構(gòu)建模型 解決問題
——建模教學(xué)在高中化學(xué)課堂中的應(yīng)用

張軍貴

(甘肅省民樂縣第一中學(xué) 734500)

新課標實施的理論基礎(chǔ)主要是建構(gòu)主義的多元智能理論與學(xué)習(xí)理論，大部分建構(gòu)主義者表明學(xué)生是生活于社會當中的，由此可知，學(xué)生是帶著經(jīng)驗步入教室的，因此，課堂教學(xué)需立足于學(xué)生的需求與興趣，化學(xué)教師需將教學(xué)的重點置于強化學(xué)生的理解，而學(xué)習(xí)并非是教師將相關(guān)知識講解給學(xué)生的過程，通常是學(xué)生對知識進行主動構(gòu)建的過程.因此，化學(xué)教師在課堂教學(xué)時，需注重通過模型構(gòu)建的形式，引導(dǎo)學(xué)生通過概念提煉、原理與公式的歸納，對知識創(chuàng)造的思維過程進行揭示，并通過模型構(gòu)建促使學(xué)生學(xué)會科學(xué)觀察，推斷問題成因，最終通過推理獲得知識產(chǎn)生的全過程，并促使學(xué)生形成應(yīng)用化學(xué)知識解決化學(xué)問題的能力.

1 化學(xué)模型構(gòu)建在化學(xué)教學(xué)中的作用

第一，有助于抽象問題具體化.化學(xué)模型的構(gòu)建就是將抽象化化學(xué)問題具體化，通過圖表、圖畫、計算機圖像、實物模型等呈現(xiàn)出復(fù)雜事物或者過程的一種表現(xiàn)手段.同時，化學(xué)模型的構(gòu)建還能使學(xué)生充分理解與掌握不能直接觀察的事物或促使抽象的化學(xué)問題實現(xiàn)直觀化.由于化學(xué)中包含著深刻的化學(xué)智慧，這就使學(xué)生無法做到直觀理解，而將抽象問題直觀具體化，這不僅有助于學(xué)生將復(fù)雜且無法把握的復(fù)雜問題轉(zhuǎn)變成具體直觀的問題進行思考，而且還能通過模型構(gòu)建的思想進行問題解決，從而使學(xué)生實現(xiàn)高效解決問題.

第二，有助于化學(xué)知識的直觀化.對于高中生而言，其已經(jīng)具備了相應(yīng)的自我思考與自我學(xué)習(xí)的能力，可以對已有的知識實施總結(jié)，并實現(xiàn)知識網(wǎng)絡(luò)體系的構(gòu)筑.高中化學(xué)的課堂教學(xué)中，建模思想的運用，通常能夠使學(xué)生把晦澀、高深、抽象的化學(xué)知識以更為直觀的形式呈現(xiàn).在高中化學(xué)的傳統(tǒng)化教學(xué)當中，化學(xué)教師通常會用到題海戰(zhàn)術(shù)，想讓學(xué)生對于全部題型都做到面面俱到，以致于學(xué)生面對所有題型的時候都不會懼怕.但這通常會嚴重影響到學(xué)生的學(xué)習(xí)效果.而通過化學(xué)模型的構(gòu)建，學(xué)生可依據(jù)學(xué)習(xí)的化學(xué)知識實施總結(jié)，并與例題相結(jié)合，對相同類型的化學(xué)題實施歸納總結(jié)，從而實現(xiàn)少做、精做，舉一反三的效果.

2 建模教學(xué)在高中化學(xué)課堂中的應(yīng)用

2.1 基于工藝流程圖的建模思維培養(yǎng)

高中化學(xué)的工藝流程圖作為高考中的重點內(nèi)容，其題目通常容量大、綜合性強、知識點繁多，這不僅是對學(xué)生對于基礎(chǔ)知識的掌握狀況進行了考查，而且還對學(xué)生對于信息的歸納、分析與應(yīng)用能力實施考查，并對學(xué)生的理論與實際相聯(lián)系進行問題解決的能力進行了考查，這就對學(xué)生自身提出了較大的挑戰(zhàn).因此，在對化學(xué)的工藝流程相關(guān)內(nèi)容開展教學(xué)時，化學(xué)教師可通過化學(xué)模型的構(gòu)建，引導(dǎo)學(xué)生更好的認識相關(guān)化學(xué)知識.例如，“從鋁土礦中冶煉鋁”的工藝流程圖開展教學(xué)時，化學(xué)教師可通過提純鋁土礦模型(如圖1所示)，對工藝流程圖實施分析.

圖1

①原材料預(yù)處理：主要是從學(xué)生已知的知識作為出發(fā)，對金屬冶煉的方法進行復(fù)習(xí)，因為氧化鋁具有兩性，因此，可通過酸處理，或是堿處理原材料，將氧化鋁溶于溶液中，如常用的堿處理化學(xué)反應(yīng)：用氫氧化鈉處理

②化學(xué)除雜：通過過濾將鋁土礦中不溶于NaOH的氧化鐵等雜質(zhì)除去，隨后通入過量二氧化碳，與溶液中的NaAlO2發(fā)生反應(yīng)：

生成氫氧化鋁沉淀，再次過濾，得到相對純凈的氫氧化鋁，③對氫氧化鋁進行灼燒處理，得到氧化鋁；④加冰晶石后熔融通電處理，電解氧化鋁，得到鋁單質(zhì).依據(jù)題目中所給出信息實施純度計算，以此構(gòu)建系統(tǒng)的工藝流程圖的模型，經(jīng)過該方法解決相關(guān)問題，通常能夠使學(xué)生在日后面對相關(guān)問題時更得心應(yīng)手.因此，最后可以構(gòu)建完整的鋁土礦提取鋁的流程模型(如圖2所示).

圖2

2.2 基于實驗建模的問題解決能力提高

化學(xué)作為以實驗為研究的一門科學(xué)，基于此，在高中階段的化學(xué)教學(xué)當中，可通過實驗教學(xué)指導(dǎo)學(xué)生進行化學(xué)問題實施探究，并在實驗中引導(dǎo)學(xué)生明確其學(xué)習(xí)與實驗的目標，以此為接下來的問題探索提供方向.第一，提供給學(xué)生相應(yīng)的化學(xué)概念框架，該概念框架通常需和學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況相接近；第二，將學(xué)生引入到問題探索的情境，經(jīng)過構(gòu)建化學(xué)模型，強化學(xué)生對于問題的分析與解決能力.例如，對“合成材料”進行教學(xué)時，由于學(xué)生已掌握到金屬材料、非金屬材料等相關(guān)知識，對不同高分子材料進行識別的方法就是“最近發(fā)展區(qū)”.在進行實驗教學(xué)中，教師可將羊毛織物與化纖織物都置于酒精燈上進行燃燒，讓學(xué)生觀察燃燒現(xiàn)象，并發(fā)現(xiàn)不同物體燃燒的區(qū)別.通過該環(huán)節(jié)，化學(xué)教師可引導(dǎo)學(xué)生準確描述出其自身的看法與看到的現(xiàn)象，然后，化學(xué)教師可接著提問，引導(dǎo)學(xué)生積極思考，比如“天然蠶絲與人造絲制作的原理都一樣嗎？”“你喜歡穿化纖衣服還是棉質(zhì)衣服？”經(jīng)過相關(guān)問題的提出，促使學(xué)生深入的了解到合成材料的相關(guān)知識，并促進學(xué)生解決化學(xué)問題能力提高.

2.3 基于習(xí)題訓(xùn)練精選的模型構(gòu)建

模型構(gòu)建通常在高中化學(xué)的教學(xué)當中有著重要影響，因此，需有意識地引導(dǎo)學(xué)生體會到模型構(gòu)建在學(xué)習(xí)當中的重要影響，并強化對于學(xué)生模型構(gòu)建與應(yīng)用意識的培養(yǎng).近些年，高考的試題中經(jīng)常會以新背景、新材料的形式呈現(xiàn)，且題目也相對比較長，此時，就要求學(xué)生能夠在短時間之內(nèi)提取到有關(guān)信息，并通過自身已具備的知識實施模型構(gòu)建，以實現(xiàn)化學(xué)問題的解決.因此，在化學(xué)教學(xué)當中，教師需引導(dǎo)學(xué)生進行化學(xué)模型構(gòu)建，并在此基礎(chǔ)上開展習(xí)題訓(xùn)練，這不僅能實現(xiàn)學(xué)生應(yīng)用模型的能力提高，而且還能實現(xiàn)化學(xué)知識遷移的教學(xué)效果.例如，對“原電池方面的知識”開展教學(xué)時，教師可指導(dǎo)學(xué)生進行自主建模，并以典型的例題實施變式拓展，以促使學(xué)生能夠以電池模型進行習(xí)題解答，并在問題解答后，對解題過程實施反思和總結(jié).經(jīng)過實踐表明，經(jīng)過習(xí)題訓(xùn)練，就能促進學(xué)生自身的思維能力提高，而非經(jīng)過強記實現(xiàn)問題解決，從而優(yōu)化學(xué)生解題的思維過程.如圖3所示是學(xué)生自主構(gòu)建的銅鋅稀硫酸原電池模型.

圖3

在構(gòu)建原電池模型的時候，教師也可以對知識進行拓展，在裝置中接入電源，這個時候原電池模型就會變成電解池模型(如圖4所示).電解池與原電池的知識點不易區(qū)分，通過構(gòu)建電解池模型更有利于學(xué)生觸類旁通，靈活的運用模型思想進行具體問題的解決.

圖4

例圖5中，在盛有飽和NaCl溶液的U型管中分別插入鐵棒和石墨棒，然后與電路連接，則以下分析正確的是( )

圖5

A. 當開關(guān)K1或是K2閉合時，Na+均移向鐵棒的一端

B. 當開關(guān)K1閉合，K2斷開時，石墨棒附近滴入石蕊試劑，顏色呈藍色

C. 當開關(guān)K2閉合，K1斷開時，鐵棒將被腐蝕

D. 當開關(guān)K2閉合，K1斷開時，電路中通過0.4NA個電子時，兩極共產(chǎn)生標況下4.48 L氣體

諸如此類的例子還有很多，除了原電池、電解池問題，還有有機化學(xué)中的加成、加聚反應(yīng)，過量少量問題的離子方程式的書寫等等，都可以通過精選習(xí)題的訓(xùn)練構(gòu)建模型，從而提高解題的效率和準確率.

綜上所述，高中化學(xué)的教學(xué)當中，學(xué)生模型構(gòu)建能力的培養(yǎng)，通常能夠使學(xué)生自身的學(xué)習(xí)能力以及思維能力得到明顯提升.因此，核心素養(yǎng)下，化學(xué)教師需注重培養(yǎng)學(xué)生自身的建模能力，通過相關(guān)模型的構(gòu)建，促進學(xué)生知識體系的構(gòu)建，強化學(xué)生問題的解決，從而使學(xué)生自身的綜合素質(zhì)得到有效提升.