建模思想在高中化學解題中的應用

羅偉

摘? 要：建模思想在理科類的學習中經常體現，在化學學習中利用建模思想本質上是為了更好地鍛煉學生的抽象概括能力，讓化學反應、原子核外電子排布、共價鍵、晶體結構等模型更加清晰化，促使學生更輕松、更樂意去學習化學。教師應當在學生學習化學的過程中提供幫助，通過建模思想指導他們建立化學模型，在具體化學例題中通過建模應用為學生提供更好的學習指引。文章就建模思想在高中化學解題中的應用進行探討分析，希望能夠給廣大教育工作者提供有效的建議。

關鍵詞：建模思想；高中化學；解題應用

一、建模思想在高中化學解題過程中的模型應用

（一）構建概念圖模型

在學習的過程中，如果能夠將圖形與題目相結合，做到概念圖、網絡圖與試題的知識對比處理，能夠更快、更容易找到各個知識的關聯。在解化學方程式的各個物質量時，通過概念圖的模型能夠明確地了解元素之間的關聯，通過這種關聯學生對性質、結構就會有更大的把握，確保做題時不會出現畏懼的心理。

【例題1】 化學與生活密切相關，下列敘述錯誤的是（? ? ）

A. 高純硅可制作光感電池

B. 鋁合金大量用于高鐵建設

C. 活性炭具有除異味和殺菌作用

D. 碘酒可用于皮膚外用消毒

這道題選擇C項。如果能夠將圖形建模銘記在心，則在這道題出現時每個選項都會有相關具體解釋。因為硅是半導體，而半導體是能夠制作光感電池的，所以A選項是符合的；鋁合金由于硬度大且力學性能較高，不僅在高鐵建設中較為常見，在航運行業、金屬包裝、交通運輸都有它的存在，所以B選項符合；活性炭的性質是吸附性強，能夠很好地消除異味，但細菌和病毒是活性物質，并不會因為被吸附致死，所以它并不能殺菌消毒；而碘酒能夠讓蛋白質變性，通過將病毒的蛋白質損壞使其死亡，所以能夠用于皮膚消毒。

學生在解題過程中運用概念圖會讓問題變得不再復雜，理清做題思路的同時還能提升正確率。讓化學難題在圖形概念的加持下變得通俗易懂，通過提取關鍵因素讓題目中的重點一目了然。不過概念圖的熟練應用需要教師不斷引導，將正確方法教給學生，通過課下提問或者課前演練對學生進行檢查，讓學生在練習中自覺養成圖形建模的思想。

（二）構建差值法模型

差值法在化學反應的化學計算中較為常見。在量變中不僅僅是物質反應前后的質量，還有物質反應前后的熱量，氣體前后的體積、物質之間的間隔變化等。在這類變化中物質的差值存在可探尋的法則，通過規律能夠發現其反應差值存在比例關系，將比例關系與實際理論知識結合，在較小的誤差下利用化學建模方法對難題解答。在運用差值法時應分析題意，對化學反應前后的各個物質量進行嚴密的計算，確保每個數據都是對的，排除由于數據錯誤引起的誤差。若各項數據之間無比例關系，則差值法便不能使用。

【例題2】 將MnO2占a%的KClO3與MnO2的混合物取出，加熱MnO2，設質量為m，由于KClO3分解時部分未完全消除，所以MnO2在固體混合物發生改變，其質量分數有所增加，該分數升至b%，求生成O2的質量分數。

在計算該題的過程中由于氧氣生成，反應前后都有固體的質量分數，始態量與終態量都能得到，所以通過求取固體的質量差便可計算出氧氣的質量，m/a%-m/b%液體質量差值法即為氧氣的質量分數。差值法在化學計算中較為廣泛，在化學反應中，通過反應前后物質的變化進行相加減，在客觀規律下進行計算不僅使化學難題中抽象化的步驟變得具體化，還能通過差值運算省去較多煩瑣的運算步驟。

（三）構建化學方程式模型

化學方程式模型屬于數學模型的一種，在化學的學習過程中，學生往往會根據最基礎的化學方程式去選擇物質之間的聯系，根據這些聯系找到各個物質中的變量，最后將物質反應的變量通過計算得出。在化學中，物質反應時的質變、量變都是有規律可循。若在解題時利用其中規律可讓難題更加簡便，利用化學方程式模型進行解題會讓學生在理解物質變化的過程中更為生動形象，通過其中的化學規律推算出各個物質的含量。在進行解題的過程中一些質變、量變都能在化學方程式的模型中進行適當的標注，在標注中查看化學計量數據讓學生在計算時不需要時刻銘記答題步驟。這在化學方程式中能夠有很好的體現。

（四）構建極值法模型

極值法在數學建模中經常出現在難度偏高的題目中，學生在解題過程中會遇到棘手的難題，部分題目給定的條件較少，若按照正常解題思路去做會使得問題變得更加復雜，這時若能夠利用數學建模中的極值法會使思路更加清晰。

【例題3】 在100ml的KOH溶液中通入2.24L的CO氣體，將兩種物質融合在一起完全反應，通過蒸餾的手段進行處理，在該階段結束后得到6.4g白色固體，以此求KOH的溶液質量。

在對該問題解答時，倘若用正常的列方程式然后對每個步驟進行一步步的操作計算，KOH的質量結果很容易出現誤差，若能夠利用極值法進行計算，假設其KOH質量的最大值與最小值，然后再對其結果進行規律性推理就很容易計算出KOH溶液的質量。所以極值法在模型中對問題進行假設，通過提取關鍵因素讓題目中的重點一目了然，讓難以理解的題目變得更加簡單。

二、化學解題思路模型在高中化學解題中的應用策略

（一）接受模仿法在高中化學解題中的應用策略

在化學學習中應用接受模仿法是較為常見的，如果教師在給出特定的解題思路后，學生仍不能完全理解題目，教師可以通過建立模型幫助學生解決較難的題目。班級內部學生的化學水平存在差異是一定的，在面對較難的題目時，部分學生會對其毫無頭緒且無法下筆，這時就需要教師運用接受模仿法。通過提升學生的認知水平以及學生基礎將學生化學考試成績有一個質的提升。

比如，在化學教材中在學習晶體結構的過程中，有些學生對這些結構的想象力不夠，很難建立起學習框架，因此沒有足夠的認知，學完就忘的可能性大。這個時候就可以通過接受模仿法讓學生從模仿中更好地對晶體結構有了解并熟記于心。關于晶體結構主要分為四部分，分別為分子晶體、共價晶體、金屬晶體、離子晶體，教師可以從熔沸點、硬度、溶解性等幾個特性中去分析這些晶體結構的不同點，學生在模仿中可以接受教師生動形象的教育，觀察晶體結構的教學。教師在平時的教學過程中盡可能地運用建模思想，累積科學規范的解題方式，讓學生主動了解且學會總結歸納，使學生掌握晶體結構的主要意義。

（二）逐項分析法在高中化學解題中的應用策略

在化學解題過程中，選擇題的比重較大，也是最能拉開學習化學成績差距的題型，若學生能夠對選擇題中每個選項進行細致分析，且逐項分析化學試題，便會打下良好的化學學習基礎。在每個選擇題中對所有選項都進行逐個分析，定性分析其基本理論與物質性質。各項基礎題中的題型都會摻雜容易出錯的地方，出題人會經常利用這些具有迷惑性的選項進行相關設置。常見的知識點有有機化學性質分析、離子在游離狀態是否會共存、元素性質與周期表位置是否有關等。

【例題4】 X、Y、Z、W、M五種短周期元素，X、W、Z、W在同一個周期內，Z、M的主族相同，X+M2-的電子層結構相同，晶體Y熔點在這五種單質中是最高的，硬度也是最大的。選項中正確的是（? ? ）

A. X、M只有X2M能夠被組成化合物

B. W、Z、M元素在組成簡單氫化物中其相對分子質量隨順序以此降低

C. 單質Y、Z、M在晶體組成上是同種類型

D. W、M的某些單質能夠對水進行消毒

正確答案為B。題目中重點考察元素周期表，解題時應當運用逐項分析法對題型進行大致概括，首先利用元素周期律對五個元素的性質進行判斷，從位置、結構、性質上逐個分析，得出其元素分別是Na、Si、S、Cl、O，然后再對其單質、化合物、晶體進行猜測取舍，最終確定正確答案。

實際教學中，部分學生對題目一知半解就開始對題目的選項進行分析。其實認真研讀題目才是提升效率的重要手段，不應該盲目做題，要應敢于打破傳統的化學式分析模型，將高中化學學習的相應知識巧妙地融合在解題中，對每個選項無論對錯都要進行一個簡單了解，在確保自己的結論是正確時再去排除，在理性逐項分析的過程中將難題解決。

（三）特例反駁法在高中化學解題中的應用策略

化學解題過程中對特例反駁法的應用較多，因為每個選擇題中的選項都有正確成分在其中，如果學生在解化學難題的過程中能夠將例子運用到參考項，可提升做題質量，加快學生做題效率。學生只需要在接觸過的知識點中開辟新的途徑，通過特例對各個選項進行排除，即使在選項中遇到不會的也能夠通過排除法選中正確的答案。

【例題5】鈉鹽溶液中可能含有NO2-、SO42-、SO32-、CO3-、CL-、I-離子，取四份樣品進行測定，溶液一中pH試紙測得pH大于7；溶液二加入HCL生成刺激性氣體；溶液三加AgNO3產生白色沉淀與刺激性氣體；溶液四加BaCl2溶液產生白色沉淀。測試中確定離子中只有NO2-、CO3-、Cl-離子存在，下列選項中只需完成哪幾個測試即可完成實驗（? ? ）

A. 一二四 B. 三四 C. 一三四 D. 二三

正確答案為B。如果把握好這道題的關鍵知識點，明確NO2-的檢驗是實驗重點，運用特例將ACD三項排除，則很容易便可將這道題做對，學生需要做到熟練檢驗NO2-離子，通過其檢驗方法進行對其他選項的排除，通過練習將特例反駁法熟練掌握，加強重視相近實驗現象的區別對待。

學生通過特例反駁法進行推理總結，不僅節省了做題時間，對化學的自主探究能力也是極大的提升，學生在自主建模過程中能夠明確題目中的關鍵點，提升做題效率。

（四）概括歸納法在高中化學解題中的應用策略

概括歸納法在化學研究中被廣泛使用，一些化學定理、規律、公式等都是通過概括歸納總結出來。從個別到一般，在化學解題中從特殊到普遍、從經驗事實到事物內在規律性的各種題型都需要概括歸納，若在教學過程中學生對模型的結構沒有細致的認知，或不能快速回答出對錯就要引起教師注意了。如果學生能夠在平時的解題過程中盡可能地運用建模思想，累積科學規范的解題方式，對所學知識主動了解且善于總結歸納，那么將能夠掌握解答化學問題的思路，形成解題的規范化模型，從而盡可能地降低解題失誤概率。教師需要通過不斷變化的題目對學生進行針對性地設計，通過類型化的題目讓學生對化學學習有一個整體的認識。一味地生搬硬套會使學生缺乏解題能力，應用模型所得出的結論也會在教師給出解釋后快速遺忘。

三、建模教學應用于高中化學的反思

（一）以長遠眼光對待建模教學

建模思想應用在高中化學解題的過程中不是一成不變的，其模型、思維結構、表達方式都在隨著時代科技的改革而不斷改變。建模結構隨之變化時需要得到正確的引進，在引進時對其修正。因為模型的實質不僅僅是模型，它應當在檢驗與修正中得到發展，讓學生與教師在建模教學的發展中共進步。

（二）不斷更新構建模型的化學軟件

學生在學習的過程中普遍都是枯燥乏味的，尤其在數理化這類邏輯性較強的理科學科中，若在平時教學中對教學方法有所改善，通過建模軟件讓晶體模型、有機物結構、微觀物質展現在PPT上，使動態的化學模型被學生學習吸收，則學生很難再會產生抗拒學習的心理想法，所以這就要求教師不應該原地踏步，而應打破傳統教學方式，利用化學軟件構建化學模型的同時引進更多的化學軟件。

（三）建模教學在化學教學中的現實意義

現如今建模教育越來越受到國民的關注，它是新時代下的產物，對開展高中化學建模有一定現實意義：一是促進學生化學成績的穩定提升；二是改變教育理念，將傳統教學模式向建模教學方式轉變；三是根據建模教學讓學生增強化學學習興趣的同時還增強了自信心。

參考文獻：

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（責任編輯：鄭? 暢）