基于建構(gòu)思維模型的高三專題復(fù)習(xí)

鄭文昌

摘要：基于構(gòu)建解決同種題型思維模型的思想，針對(duì)高考電化學(xué)中帶電微粒的移動(dòng)方向及離子交換膜的選擇性問(wèn)題，在高三復(fù)習(xí)中引導(dǎo)學(xué)生從電勢(shì)、電勢(shì)差、場(chǎng)等電學(xué)視角，構(gòu)建解決這一問(wèn)題的思維模型，在解決具體問(wèn)題的過(guò)程中完善思維模型，培養(yǎng)學(xué)生構(gòu)建思維模型的學(xué)習(xí)方式。

關(guān)鍵詞：構(gòu)建思維模型；帶電微粒移動(dòng)方向；離子交換膜；完善應(yīng)用

文章編號(hào)：1008-0546（2021）12-0059-06中圖分類號(hào)：G632.41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.12.015

*本文系廣東省教育科學(xué)規(guī)劃課題“基于化學(xué)核心素養(yǎng)的高三專題復(fù)習(xí)教學(xué)研究”（課題編號(hào)：2020YQJK382）階段研究成果之一。

思維是指人腦借助于語(yǔ)言對(duì)客觀事物的概括和間接的反應(yīng)過(guò)程，建模則是指建立模型，所以，思維建模就是對(duì)思維過(guò)程建立模型，從而使繁復(fù)的思維形態(tài)或方法外顯并簡(jiǎn)約化的過(guò)程[1]。題型專題復(fù)習(xí)是高三專題復(fù)習(xí)的重要方面，通過(guò)題型的歸類，尋找同種類型題的解題思路，將內(nèi)在的思維過(guò)程建立模型，并在解決具體問(wèn)題的過(guò)程中檢驗(yàn)和完善，形成解決同類題型的思維模型。利用建立的思維模型來(lái)解決同種類問(wèn)題思維清晰、快捷，有現(xiàn)實(shí)的價(jià)值意義。

電化學(xué)是屬于化學(xué)和物理中的交叉學(xué)科，在大學(xué)里是屬于《物理化學(xué)》中的知識(shí)。帶電粒子定向移動(dòng)方向的判斷和電解池中離子交換膜種類的判斷是高考電化學(xué)中出現(xiàn)頻率較高的兩個(gè)考點(diǎn)，很多老師在教學(xué)過(guò)程中認(rèn)為是識(shí)記知識(shí)，讓學(xué)生流于識(shí)記的層面，不利于學(xué)生在新情境中解決問(wèn)題。針對(duì)這一題型，本文從知識(shí)學(xué)科屬性的角度引導(dǎo)學(xué)生轉(zhuǎn)變分析問(wèn)題的視角，從電勢(shì)、電勢(shì)差、電場(chǎng)、電場(chǎng)力等電學(xué)的視角構(gòu)建認(rèn)知模型和思維模型，在教學(xué)實(shí)踐中取得了較好的教學(xué)效果。

一、模型的建構(gòu)目標(biāo)

1.教學(xué)目標(biāo)

（1）通過(guò)學(xué)生對(duì)電學(xué)中電勢(shì)、電勢(shì)差、電場(chǎng)等知識(shí)的討論，轉(zhuǎn)變學(xué)生對(duì)知識(shí)認(rèn)識(shí)的學(xué)科視角，初步構(gòu)建帶電微粒定向移動(dòng)的認(rèn)識(shí)模型；

通過(guò)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，讓學(xué)生獨(dú)立思考分析在電解池中選擇何種離子交換膜的要點(diǎn)，初步構(gòu)建判斷離子交換膜的思維膜型；

（2）通過(guò)應(yīng)用構(gòu)建的模型來(lái)解決高考試題或改編試題中的問(wèn)題，讓學(xué)生鞏固完善帶電微粒移動(dòng)方向的認(rèn)知模型及判斷電解池中離子交換膜的思維模型。

2.評(píng)價(jià)目標(biāo)

（1）通過(guò)討論、展示帶電微粒移動(dòng)方向的認(rèn)知模型，構(gòu)建完善帶電粒子移動(dòng)方向的認(rèn)知思路；

（2）通過(guò)討論、展示判斷電解池中離子交換膜種類的思維模型，構(gòu)建、完善電解池中判斷離子交換膜種類的解題思路。

二、教學(xué)實(shí)錄

1.引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建帶電微粒移動(dòng)方向的認(rèn)知模型

在平常的教學(xué)過(guò)程中，我們很多老師都是要求學(xué)生去死記硬背帶電微粒的移動(dòng)方向：在原電池中，內(nèi)電路陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)，外電路電子從負(fù)極移向正極。在電解池中，根據(jù)“陰陽(yáng)相吸”，陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)，陰離子向陽(yáng)極移動(dòng)。這樣死記硬背帶電微粒移動(dòng)方向?qū)τ谔幚砗?jiǎn)單電化學(xué)問(wèn)題有一定的效果，但不能靈活解決問(wèn)題，不利于對(duì)知識(shí)的深化理解。帶電微粒的定向移動(dòng)，應(yīng)屬于物理學(xué)科中電學(xué)知識(shí)，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生從電學(xué)的電勢(shì)、電場(chǎng)力等視角來(lái)分析帶電微粒的移動(dòng)問(wèn)題，有利于學(xué)科間知識(shí)的運(yùn)用，有利于提高學(xué)生綜合解決問(wèn)題的素養(yǎng)。

（1）環(huán)節(jié)1：創(chuàng)設(shè)情境，引入問(wèn)題

[師]同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)電解池知識(shí)都清楚，電解質(zhì)中陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)，陰離子向陽(yáng)極移動(dòng)。大家在物理中學(xué)過(guò)電勢(shì)、電場(chǎng)力等電學(xué)知識(shí)，同學(xué)們能否從電勢(shì)、電場(chǎng)力的視角來(lái)理解離子的移動(dòng)方向呢？

【生】回憶物理學(xué)科中電學(xué)知識(shí)，思考討論。

【師】請(qǐng)大家從電勢(shì)角度分析帶電微粒移動(dòng)的方向。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生轉(zhuǎn)變分析問(wèn)題的視角，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)交叉學(xué)科知識(shí)的應(yīng)用，提高學(xué)生綜合分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

（2）環(huán)節(jié)2：建構(gòu)原電池和電解池中帶電微粒定向移動(dòng)的認(rèn)知模型

【師】帶電的物質(zhì)或帶電微粒在周圍會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，帶電微粒在電場(chǎng)中會(huì)受到電場(chǎng)力的作用，大家說(shuō)說(shuō)帶電微粒在電場(chǎng)中移動(dòng)方向如何？

【生】物理課中老師說(shuō)過(guò)，點(diǎn)電荷的電場(chǎng)力方向與放在該點(diǎn)的正電荷的受力方向相同，與放在該點(diǎn)的負(fù)電荷的受力方向相反。

【生】展示物理老師課件的帶電微粒的受力方向圖，如圖1所示。

【師】同學(xué)們用模型很好地表示帶電微粒受力方向與場(chǎng)強(qiáng)的方向的關(guān)系，

下面同學(xué)們思考帶電微粒的移動(dòng)方向與電勢(shì)的關(guān)系。

【生】帶正電荷的粒子從高勢(shì)到低勢(shì)，帶負(fù)電的粒子從低勢(shì)到高勢(shì)。

【師】很好，同學(xué)們能否類比重力勢(shì)能，結(jié)合圖1，以帶電粒子的移動(dòng)方向與場(chǎng)強(qiáng)方向及電勢(shì)的關(guān)系為基礎(chǔ)構(gòu)建認(rèn)知模型，便于我們理解和記憶呢？

【師生】師生一起討論小結(jié)，構(gòu)建帶電微粒移動(dòng)方向的認(rèn)知模型（見(jiàn)圖2）。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)帶電微粒在電場(chǎng)中移動(dòng)方向的思考，轉(zhuǎn)變學(xué)生分析問(wèn)題的學(xué)科視角，從“動(dòng)力”層面上深化學(xué)生對(duì)帶電微粒定向移動(dòng)的理解。創(chuàng)設(shè)思維活動(dòng)，逐步讓學(xué)生構(gòu)建帶電微粒移動(dòng)的認(rèn)知模型，培養(yǎng)學(xué)生基于證據(jù)推理到模型認(rèn)知的核心素養(yǎng)。

（3）環(huán)節(jié)3：通過(guò)練習(xí)應(yīng)用、鞏固完善帶電微粒移動(dòng)方向的認(rèn)知模型

例1如圖3所示是Zn∣稀H2SO4∣Cu的單液原電池，請(qǐng)大家思考：鋅極與銅極比較，哪一極的電勢(shì)高？

【師】請(qǐng)大家結(jié)合圖2認(rèn)知模型，思考兩極電勢(shì)高低。

【生1】因?yàn)殡娮訌匿\極流向銅極，根據(jù)認(rèn)識(shí)模型（圖2）可知銅極的電勢(shì)較高。

【師】對(duì)，電子帶負(fù)電，根據(jù)帶負(fù)電的粒子從低勢(shì)往高勢(shì)跑，銅極的電勢(shì)較高，但電解質(zhì)溶液中的氫離子向哪邊移動(dòng)呢？

【生2】氫離子向銅電極跑。

【生3】氫離子帶正電荷也向高勢(shì)跑？

【生4】但銅電極產(chǎn)生氫氣呀，這是實(shí)驗(yàn)事實(shí)。

【生】大家討論，困惑，難道我們一起建立的圖2認(rèn)知模型有問(wèn)題？

【師】大家說(shuō)的都沒(méi)錯(cuò)，我們一起建立的認(rèn)識(shí)模型也沒(méi)問(wèn)題，只是電子移動(dòng)是指外電路，外電路的電勢(shì)是銅極高于鋅極，而離子移動(dòng)是在內(nèi)電路，內(nèi)電路電勢(shì)是指電極材料附近電解質(zhì)溶液產(chǎn)生的電勢(shì)，由于鋅比銅活潑，在鋅極附近溶液中集聚更多的陽(yáng)離子（如圖3所示），所以鋅極附近溶液的電勢(shì)比銅極附近溶液電勢(shì)高，有興趣的同學(xué)可以查查相關(guān)的資料。

設(shè)計(jì)意圖：在練習(xí)應(yīng)用認(rèn)知模型的過(guò)程中制造認(rèn)知矛盾，驗(yàn)證認(rèn)知模型的準(zhǔn)確性，讓學(xué)生在應(yīng)用中熟練掌握認(rèn)知模型。

例2（2016北京卷第7題改編）用石墨電極完成下列電解實(shí)驗(yàn)如圖4所示，請(qǐng)大家根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象回答下面問(wèn)題（1）寫出實(shí)驗(yàn)一中C處的反應(yīng)式；（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)一的原理，實(shí)驗(yàn)二中m處能否析出銅。

【師】同學(xué)們，我們平常接觸的電化學(xué)裝置中，外電路一般是電子導(dǎo)體，內(nèi)電路是離子導(dǎo)體，而該題在電解質(zhì)溶液中放入金屬導(dǎo)體，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)一中的鐵絲發(fā)生反應(yīng)嗎？

【生】思考，討論

【師】在電解池中，電解質(zhì)溶液中“陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)，陰離子向陽(yáng)極移動(dòng)”的動(dòng)力是什么？同學(xué)們結(jié)合圖2的認(rèn)知模型進(jìn)行思考。

【生1】電解池的電解質(zhì)溶液中離子的定向移動(dòng)應(yīng)該是受到電場(chǎng)力的作用。

【生2】如果按認(rèn)知模型圖2從電勢(shì)的角度分析，因?yàn)殛庪x子向b端移動(dòng)，所以b端的電勢(shì)較高。

【師】同學(xué)們的想法是正確的，電解池的電解質(zhì)中離子的移動(dòng)確實(shí)受到電場(chǎng)力的作用，而且b端的電勢(shì)較高，那么放入的鐵絲中的電子又如何移動(dòng)呢？

】生】跟物理學(xué)科中靜電感應(yīng)一樣，電子帶負(fù)電應(yīng)該向高勢(shì)移動(dòng)，所以應(yīng)該向d端移動(dòng)，所以c處的反應(yīng)式為：Fe-2e-=Fe2+

【師】同學(xué)們的分析很好，實(shí)驗(yàn)一中鐵絲的電子由于受到電場(chǎng)力的作用由c端到d端，所以c處發(fā)生了反應(yīng)：Fe-2e-=Fe2+，根據(jù)實(shí)驗(yàn)一原理，實(shí)驗(yàn)二中m處能否析出銅？

【生】根據(jù)實(shí)驗(yàn)一的原理，實(shí)驗(yàn)二中右邊銅珠的電子向n邊移動(dòng)，導(dǎo)致左邊溶解產(chǎn)生Cu2+，左邊銅珠的m處集聚了電子，所以Cu2+在m處會(huì)得到電子析出銅。

【師】很好，同學(xué)們能運(yùn)用圖2中認(rèn)知模型來(lái)解決陌生的問(wèn)題，體會(huì)學(xué)科間知識(shí)的靈活運(yùn)用。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生應(yīng)用認(rèn)知模型在陌生的情境中解決問(wèn)題，提高學(xué)生靈活運(yùn)用認(rèn)知模型來(lái)解決新問(wèn)題的能力。

例3.（2013年高考重慶卷，11題節(jié)選、改編）電化學(xué)降解NO-3的原理如題11圖5所示。

【師】圖5是電化學(xué)降解NO-3原理，請(qǐng)同學(xué)們請(qǐng)寫出陰極的電極反應(yīng)式；

【生】2NO-3 + 10e-+ 6H2O=N2 + 12OH-

【師】對(duì)，電極反應(yīng)式是這樣寫，但有同學(xué)有困惑，按“陽(yáng)離子向陰極（低勢(shì)）方向移動(dòng)，陰離子向陽(yáng)極（高勢(shì)）的認(rèn)知模型，為什么NO-3會(huì)在陰極放電生成N2呢？是我們的認(rèn)知模型出了問(wèn)題嗎？

【生】困惑、沉默、思考……

【生1】跟我們前面學(xué)的規(guī)律不一樣，是不是題錯(cuò)了？

【生2】題沒(méi)錯(cuò)，這是重慶一道高考題，我做過(guò)，不過(guò)當(dāng)時(shí)沒(méi)想那么多。

【生3】必須尊重實(shí)驗(yàn)事實(shí)，電化學(xué)降解實(shí)驗(yàn)事實(shí)是這樣。

【師】同學(xué)們討論很好，必須尊重實(shí)驗(yàn)事實(shí)，電化學(xué)降解NO-3的實(shí)驗(yàn)事實(shí)確實(shí)是這樣，所以我們前面的認(rèn)知模型還存在不完善的地方。

【師】經(jīng)查證有關(guān)文獻(xiàn)，硝酸根的電極電勢(shì)比較高，氧化性趨勢(shì)比較大，該反應(yīng)在熱力學(xué)上是可能發(fā)生的，所以硝酸根在陰極上得電子發(fā)生還原反應(yīng)是有可能[2]。由于電極表面附近的硝酸根發(fā)生還原反應(yīng)生成氮?dú)?，?dǎo)致電極附近硝酸根濃度減少，與其它地方形成濃度差產(chǎn)生“擴(kuò)散力”，這時(shí)的“擴(kuò)散力”與電場(chǎng)力的方向相反，此時(shí)的擴(kuò)散力上升為主導(dǎo)地位[3]，促使硝酸根向陰極移動(dòng)。

【師】可見(jiàn)，電解質(zhì)中離子導(dǎo)體的定向移動(dòng)的“動(dòng)力”有電場(chǎng)力和擴(kuò)散力共同作用，由于帶電微粒移動(dòng)后也會(huì)產(chǎn)生新的電場(chǎng)E，新的電場(chǎng)與原電場(chǎng)的方向相反，會(huì)削弱原電場(chǎng)力。

【生】我們的認(rèn)知模型還要完善。

【師】對(duì)，很多科學(xué)家們開(kāi)始建立的認(rèn)識(shí)模型也存在不足，也是在不斷的研究過(guò)程中完善，下面我們一起來(lái)找出不足的地方。

【師生】師生一起完善認(rèn)知模型如圖6所示。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生應(yīng)用認(rèn)知模型在解決問(wèn)題的過(guò)程產(chǎn)生沖突，獨(dú)立思考，重新審視認(rèn)知模型、完善認(rèn)知模型。

2.判斷電解池中離子交換膜類型的思維模型

離子交換膜是電化學(xué)高考試題中考查頻率較高的考點(diǎn)，而電解池中離子交換膜類型的判斷是一個(gè)難點(diǎn)，因?yàn)樵摽键c(diǎn)涉及到電極反應(yīng)、離子的移動(dòng)方向及反應(yīng)室內(nèi)物質(zhì)的制備等知識(shí)，必須綜合運(yùn)用這些知識(shí)才能對(duì)離子交換膜做出準(zhǔn)確的判斷。學(xué)生往往對(duì)這一題型思維混亂，不知如何下手，引導(dǎo)學(xué)生建立正確的思維模型是解決這一難點(diǎn)的有效方法。

（1）引導(dǎo)學(xué)生儲(chǔ)備好知識(shí)

①離子交換膜的分類

離子交換膜在電化學(xué)中的作用主要體現(xiàn)在兩方面，一是將兩極區(qū)隔離，分成幾個(gè)室，阻止兩極區(qū)產(chǎn)生的物質(zhì)相互接觸發(fā)生副反應(yīng)；二是允許某些離子進(jìn)入某一反應(yīng)室，用于物質(zhì)的制備。根據(jù)離子交換膜能透過(guò)的離子的種類可分類如圖7所示。

②離子交換膜在電化學(xué)裝置中的作用

離子交換膜在電化中的裝置主要有兩大類：一是在原電池中的應(yīng)用，二是在電解池裝置中的應(yīng)用。在原電池中，離子交換膜與鹽橋相似，將原電池分成正半電池與負(fù)半電池，從而提高電池的工作效率。在電解裝置中，根據(jù)不同的生產(chǎn)目的，可選用一種或多種離子交換膜，將電池分成不同的室，從而得到不同的生產(chǎn)產(chǎn)品。

③電解質(zhì)中離子的移動(dòng)方向

對(duì)于電解池，陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)，陰離子向陽(yáng)極移動(dòng)；對(duì)于原電池，陽(yáng)離子向正極移動(dòng)，陰離子向負(fù)極移動(dòng)。

（2）引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建判斷電解池中離子交換膜類型的思維模型

環(huán)節(jié)1：創(chuàng)設(shè)情境，引入問(wèn)題

例4.電解飽和食鹽水是氯堿工業(yè)的基礎(chǔ)，氯堿工業(yè)的產(chǎn)品——氯氣和燒堿是應(yīng)用很廣泛的工業(yè)原料，電解飽和食鹽水時(shí)，發(fā)生如下的化學(xué)反應(yīng)：

【師】①分別寫出兩極的電極反應(yīng)，由于在電極發(fā)生離子反應(yīng)導(dǎo)致兩極室的離子發(fā)生了哪些變化？

【生】寫電極反應(yīng)式，從電極反應(yīng)可知，陽(yáng)極的Cl-少了，陰極的H+少了OH-多了。

【師】對(duì)，由于離子在兩極放電，導(dǎo)致電解質(zhì)中的電場(chǎng)被破壞，為了維持原有的電場(chǎng)，電解溶液中陰陽(yáng)離子的移動(dòng)方向如何？

【生】陽(yáng)離子向陰極移動(dòng)，陰離子向陽(yáng)極移動(dòng)。

【師】在兩極室制備物質(zhì)，離子的定向移動(dòng)對(duì)兩個(gè)極室制備的物質(zhì)有影響嗎？

【生】有影響，左室生產(chǎn)氯氣，不允許氫氧根進(jìn)入，右室要制備氫氧化鈉，電離產(chǎn)生氫氧根，需要鈉離子進(jìn)入。

【師】根據(jù)上面的問(wèn)題，你認(rèn)為離子交換膜應(yīng)選用什么交換膜，選用該交換膜的作用有哪些？

【生】用陽(yáng)離子交換膜，允許鈉離子向右室移動(dòng)，不允許陰離子通過(guò)。

【師】對(duì)，還可防止氫氣和氯氣相互接觸。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生在平常的解題過(guò)程中，只是簡(jiǎn)單記“陽(yáng)離子交換膜只允許陽(yáng)離子通過(guò)，陰離子交換膜只允許陰離子通過(guò)，質(zhì)子交換膜只允許氫離子通過(guò)”。但有學(xué)生感到困惑：如果某極室內(nèi)由于發(fā)生離子反應(yīng)導(dǎo)致陽(yáng)離子過(guò)多，過(guò)多的陽(yáng)離子移出來(lái)也可調(diào)電荷守恒，陰離子進(jìn)來(lái)也可以調(diào)電荷守恒，為什么要選陽(yáng)離子交換膜呢？基于上面學(xué)生的困惑及對(duì)離子交換膜功能認(rèn)識(shí)的不足，通過(guò)問(wèn)題的設(shè)計(jì)，旨在引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建選用離子交換膜的思維模型。

環(huán)節(jié)2：構(gòu)建判斷電解池中離子交換膜的思維模型

【師】基于上面離子交換膜選用的分析，同學(xué)們思考離子交換膜的選用必須考慮幾個(gè)因素？

【生】3個(gè)要點(diǎn)：一是電極反應(yīng)后兩極室離子變化情況，二是離子移動(dòng)方向，三是兩極室要制備什么物質(zhì)。

【師】請(qǐng)同學(xué)們構(gòu)建選擇離子交換膜的思維模型。

【生】基于環(huán)節(jié)1中問(wèn)題的獨(dú)立思考與分析、再現(xiàn)思維過(guò)程，初步構(gòu)建判斷離子交換膜類型的思維模型。

【師】針對(duì)學(xué)生展示的思維模型，做相應(yīng)的評(píng)價(jià)，構(gòu)建如圖9所示的模型。

設(shè)計(jì)意圖：基于問(wèn)題情境的創(chuàng)設(shè)，讓學(xué)生獨(dú)立思考，分析總結(jié)，初步形成雛形的思維模型，再將思維過(guò)程經(jīng)過(guò)歸納整理，得出思維流程圖。層層推進(jìn)，逐漸讓學(xué)生自主構(gòu)建判斷離子交換膜的思維模型。

環(huán)節(jié)3：應(yīng)用、鞏固并完善判斷電解池中離子交換膜類型的思維模型

例5.（2016·新課標(biāo)Ⅰ卷11題改編）三室式電滲析法處理含Na2SO4廢水的原理如圖10所示，采用惰性電極，ab、cd均為離子交換膜，在直流電場(chǎng)的作用下，兩膜中間的Na+和SO2-4可通過(guò)離子交換膜，而兩端隔室中離子被阻擋不能進(jìn)入中間隔室，該法在處理含Na2SO4廢水時(shí)可以得到NaOH和H2SO4產(chǎn)品，請(qǐng)同學(xué)們分析ab、cd離子交換膜的類型。

【師】請(qǐng)同學(xué)們利用圖9的思維模型來(lái)解決例題2

【生】根據(jù)負(fù)極區(qū)及正極區(qū)的電極反應(yīng)、兩極區(qū)制備的物質(zhì)及離子的移動(dòng)方向，可判斷ab為陽(yáng)離子交換膜，cd膜為陰離了交換膜。

設(shè)計(jì)意圖：運(yùn)用思維模型來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，讓學(xué)生體會(huì)選用離子交換膜的3個(gè)要點(diǎn)，一是兩極反應(yīng)，二是離子的移動(dòng)方向，三是兩極室要制備的物質(zhì)。讓學(xué)生在解題過(guò)程診斷檢驗(yàn)思維模型的正確性。

例6.（2013福建理綜23題第（2）小題節(jié)選改編）利用化石燃料開(kāi)采、加工過(guò)程產(chǎn)生的H2S廢氣制取氫氣，既廉價(jià)又環(huán)保。其中電化學(xué)法制氫氣過(guò)程如圖11，請(qǐng)同學(xué)們思考下面問(wèn)題：

（1）裝置圖中選擇陽(yáng)離子交換模主要作用是什么？有存在哪些不足的地方嗎？

（2）如果該裝置只用陽(yáng)離子交換膜有不足的地方，可不可以對(duì)裝置進(jìn)行改進(jìn)，使其更好些。

【師】H2S廢氣制取氫氣處理過(guò)程分為幾階段？

【生】分為兩個(gè)階段，一是脫硫處理，二是氯化鐵的再生

【師】對(duì)，一是H2S與氯化鐵在反應(yīng)池中發(fā)生反應(yīng)2FeCl3+H2S=2FeCl2+2HCl+S↓，二是亞鐵被氧化成鐵離子。

【師】選用陽(yáng)離子交換膜的作用是什么？

【生】防止交換膜右室的氫氧根進(jìn)入左室與Fe2+或Fe3+作用形成沉淀。

【師】選用陽(yáng)離子交換膜有不足的地方嗎？

【生1】Fe2+會(huì)穿過(guò)離子交換膜向陰極移動(dòng)。

【生2】可能會(huì)產(chǎn)生Cl2

【師】同學(xué)們的分析都很好，能否針對(duì)其不足進(jìn)行改進(jìn)呢？

【生】靠近陽(yáng)極處再增加一個(gè)陰膜，在陰膜與陽(yáng)膜間加入電解質(zhì)NaCl溶液，既不影響陽(yáng)極中Fe2+放電，也不影響FeCl3的純度。

【師】同學(xué)們的設(shè)想很好，離子的移動(dòng)方向除了受電場(chǎng)力的作用外，還有濃度差引起的“擴(kuò)散力”影響，我們基于理論分析還有待于在工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行驗(yàn)證。

設(shè)計(jì)意圖：加強(qiáng)學(xué)生對(duì)電解池中離子交換膜類型判斷思維模型的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)構(gòu)建的思維模型的局限性，培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑精神和批判精神。

三、教學(xué)反思

1.防止模型的建構(gòu)流于形式

教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)要胸中有“模”，要為有關(guān)的學(xué)科方法和思維方法選擇適當(dāng)?shù)哪Ｐ停龑?dǎo)學(xué)生通過(guò)建模來(lái)解決問(wèn)題和獲取知識(shí)，不能將模型直接告知學(xué)生，這樣缺乏體驗(yàn)建構(gòu)的過(guò)程，又將回到記憶和背誦的老路上。要為建模環(huán)節(jié)預(yù)留充足的時(shí)間，并用一定的方法顯化相應(yīng)的模型。這樣經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的訓(xùn)練，學(xué)生就能體會(huì)到模型在學(xué)習(xí)活動(dòng)中的應(yīng)用價(jià)值，從而逐漸樹(shù)立起模型意識(shí)，并將模型認(rèn)知固化為自己學(xué)習(xí)的一種重要方式[4]。

2.使用模型實(shí)踐過(guò)程應(yīng)注意的問(wèn)題

（1）思維模型是高度抽象的結(jié)果，去掉了“血肉”，只剩下“骨架”，模型也許在腦海中，但卻無(wú)法解決問(wèn)題，致使學(xué)生對(duì)應(yīng)用思維模型失去興趣和信心。思維模型的運(yùn)用過(guò)程中，應(yīng)歸還其“血肉”，總結(jié)歸納出使用該思維模型的注意點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)，如在運(yùn)用判斷電解池中離子交換膜思維模型時(shí)要抓住三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，一是電極反應(yīng)后引起兩極室離子變化情況，二是電解池要制備什么物質(zhì)，三是離子的移動(dòng)方向。

（2）在練習(xí)試題后深度學(xué)習(xí)，完善真實(shí)認(rèn)知模型

科學(xué)探究建立起的認(rèn)知模型，需要運(yùn)用到解釋相應(yīng)類型的化學(xué)現(xiàn)象中，揭示化學(xué)變化背后的本質(zhì)與規(guī)律。因此，教學(xué)過(guò)程中需要運(yùn)用練習(xí)、試題等形式，幫助學(xué)生診斷認(rèn)知模型是否準(zhǔn)確。通過(guò)真實(shí)、科學(xué)的試題情境進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，促使學(xué)生運(yùn)用化學(xué)學(xué)科的基本思想和方法，完善認(rèn)知模型，發(fā)展自身關(guān)鍵能力[5]。

參考文獻(xiàn)

[1]朱圣輝.思維建模在解決電化學(xué)問(wèn)題中的應(yīng)用[J].化學(xué)教學(xué)，2016（5）：87-90

[2]張軍.以某高考題為例探析電化學(xué)情境分析的爭(zhēng)議問(wèn)題[J].化學(xué)教學(xué)，2015（9）：92-93

[3]魯戰(zhàn)勝，湯華森，王后雄.原電池中離子定向移動(dòng)的“推手”[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2012（11）：34-35

[4]陸軍.化學(xué)教學(xué)中引領(lǐng)學(xué)生模型認(rèn)知的思考與探索[J].化學(xué)教學(xué)，2017（9）：19-23

[5]施志斌.對(duì)一道北京卷電化學(xué)試題的再解析[J].化學(xué)教學(xué)，2017（9）：84-86