建模思想應用于化學教學的點滴做法

張小梅

（江蘇省如皋市磨頭中學 江蘇 如皋 226551）

“模”就是“模式”、“模型”，建模思想就是將復雜的化學問題去掉非本質的東西，抽象出解決問題的思維方式，即“模”，然后運用這一模式去解決相關問題。化學知識瑣碎零散，同時在化學教學中涉及到肉眼看不見的原子、分子、化學鍵、晶體結構、平衡移動等問題，抽象難懂；這時就需要采用科學的建模思想，運用學生的已有知識，借助想象和理解構建形象生動的模型或一公式化的方法，成功的幫助學生跨越認知障礙。

一、分子幾何構型建模

分子的立體結構和價層電子對互斥模型是選修3《物質結構與性質》中難而抽象的部分。為了突破“分子的立體結構”這個難點，在教學中我們主要采用搭建模型的方法，讓學生自己動手利用球棍搭建常見簡單ABn分子的模型。然后讓學生根據(jù)上述分子的模型書寫它們的電子式、結構式、鍵角、空間構型等，讓學生利用球棍模型形成對常見分子立體結構的整體認識，尋找出與分子立體結構有關的因素，如原子數(shù)目、鍵長、鍵角、孤對電子等。最后再通過與以上模型的比較，遷移并分析不太熟悉的物質的空間結構。

在“價電子層互斥模型”新授課上，我們讓學生玩“扎氣球”的游戲，兩個氣球扎在一起平放桌上，自然成直線型，三個氣球扎在一起成平面三角形，四個氣球扎在一起成正四面體型。而對于AXn型分子或離子，其價層電子對指的是中心原子形成σ鍵的電子對和孤對電子對，其數(shù)目等于X原子數(shù)n與孤對電子對數(shù)之和。一個價層電子對就好比一個氣球，類比得出VESPR模型，從而確定簡單分子或離子構型。如CO2和H2O同樣是三原子分子，空間構型卻是前者呈直線形，后者呈V形就是價層電子對數(shù)目不同的結果。

二、書寫電極反應式建模

電極反應式的書寫是電化學教學中的重點內容，也是學生初學時的難點。我們通過歸納形成解答問題思路模型，使解答過程模式化，提高了解答問題的準確性，以達到事半功倍之效。例如在原電池的電極反應式書寫中，學生的困難主要表現(xiàn)在：無法判斷正負極、不會確定反應物和產(chǎn)物、不會配平、不理解兩個電極反應式的關系等。因此我將電極反應式的書寫建模為“三步法”：第一步，找到反應物和產(chǎn)物；第二步，配平電荷看介質；第三步，配平原子添加水。

例題：一種新型燃料電池，一極通入空氣，另一極通入丁烷氣體，電解質是摻雜氧化釔 （Y2O3）的氧化鋯（ZrO2）晶體，在熔融狀態(tài)下能傳導O2-。寫出兩極反應式。

解析：第一步，找到氧化劑和還原劑，氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物，氧化劑為正極材料，還原劑為負極材料，并按“氧化劑+ne-→還原產(chǎn)物、還原劑―ne-→氧化產(chǎn)物”的形式寫出：

第二步，配平電荷。正極已滿足電荷守恒，配平結束。負極不滿足電荷守恒，此時就需看介質，介質是O2-，因此在左邊添上13O2-使電荷守恒，負極反應式為：C4H10+13O2--26e-→4CO2

最后，配平其他原子，即化合價未發(fā)生變化的原子，常常添加水使兩邊相平。

則負極反應式為：C4H10+13O2--26e-→4CO2+5H2O

另外，在保證得失電子相等的前提下，將正極反應與負極反應相加就可以得到電池總反應式：2C4H10+13O2→8CO2+10H2O。特別要注意的是，從總反應看，介質似乎未曾參加反應，但電極反應卻反映了介質參加反應的真實情況。

建模思想是一種數(shù)學理念，作為工具學科，數(shù)學對化學問題的解決起到了很好的輔助作用。《普通高中化學課程標準（實驗）》明確了高中化學課程是“科學教育的重要組成部分”；指明了高中化學課程改革的目的是培養(yǎng)符合時代要求的高素質人才。要促進學生全面而持續(xù)、和諧地發(fā)展，不僅要考慮化學自身的特點，更應遵循學生學習化學的心理規(guī)律，強調從學生已有的生活經(jīng)驗出發(fā)，讓學生親身經(jīng)歷將實際問題構成化學模型并進行解釋與應用的過程、進而使學生獲得對化學理解的同時在思維能力，情感、態(tài)度，價值觀方面得到進步和發(fā)展。因此，在實際課堂教學中，教師應以學生為主體，創(chuàng)設合適的問題情境，讓學生投入到解決問題的實踐活動中，自己去探索，經(jīng)歷建模的全過程，初步領會模型的思想和方法，增強化學應用意識，提高學生的創(chuàng)新能力，養(yǎng)成良好的思維品質，使學生學到有用的化學，學到不同的化學。建模思想的教學順應了當前素質教育和新課程標準改革的需要，建模的教學有可能為課堂教學改革提供一條新路，為培養(yǎng)更多更好的“創(chuàng)造型”人才提供一個全新的舞臺。

［1］ 中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準 （實驗）［M］.北京：人民教育出版社，2003

［2］ 人教社化學室.普通高中化學課程標準實驗教科書·化學選修 3［M］.北京：人民教育出版社，2004.12

［3］ 吳書林.名師面對面［M］.廣州：羊城晚報出版社，2008.2