯甲烷有無(wú)同分異構(gòu)體的問(wèn)題，很多學(xué)生都記得甲烷是正四面體的空間構(gòu)型，但遇到這個(gè)考點(diǎn)的變式訓(xùn)練卻不能解決;又如很多學(xué)生不理解取代反應(yīng)中斷裂的舊鍵和形成的新鍵，導(dǎo)致對(duì)于方程式的死記硬背，在學(xué)習(xí)加成反應(yīng)之后又會(huì)出現(xiàn)記憶不清的問(wèn)題。如果學(xué)生能夠建立相應(yīng)的物理模型就可以對(duì)于上述問(wèn)題進(jìn)行有效的解決。比如教師用氣球動(dòng)態(tài)演示甲烷的四面體構(gòu)型，通過(guò)動(dòng)態(tài)演示過(guò)程，學(xué)生更容易理解正四面體構(gòu)型比平面正方形穩(wěn)定;借助甲烷和氯氣的分子模型的拆分和重新組合，讓學(xué)生領(lǐng)會(huì)該反應(yīng)過(guò)程中化學(xué)鍵斷裂和形成過(guò)程;利用模型拆分組裝進(jìn)一步幫助學(xué)生理解多元取代問(wèn)題，讓靜態(tài)模型動(dòng)起來(lái)。這些過(guò)程也可以依托于flash動(dòng)畫(huà)以及視頻來(lái)進(jìn)行反應(yīng)過(guò)程的模擬，但學(xué)生自己動(dòng)手的過(guò)程印象更深刻。并且在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，物理教學(xué)同樣具有一定的預(yù)測(cè)能力，如拆分重組以及對(duì)于反應(yīng)物的推斷方面。

3.概念建模

概念建模是利用概念的相關(guān)規(guī)律找尋實(shí)際生活中存在的事物在描述、記號(hào)、內(nèi)核等方面存在的不足，進(jìn)而運(yùn)用各學(xué)科的相關(guān)知識(shí)對(duì)其進(jìn)行分類(lèi)的一種建模方式。在構(gòu)建概念模型的過(guò)程中，可以利用抽象的文字進(jìn)行模型構(gòu)建，也可以借助圖形、圖示、符號(hào)等的內(nèi)在聯(lián)系完成實(shí)物內(nèi)在機(jī)理的有效描述，提升模型的應(yīng)用價(jià)值。在化學(xué)學(xué)科的應(yīng)用過(guò)程中，可以借助于物質(zhì)的概念進(jìn)行建模，學(xué)生如果能依據(jù)相應(yīng)的概念進(jìn)行模型的構(gòu)建，則可以提升學(xué)生對(duì)于知識(shí)掌握的系統(tǒng)性，并建立學(xué)生對(duì)于知識(shí)掌握的內(nèi)在聯(lián)系。例如，在進(jìn)行物質(zhì)分類(lèi)的過(guò)程中，學(xué)生要明白物質(zhì)是由混合物以及純凈物兩大類(lèi)組成的，并且混合物又能轉(zhuǎn)化為分散系，可以將其分為溶液、膠體、濁液等，其具有丁達(dá)爾效應(yīng);純凈物可以細(xì)化為單質(zhì)與化合物，化合物包括電解質(zhì)以及非電解質(zhì)。其中，乙醇以及蔗糖等為非電解質(zhì)，電解質(zhì)又可以依據(jù)其中酸堿情況分為強(qiáng)電解質(zhì)以及弱電解質(zhì)兩種，進(jìn)而完善關(guān)于物質(zhì)的知識(shí)體系。因此，在利用概念圖進(jìn)行教學(xué)的過(guò)程中，可以將教學(xué)內(nèi)容通過(guò)歸納與整理，形成一定的程序框圖，通過(guò)后期的加工與調(diào)整，提升知識(shí)體系的完整性與邏輯銜接性。

4.數(shù)學(xué)建模

數(shù)學(xué)建模是為了提升分析的邏輯性，體現(xiàn)事物的內(nèi)在特征，而借助于數(shù)學(xué)中的不等式、圖形、方程等表現(xiàn)事物間聯(lián)系的一種建模方法，需要建模人具有較強(qiáng)的數(shù)學(xué)功底以及邏輯分析能力，進(jìn)而幫助學(xué)生提升學(xué)科間的串聯(lián)性，并通過(guò)數(shù)學(xué)模型的表達(dá)，更好地提升化學(xué)知識(shí)的聯(lián)系性與邏輯性。例如，在化學(xué)知識(shí)的表達(dá)中，通常會(huì)應(yīng)用到數(shù)學(xué)知識(shí)中的速率-時(shí)間圖、濃度-時(shí)間圖、pH變化圖等圖表，進(jìn)而拓展化學(xué)的邏輯思維，將具有關(guān)聯(lián)性的學(xué)科知識(shí)引入化學(xué)體系建模中，不僅可以更好地幫助化學(xué)建模教學(xué)與學(xué)習(xí)模式的建立，更能提升學(xué)生的學(xué)科發(fā)散思維以及利用已有知識(shí)探索未知領(lǐng)域的能力。

例如，吉布斯自由能變?chǔ)=ΔH-TΔS，作為恒溫恒壓條件下化學(xué)學(xué)習(xí)中的重要公式，在高中階段的教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生不需要對(duì)于關(guān)系式的內(nèi)部有太深入的了解，只需要將ΔG作為一種自發(fā)性的判定標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于化學(xué)學(xué)習(xí)中即可，需要學(xué)生了解ΔG與零之間的關(guān)系，ΔG=0，則反應(yīng)處于平衡狀態(tài);當(dāng)ΔG<0時(shí)，反應(yīng)是自發(fā)進(jìn)行的;反之，則反應(yīng)為非自發(fā)進(jìn)行的一種狀態(tài)。因此，學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)，只要掌握這種數(shù)學(xué)模型，就可以幫助學(xué)生理解與解答相對(duì)復(fù)雜的問(wèn)題，進(jìn)而將較為直觀的感受應(yīng)用于化學(xué)教學(xué)中，提升數(shù)學(xué)建模的科學(xué)性，形成學(xué)科互補(bǔ)、互相探索的滲透型學(xué)習(xí)模式。

5.解決問(wèn)題的思維模型

思維模型是一種基于對(duì)化學(xué)的程序性理解而形成的突出教學(xué)與學(xué)習(xí)重點(diǎn)的學(xué)習(xí)模式，可以更好地提升教學(xué)過(guò)程中學(xué)生分析與解決問(wèn)題的能力。例如，在粗鹽的提純以及混合物的分離提純等基礎(chǔ)性的問(wèn)題方面，通過(guò)對(duì)于這類(lèi)問(wèn)題基礎(chǔ)性步驟以及模板的構(gòu)建，提取此類(lèi)問(wèn)題的思維模型，進(jìn)而形成思維的連貫性與模板性，在解決相關(guān)問(wèn)題的過(guò)程中，可以利用這一化學(xué)思維模型，拓展學(xué)生對(duì)于問(wèn)題的解決能力，如同樣的問(wèn)題需要先找到混合物中的雜質(zhì)顆粒，并按照易分離的原則進(jìn)行除雜試劑的選取，接著以一種不引入新沉淀的思維進(jìn)行試劑加入順序的整合，進(jìn)而構(gòu)建一種提純的步驟性模型，在進(jìn)行相關(guān)問(wèn)題的解決時(shí)，可以通過(guò)思維模型的構(gòu)建，快速地解決其中存在的問(wèn)題。

6.表述問(wèn)題的標(biāo)準(zhǔn)模型

對(duì)于問(wèn)題的有效解決，其最終的結(jié)果在于對(duì)于問(wèn)題的表述，進(jìn)而利用表述標(biāo)準(zhǔn)化模型的建立，提升教學(xué)中實(shí)驗(yàn)表達(dá)以及推導(dǎo)運(yùn)算的規(guī)范性程序化，依據(jù)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)操作，運(yùn)用反應(yīng)現(xiàn)象，得出最終的結(jié)論，按照這樣一種方法進(jìn)行化學(xué)的表述模板的建立，提升溝通的效率。例如，在對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置氣密性進(jìn)行檢查的化學(xué)操作過(guò)程中，可以按照相對(duì)密閉的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的形成、裝置內(nèi)部氣體壓強(qiáng)的調(diào)節(jié)、判斷氣密性這一程序進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的表達(dá)以及操作，在氣密性的判斷中可以依據(jù)液封液面進(jìn)行判斷，其中要對(duì)于沉淀的洗滌等問(wèn)題做著重的說(shuō)明，進(jìn)而形成規(guī)范化的化學(xué)表述模板，使學(xué)生的化學(xué)意識(shí)變得清晰。以上化學(xué)模型的建立，可以加深學(xué)生對(duì)于化學(xué)知識(shí)的理解，幫助學(xué)生進(jìn)行化學(xué)學(xué)習(xí)。

結(jié)語(yǔ)

為保證高化學(xué)教學(xué)應(yīng)有教學(xué)效能的充分發(fā)揮，需要在現(xiàn)有教學(xué)體系的基礎(chǔ)上，通過(guò)實(shí)踐性的研究，進(jìn)一步提升化學(xué)教學(xué)方法的科學(xué)性與合理性，進(jìn)而在新課程改革深入推進(jìn)的當(dāng)今教育背景下，充分挖掘?qū)W生自身潛力，提升教學(xué)方法的合理性，進(jìn)而優(yōu)化建模教學(xué)在高中化學(xué)教學(xué)中的有效應(yīng)用，通過(guò)多方面、多角度的方法性實(shí)踐以及教學(xué)方式的挖掘，可以有效推進(jìn)教學(xué)體系的進(jìn)一步完善。

[參考文獻(xiàn)]

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[2]張愛(ài)平.淺析模型法在高中化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J].基礎(chǔ)教育參考，2019（8）：41-43.

作者簡(jiǎn)介：任慶寶（1982— ），男，山東臨沂人，中學(xué)一級(jí)教師，本科，研究方向：高中化學(xué)教學(xué)。