重視高中化學建模提升學生科學思維的研究

陳文良 蔡明茹

摘 要：建模思想逐漸受到教育界的重視，建模教學在高中化學教學中有獨特的優勢，可以培養學生的科學思維。文章分析應用建模教學的意義和建模教學在應用中存在的問題，并結合教學實踐討論具體的建模教學策略，強調結合生活、結合物質基礎建模，以物質特性為基點建模，同時注意降低建模難度。

關鍵詞：高中化學;建模教學;建模思想;科學思維

中圖分類號：G633.8 文獻標志碼：A文章編號：1008-3561（2021）01-0141-02

建模這一理念已經被應用在眾多學科，尤其是在理科教學中起到的作用更為明顯。在高中化學教學中，教師通過有效的建模教學，能夠更好地引導學生運用化學思維解決問題，這對學生科學思維的培養大有裨益。本文對建模思想在化學教學中的運用進行探究。

一、應用建模教學的意義

高中化學教育應注重傳授給學生科學方法，注重培養學生的科學思維，而建模教學在化學教學中能夠發揮獨特的優勢，具有極大的教學價值。無論是通過化學實驗探索化學知識，還是通過文字、公式、圖表、模型等方式詮釋化學原理，建模教學的作用都不容忽視。建模教學的內涵比較豐富，比如在化學教學中可以應用到認知建模、物理建模、概念建模、數學建模等，還有表述問題的標準模型、解決問題的思維模型等。建模思想是培養學生科學品質、提升學生科學思維的重要理念，對學生有著積極且長遠的影響。

二、建模教學在應用中存在的問題

1.建模教學流于形式

部分教師能認識到建模教學的重要性，也看到了其對學生科學思維培養的助益，但是受到教師自身能力的制約，對建模教學的把控不足，導致建模教學流于形式。有的教師在教學中獨自完成建模，并讓學生直接應用模型，學生鮮少有機會進行建模，導致學生對建模的方式方法掌握不足，無法提高建模能力。有的師生雖然共同完成了建模，但在課堂教學中沒有充分應用，即后續教學與建模聯系甚微，浪費了課堂時間，導致建模教學流于形式。

2.建模難度過大

不可否認，在“應試教育”的背景下，高中化學的教學壓力越來越大，教師要在完成知識教學的基礎上，培養學生的科學思維等化學素養。部分教師為實現核心素養教育目標，在應用建模思想教學時，盲目追求建模高度，認為建模難度越大，學生獲益越大，導致遠遠超過了學生的最近發展區。這樣不僅對學生化學素養的發展無益，還可能影響學生科學思維的健康發展。

三、建模教學提升學生科學思維的策略

1.結合生活，建立模型

要想應用建模教學提升學生科學思維，第一步就是要建立模型，將化學知識與模型結合，并且借助模型進行分析、解題。以教學“中和反應”為例，因為這一反應在生活中較為常見，如冬季羽絨服染污漬，可以先用食用小蘇打和食用白醋混合成“洗滌劑”，然后對污漬進行涂抹，稍等片刻進行刷洗，最后進行清洗，這種方法具有簡單方便、對羽絨服傷害較小的優勢。教師結合生活中的現實問題，并搜尋化學知識中與之共通的內容，就可以引導學生建立中和反應過程的模型，然后將思維應用于實踐，鼓勵學生找材料進行實驗和觀察，最終得到正確的反應模型。

2.結合物質基礎，構建具體化模型

在高中化學教學中，建模教學有著重要地位，建模并非是無所依靠的，而是在物質基礎之上進行，建立一個具象的、具體的模型，能夠幫助學生準確、深入地解讀化學知識。學生利用自身知識與學習經驗，對新的知識內容進行歸納與總結，能促使自身對新知的認知從低層次的感性認識上升到高層次的理性理解。同時，學生可以通過建立的化學模型解決生活中的問題，這對學生提升化學應用能力和科學思維有重要作用。

例如，在教學“物質立體構型”時，為幫助學生明確不同原子構成的物質是不同的，即使是一樣的原子，如果具有不同的結構，則組成的物質也是不盡相同的，筆者使用了建模教學法，將知識直觀呈現給學生。眾所周知，石墨結構是與眾不同的，其原子層層排列，處于同一層次的原子之間，是借助共價鍵進行鏈接的，與此同時，分布于不同層級的原子，則是在范德華力的作用下聚合的。金剛石與石墨都是由原子直接構成。具體而言，金剛石的碳原子是以六邊形的形狀排列的，石墨的原子則是以球狀進行排列的。再如，H2O2僅從化學式層面分析，學生通常會認為它的分子結構是對稱的，因此，H2O2應該是非極性分子。此種情況下，教師可以構建一個H2O2分子模型，讓學生能夠直觀、清晰地看到分子中兩個氫鍵的排列不是其猜想中的分別對稱分布在一條直線兩側，而是存在一個角度，這充分說明H2O2是極性分子。可見，建模教學能切實幫助學生理解知識，這對強化學生的化學思維也有較大幫助。

3.以物質特性為基點，構建抽象化模型

化學中涵蓋大量符號，并且對于學生而言，化學概念過于抽象，因此，在建模過程中，教師要以學生為本，即考慮學生所具備的能力，尤其是對知識的理解能力。一方面要借助模型將物質的共性展現出來，另一方面還要突出物質自身的個性，讓學生成為“拿著手術刀的醫生”對化學知識進行“解剖”，以求達到對知識深層次的掌握，讓符號和公式在學生面前都變成“透明人”。通過建模的應用，學生可以物質特性作為基點，正確找出存在于物質內部的隱藏規律，喚醒學生的思維，提高學生思維能力。

例如，在教學“氧化還原反應”時，筆者讓氧氣和銅發生反應，得到氧化銅，并將其作為典型案例，讓學生更深入地掌握氧化反應、還原反應的基本規律。在教學硫酸的性質過程中，筆者會結合現實生活，將學生比較熟悉的硫酸引入課堂，以其作為典型，不僅能夠將硫酸的共性一一展示出來，還能展現硫酸的獨特性，如濃硫酸有一定的氧化性，還有脫水性、吸水性。再如，原子不同的化合價，其元素周期規律中的表現也是有所差異的，即會隨著原子序數遞增而發生周期性的變化，此為大部分原子共性。但也并非沒有例外，如氟元素僅僅有0價和-1價兩種。由此可見，借助建模，學生能夠更容易從本質上認識物質，這有利于學生對化學規律的全面掌握，對學生科學思維的發展有極大幫助。

4.降低建模難度，有效培養科學思維

筆者認為在應用建模時，不可盲目進行高難度的建模，并且要降低建模難度。教師可以先通過簡單的建模緩解學生對建模的陌生感和排斥感，幫助學生建立對建模的信心，同時加深學生對建模的認知程度，增強學生參與建模的興趣，引導學生正確看待建模對自身化學學習的良性作用。眾所周知，化學是十分具有代表性的實驗性學科，化學學習需要學生進行實踐探究，而引導學生在生動的實驗過程中進行建模，可以讓學生扎實掌握抽象的概念，降低建模難度。

綜上所述，建模教學是一種常見且有效的教學方法，對培養學生的科學思維有重要作用。教師要注重建模教學，深刻認識建模的內涵與意義，結合生活、結合物質基礎建模，以物質特性為基點建模，同時注意降低建模難度，為培養學生的科學思維助力。

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