建模思想在高中化學解題中的應用

劉彥龍

(寧夏回族自治區(qū)青銅峽市高級中學 751600)

建模思想指的是根據(jù)實際問題來建立模型，再對模型進行求解，最后根據(jù)結果達到解決實際問題的目的，本質上是培養(yǎng)學生靈活運用所學知識解決實際中的問題的能力，鍛煉他們的抽象思維、簡化思維和批判性思維等.在高中化學解題教學中，教師同樣可要求學生應用建模思想來解題，將繁瑣復雜的化學反應變得清晰化、簡單化，促使他們輕松解決難題.

一、概括規(guī)律加強應用，理解化學反應實質

在高中化學解題實踐中，涉及到的反應類型多種多樣，學生很難做到全部正確理解，讓他們在學習過程中加強對規(guī)律的概括和應用，使其加深記憶化學反應的實質，穩(wěn)步提升自身的化學理解能力.高中化學教師在日常教學中應引領學生找出所學知識的共同點，構建出一定的模型便于記憶，使其在解題中聯(lián)想到相應的模型，讓他們利用概括出的規(guī)律來解題.

在上述案例中，教師引領學生結合多個化學方程式建立出兩個模型，這是鹽類水解本質的重要體現(xiàn)，無論理解還是記憶效果均極佳，使其掌握的更牢固，便于他們解決此類問題.

二、注重知識有機整合，拓寬學生解題思路

在高中化學解題教學中，假如學生無法順利解決化學問題，不僅影響他們學習化學的自信，還不利于整體學習效率的改善.對此，高中化學教師在解題教學環(huán)節(jié)，可以引領學生嘗試應用建模思想確定和優(yōu)化解題思路，不過前提是要注重對化學知識的有機整合，且適當拓展，以模型形式來呈現(xiàn)，拓寬他們的解題思路，使其解題正確率和速度提高，增強自信.

在進行“氧化還原反應”教學時，教師需幫助學生充分理教材中的理論知識，深化對知識要點的理解與記憶，其中在解題環(huán)節(jié)，涉及到氧化還原反應的題目中，主要有以下幾個解題技巧：其一，氧化還原反應遵守電子守恒定律，元素化合價被提高，化合物的化合價將會降低；其二，氧化劑在反應中被還原，還原劑在反應時被氧化；其三，由于出現(xiàn)反應現(xiàn)象，在實際解題中需結合具體現(xiàn)象來推導產物.隨后教師設置題目：把木炭與氧化銅粉末混合起來加熱，能夠獲得紅色的銅.學生分析這一現(xiàn)象時需獨立寫出化學方程式，標記“木炭”和“氧化銅”，標出化合價，讓他們結合化合價找出反應中的氧化劑與還原劑.

如此，教師指導學生將有關氧化還原反應的理論知識進行整合，使其在解題問題時經歷問題表征、構建模型、檢驗模型和應用模型等六項流程，借此開闊開闊他們的思維與眼界.

三、加強建模思想應用，抽象化問題具體化

在高中化學解題教學中，為有效應用建模思想解題，需結合具體問題提出假設構建模型，不斷細化與分解問題，把問題解答的難度降到最低，抽象問題變得具體化.高中化學教師在解題教學中，當遇到抽象化較強的問題時，應指導學生加強對建模思想的應用，使其把問題不斷拆分降低難度，有利于他們更好的理解化學本質，培養(yǎng)他們的思維能力與創(chuàng)新能力.

例如，在實施“氨 硝酸 硫酸”教學時，教師需先帶領學生理清這三種物質的性質，再出示例題：兩種硫酸溶液的濃度不同，將其等質量混合后獲得溶液中溶質的質量分數(shù)是A%，等體積混合時則為B%，再把兩種不同濃度的氨水等質量混合，所得溶液中溶質的質量分數(shù)也是A%，而等體積混合時則為C%，判斷A、B、C的關系.教師可指導學生運用建模思想來判斷，且要分類建模，當水小于溶液濃度時，等體積混合以后，濃度要高于平均值；而當溶液濃度小于水時，等體積混合以后，濃度高低于平均值；一般來說，稀硫酸密度要比濃硫酸密度大，稀氨水的密度要大于濃氨水，所以B>A，A>C，綜合起來得到B>A>C.

上述案例，教師強調學生主動運用建模思想，不僅將抽象化的化學問題變得具體化，還能把復雜問題變得簡單化，使其省去多個繁瑣的運算步驟，只需根據(jù)模型就能判斷出大小.

四、關注新舊知識聯(lián)系，提高學生建模水平

在高中化學教學過程中，新舊知識之間是存在一定銜接關系的，不少問題的解答思路都要把新舊知識放在一起進行對比和分析，讓學生找出適用于解題的模型，融入建模思想，讓他們的解題思路變得開闊、清晰起來.因此，高中化學教師在解題訓練中，應當提醒學生關注新舊知識之間的聯(lián)系，使其結合題目特征建立模型，提高他們的建模水平與遷移能力.

比如：現(xiàn)有KCl與NaCl的混合物，其中Cl元素質量占a%，求K、Na的質量在該混合物中分別占多少？教師先要求學生仔細觀察題干，找出題目中的關鍵要素，也就是陰、陽離子，求出混合物中兩個陽離子的質量比，K是39，Na是23，可知K比Na大16，而16剛好是O的相對原子量，這時他們可把K使用Na與O來代替，既把KCl建模等效為NaClO，陰離子則是同一種元素Cl.接著，學生在所建立的模型中解答問題，把NaCl看作一個整體，研究對象是100g，則在混合物中各個元素的含量有n(K)=n(O)，n(NaCl)=n(Cl)，那么求得K的含量比K%=(100-58.5a/35.5)/16，Na的含量等于1減去K的含量比與Cl的含量比，即Na%=1-a%-K%.

對于上述案例，學生處理混合物問題時聯(lián)想到學習過的陰、陽離子，相對原子質量等舊知識，據(jù)此建立一個整體模型，使其借助模型思想避免復雜計算步驟的出現(xiàn)，降低錯誤率.

五、靈活運用建模思想，鍛煉學生解題能力

建模思想的應用，對于高中化學解題來說可謂是一個新事物，不少學生都認為建模思想屬于數(shù)學范疇，與化學的關系不大，其實不然，數(shù)學和化學雖然是兩門獨立學科，但是均屬于理科范疇，兩者有著密切關聯(lián).所以，在高中化學解題訓練中，教師可以指引學生結合具體題目靈活運用建模思想，使其建模技巧得以有效培養(yǎng)，同時鍛煉他們的化學解題能力.

例如：現(xiàn)有鹽酸溶液10mL，濃度為0.001mol/L，把濃度一樣的氨水倒入其中，直至溶液的pH達到7，下列關系式正確的有( ).

A.V(總)>20mL

B.V(總)<20mL

教師指導學生運用建模思想解題，清楚知道鹽酸溶液的體積和物質的量濃度，假如加入10mL的氨水溶液，物質的量濃度也為0.001mol/L，兩者將會完全反應生成NH4Cl，溶液成酸性，由于pH是7，就需繼續(xù)添加氨水溶液，所以氨水溶液的體積大于鹽酸溶液，總量大于20mL；隨后觀察建模結構，結合溶液呈中性判斷C正確；而混合后溶液中陰離子總數(shù)不可能大于陽離子，故D錯誤.

針對上述案例，教師引導學生對整個反應過程進行等效建模，把建模過程具體呈現(xiàn)出來，使其結合建模構成分析和解答題目，顯得輕松又便捷，同步發(fā)展他們的建模與解題能力.

總之，在高中化學解題教學活動中應用建模思想是一個新的解題思路，值得大力推廣和運用，不僅可以幫助學生深化理解與記憶化學理論知識，還能夠促使他們提高解題正確度和速度，使其獲得綜合發(fā)展，最終改善整體解題教學質量.