模型 魔性
——芻議從抽象到具體的模型思想

馬 煒

(江蘇省宜興市陽羨高級中學 214200)

高中化學要求培養學生的基礎知識和基本技能，更要求培養“認識科學方法對化學研究的作用”.化學核心素養的一個重要維度就是模型認知，運用模型思想可以使抽象概念具體化，深奧理論通俗化，形象展示教學內容，明晰現象背后的原理、規律.可見建模思想不僅是化學學科的內在要求，更是新時期由“知識取向”向“能力取向”的必然要求.在新高考模式下化學日漸邊緣化，建模教學有利于提高學生的認知分析能力，簡化解題方法，提高效率，更好地培養化學學科核心素養.

一、高中化學模型的內涵

化學模型是在獲得感性認識的基礎上，以理想化的思維方法實現知識向現實問題的遷移，對化學事實進行近似、形象和整體的描述，從感性認識上升為理性認識，進而揭示其本質和規律.模型一般分為物質模型和思想模型兩大類.物質模型是依據常規認知的狹義概念，以實物呈現或根據實物幾何外形進行成比例地擴大或縮小，如標本、藥品、堆積模型、比例模型和球棍模型等，還可根據具體情況自制創新.思想模型是依據研究的特定目的，在一定的假設條件下，再現原型客體的結構、功能、屬性、關系、過程等本質特征的物質形式或思維形式，如概念公式化、圖表化、化學平衡模型、反應系統模型等.這些處于非物質形態，是人與原型客體之間的中介.以理想化的思維方法對化學事實進行近似、形象和整體的描述，進而揭示其本質和規律.

二、高中化學模型的運用

“授人以魚不如授人以漁”，教師不僅要傳授學科知識，更要傳授思考方法.模型思想正是這種實踐的有效途徑，下面就模型思想在幾個方面的作用加以討論.

1.基本概念——立足現實生活，概念聯想遷移

自然科學中的概念，是人類研究客觀事物，對本質特點的歸納概括，高度抽象.在概念學習中，可以將模型思想與形象事物聯系起來，架構課本抽象概念和現實的橋梁，將枯燥晦澀的知識簡單化，深刻理解核心概念.

【建模活動1】必修1“物質的量”，從初中以質量為中心跳躍到高中以物質的量為中心進行計算，學生對物質的量及其單位摩爾不知所云，甚至高一一整年都是夾生飯，直接影響科學素養發展.在教學過程中可適當引進單位類比的模型思想.平時生活中12瓶飲料為1箱，如果要買36瓶飲料，只需說3箱就可以了，大大簡化了數字，原因就在于單位由“瓶”轉化為“箱”.物質的量及其單位摩爾，又何嘗不是呢？ 6.02×1023數值太大，用起來很不方便，若將單位轉化為摩爾，數值直接變為1，計算簡潔明了.

這種模型是現實世界的縮小版，能表征化學概念的核心，能幫助學生更好地理解掌握.

2.化學理論——自制模型探究，培養創新思維

化學基礎理論是人們從實踐中概括出來的關于化學知識的系統性的規律和結論.通常具有高度的理論性，學生較難形成知識系統.例如離子反應貫穿高一化學始終，但哪些離子真正進行反應，課本圖片功能有局限性，學生也缺乏感性認識.為了培養學生的微粒觀，可自制開發新的模型.選用兩種顏色的圓形磁性卡片模擬化學物質，方法如下：將A4大小、彩色磁性卡片剪成兩種直徑不同的圓形卡片(如一元和五角硬幣大小)，用來模擬陰陽離子；而將A4大小、白色磁性卡片作為反應容器(燒杯).

在整個建模過程中，教師啟發指引，學生小組合作，創造實際情景，將模型認知和體驗式教學結合在一起，通過微觀想象模擬反應過程，在潛移默化中掌握了“宏觀-微觀-符號”的科學方法.化學模型是思維的產物，為了幫助學生理解抽象理論，可以從簡單的問題開始創造情景，循序漸進理解復雜理論.這個過程也符合化學學科核心素養所提倡的情境化教學模式，有助于落實核心素養的培養.

3.反應原理——無形化為具體，具體解決無形

高二選修《化學反應原理》中的化學平衡移動，是高考常見題型，但比直觀的化學反應更抽象，學生難以處理.在習題講評中，幫助學生建立模型，大膽模仿應用，問題迎刃而解.

【建模活動3】(2015江蘇卷第15題)一定溫度下，在3個體積均為1.0 L的恒容密閉容器中反應

達到平衡，本題B選項：達到平衡時，容器Ⅰ中反應物轉化率比容器Ⅱ中的大.

觀察表格，可以發現起始投料Ⅱ是Ⅰ的2倍，若將Ⅱ容器體積放大至Ⅰ容器的2倍(虛擬容器法)，兩者建立“等效平衡”.但事實上Ⅰ、Ⅱ容器體積相等，將放大后的Ⅱ容器壓縮至與Ⅰ容器體積相同，即加壓，平衡正向(氣體體積減小的方向)移動，達到平衡時，Ⅱ中反應物轉化率比Ⅰ大，故B錯.

容器溫度/K物質的起始濃度/mol·L-1物質的平衡濃度/mol·L-1c(H2)c(CO)c(CH3OH)c(CH3OH)Ⅰ4000.200.1000.080Ⅱ4000.400.200Ⅲ500000.100.025

類似于容器Ⅰ、Ⅱ的投料，簡稱倍投問題，Ⅱ、Ⅲ相比也是，均可用上述建模思想來分析.學生在分析過程中，歸納出平衡結果與建立過程無關，結合等效平衡思想，將復雜問題轉化為簡單思想模型，提高解題效率.

4.物質結構——融合立體幾何，高效數形結合

2008年以來，江蘇卷第21題(物質結構)多次出現晶胞計算.晶體結構與空間立體構型緊密相關，復雜抽象，空間想象能力不佳的學生感到非常迷茫.在這部分教學過程中，建模思想的作用體現得淋漓盡致.

三棱柱、六棱柱晶胞，比立方體晶胞更復雜一些，需要更強的立體空間想象能力，但也可以用均攤法進行計算.

綜上所述，無論是物質模型或者思想模型，在高中化學教學中的作用十分重大.教師也加深了對于模型思想的理解，將其滲透到教學內涵中，有利于培養學生的思維能力，構建學科知識體系；提高學習效率和解題正確率，增強了學習興趣和自信心.最終更深刻地掌握化學知識，真正建立科學理念.