基于建模思想的高中化學(xué)解題教學(xué)指導(dǎo)

摘" 要：建模思想在化學(xué)解題教學(xué)中的運(yùn)用，有助于學(xué)生找到解題思路，提升高中生的解題能力，促進(jìn)學(xué)生綜合素養(yǎng)的提高.基于此，本文首先解讀了建模思想的內(nèi)涵，進(jìn)一步闡述了建模思想視角下的高中化學(xué)解題教學(xué)指導(dǎo)策略，旨在實(shí)現(xiàn)建模思想的滲透，讓高中生掌握化學(xué)思想方法，提升解題能力，更好地備戰(zhàn)高考.

關(guān)鍵詞：高中化學(xué)；解題教學(xué)；建模思想

中圖分類號(hào)：G632""" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A""" 文章編號(hào)：1008-0333（2024）18-0122-03

收稿日期：2024-03-25

作者簡(jiǎn)介：汪燕芳（1988.3—），女，安徽省銅陵人，碩士，中學(xué)二級(jí)教師，從事高中化學(xué)教學(xué)研究.

在不斷地摸索中，我們發(fā)現(xiàn)建模思想的運(yùn)用可以促進(jìn)教師解題教學(xué)方法的創(chuàng)新，促使學(xué)生掌握有效的解題途徑，在建模中挖掘出題干中隱藏的信息，將已知、未知信息清晰地呈現(xiàn)出來(lái)，起到降低學(xué)生解題難度的作用，引領(lǐng)學(xué)生攻克解題的難關(guān).

1" 建模思想解讀

建模思想最初運(yùn)用于數(shù)學(xué)領(lǐng)域，比如數(shù)學(xué)公式就是最為常見的、簡(jiǎn)單的模型建立形式，后延伸到物理、化學(xué)等學(xué)科的教學(xué)中.從化學(xué)解題教學(xué)的視角分析，建模思想是指在化學(xué)學(xué)科問題的解答中，為了揭示事物的本質(zhì)，用化學(xué)語(yǔ)言、方法將復(fù)雜的問題、條件或現(xiàn)象通過更為簡(jiǎn)單、易懂的方式呈現(xiàn)出來(lái)，抽象出化學(xué)模型的過程，即為化學(xué)建模［1］.

Ibrahim Halloun將基于模型的問題解決分為五個(gè)階段.

第一個(gè)階段：模型選擇.結(jié)合學(xué)生的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，從模型的適用范圍與建模目的角度分析，選擇合適的模型.

第二個(gè)階段：模型建立.確定所選的模型的相關(guān)結(jié)構(gòu)和成分.

第三個(gè)階段：模型驗(yàn)證.必要時(shí)需要對(duì)原有模型作出修正，促使學(xué)生的元認(rèn)知技能得到鍛煉，用不同的評(píng)價(jià)方法驗(yàn)證模型內(nèi)部的一致性［2］.

第四個(gè)階段：模型分析.解決問題，并對(duì)問題作出解釋.

第五個(gè)階段：模型拓展.推論到新情境中，發(fā)展遷移能力，評(píng)價(jià)模型的適用廣度.

2" 基于建模思想的高中化學(xué)解題教學(xué)指導(dǎo)策略

高中化學(xué)解題教學(xué)涉及的范圍較廣，“原電池”“離子方程式”“電解池”的解題教學(xué)為例，分析了建模思想的有效滲透途徑，具體如下.

2.1" 建模思想在“原電池”解題教學(xué)的運(yùn)用教師引領(lǐng)學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中更好地建構(gòu)原電池原理模型，并做到精準(zhǔn)選題.在課前針對(duì)每類習(xí)題的解決方法、內(nèi)容構(gòu)建好對(duì)應(yīng)的模型，在課堂學(xué)習(xí)中引領(lǐng)學(xué)生構(gòu)建對(duì)應(yīng)的模型，經(jīng)歷模型分析的過程.由此促使學(xué)生建構(gòu)完善的原電池模型，獲得建模能力的提升，學(xué)會(huì)靈活地運(yùn)用模型解決化學(xué)問題.

課前，教師將學(xué)生們分成了兩個(gè)大組，以小組為單位，要求學(xué)生完成以下幾個(gè)問題的解答，以銅鋅原電池裝置（圖1）為例：

（1）觀察此裝置，如圖1所示，說(shuō)一說(shuō)這是什么類型的裝置？此裝置能夠?qū)⑹裁茨苻D(zhuǎn)化為什么能？

（2）若是將此裝置中的銅片換成鋅片，是否還能夠構(gòu)成原電池？

（3）若是連接導(dǎo)線的線斷了，是否還能夠產(chǎn)生電流？

（4）在此裝置中，作為負(fù)極材料的是什么？在負(fù)極會(huì)發(fā)生什么樣的化學(xué)反應(yīng)？

（5）在此裝置中，作為正極材料的是什么？在正極又會(huì)發(fā)生什么樣的化學(xué)反應(yīng)？（6）若是將裝置中的鹽橋去除，電流表的指針是否會(huì)發(fā)生變化？

（7）請(qǐng)學(xué)生們猜測(cè)圖中裝置電子流向是什么樣的？

通過這幾個(gè)問題的布置，可以引領(lǐng)學(xué)生在課前預(yù)習(xí)中回顧以前學(xué)習(xí)的知識(shí)，利用原電池的概念，發(fā)現(xiàn)此裝置是利用自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，讓學(xué)生在課前學(xué)習(xí)中先構(gòu)建氧化還原反應(yīng)的認(rèn)知模型，促使學(xué)生發(fā)現(xiàn)氧化還原反應(yīng)與原電池結(jié)合的認(rèn)知模型.接下來(lái)，教師要求學(xué)習(xí)小組合作畫出氧化還原反應(yīng)和原電池結(jié)合的認(rèn)知模型，將此認(rèn)知模型具體化，使用化學(xué)語(yǔ)言、化學(xué)符號(hào)表征出抽象的化學(xué)知識(shí).在學(xué)生完成了原電池認(rèn)知模型構(gòu)建的基礎(chǔ)上，教師布置習(xí)題，給學(xué)生提供建模思想運(yùn)用的機(jī)會(huì)，引領(lǐng)學(xué)生在問題解答中構(gòu)建解題思維模型，形成清晰的解題思維.如，教師出示習(xí)題：

圖2是以MoS2為電極催化劑Zn-NO電池系統(tǒng)，該系統(tǒng)既能合成氨又能提出電能，工作原理如圖二所示，其中雙極模可以將水解離為H+和OH-，并實(shí)現(xiàn)雙向通過，則以下說(shuō)法錯(cuò)誤的是（" ）.

A.電勢(shì)Zn/ZnO電極低于MoS2電極電勢(shì).

B.電池工作時(shí)NaOH溶液與Na2SO4溶液濃度均變小.

C.電路通過1 mol電子，整個(gè)電池系統(tǒng)質(zhì)量會(huì)增大3 g.

學(xué)生在此題解答中根據(jù)氧化還原反應(yīng)模型，可以快速地判斷出電極的正負(fù)，NO→NH3的轉(zhuǎn)化對(duì)應(yīng)正極，判斷物質(zhì)濃度的變化，結(jié)合學(xué)生已經(jīng)掌握的電極反應(yīng)方程式H2O2+2e-+2H-2H2O，可以順利地求出相關(guān)參數(shù)，并對(duì)三個(gè)選項(xiàng)加以分析，從而得出正確的答案.具體的解題過程為：由圖二可知，在MoS2電極中，NO→NH3，氮元素得到電子，因此此電源為正極，則另一側(cè)為負(fù)極，電勢(shì)較低；結(jié)合氧化還原反應(yīng)的模型寫出正負(fù)極反應(yīng)式，可知雙極膜中OH-、H+用于補(bǔ)充消耗的OH-、H+，因此正負(fù)兩極均生成H2O，生成水會(huì)導(dǎo)致兩溶液的濃度變小.在此電池中負(fù)極并不會(huì)放出氣體，只有正極放出氣體，由NO+5e-+5H+NH3+H2O可知當(dāng)電路中轉(zhuǎn)移1 mol電子時(shí)，消耗0.2 mol NO，生成0.2 mol NH3，經(jīng)過計(jì)算整體系統(tǒng)增加的質(zhì)量為2.6 g，因此C選項(xiàng)錯(cuò)誤.

2.2" 建模思想在“離子方程式”解題教學(xué)的運(yùn)用

離子方程式相關(guān)的習(xí)題是當(dāng)前高考以及學(xué)校日常考試的重要題型之一，其中最為常見的是離子方程式正誤判斷類題型.在解題教學(xué)中教師應(yīng)引領(lǐng)學(xué)生建構(gòu)離子方程式正誤判斷的針對(duì)性模型，首先分析物質(zhì)的狀態(tài)，比如是否將物質(zhì)拆分成離子的形式，掌握其中的一些物質(zhì)不拆分，例如難電離物質(zhì)、難溶物質(zhì)等;其次，判斷反應(yīng)物質(zhì)的順序、比例、對(duì)應(yīng)生成物等;最后，分析電荷是否守恒，引領(lǐng)學(xué)生在問題解答中靈活地運(yùn)用離子方程式正誤判斷模型，全面地分析，進(jìn)而做出準(zhǔn)確地判斷.

例如：下列離子方程式書寫正確的是（" ）.

A．丙烯醛和足量溴水反應(yīng)：

2Br2+CH2=CHCHO+H2O2Br-+2H++CH2BrCHBrCOOH

B.Na2O2固體投入H218O中：

2Na2O2+2H218O4Na++18O2↑+4OH-

C.向Na2SO3溶液中加入少量Cl2：

Cl2+SO32-+H2O2Cl-+SO2-4+2H+

這道題考查的知識(shí)點(diǎn)較多，需要學(xué)生應(yīng)用模型知識(shí)逐個(gè)分析并做出判斷，發(fā)揮出模型思想在解題領(lǐng)域的實(shí)用性價(jià)值.A選項(xiàng)的分析需要運(yùn)用加成反應(yīng)模型，可將—CHO氧化成—COOH.而B選項(xiàng)的判斷需要學(xué)生運(yùn)用氧化還原反應(yīng)的模型，結(jié)合Na2O2既為氧化劑，又是還原劑，在反應(yīng)中水的化合價(jià)并未發(fā)生改變，判斷B選項(xiàng)錯(cuò)誤.C選項(xiàng)的判斷需要運(yùn)用物質(zhì)自身的氧化還原反應(yīng)模型，經(jīng)過分析同樣可以發(fā)現(xiàn)此選項(xiàng)中的離子方程式是錯(cuò)誤的，故而得出只有A選項(xiàng)正確.

2.3" 建模思想在“電解池”解題教學(xué)的運(yùn)用

電解池是學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)原電池基礎(chǔ)上的進(jìn)一步自然延伸，其與原電池一樣，都是在氧化還原反應(yīng)發(fā)生的.在電解池解題教學(xué)中，一般會(huì)涉及電解池構(gòu)成條件、方程式書寫、工作原理、充放電二次電池以及多池串聯(lián)等方面的習(xí)題，引導(dǎo)學(xué)生將構(gòu)建的模型運(yùn)用于實(shí)際問題解答中，從而促使學(xué)生形成建模意識(shí)，養(yǎng)成運(yùn)用模型解決化學(xué)習(xí)題的思維習(xí)慣［3］.

例如，在高中生在化學(xué)學(xué)習(xí)中已經(jīng)構(gòu)建了氧化還原反應(yīng)和電解池相結(jié)合的模型后，教師可以給學(xué)生布置如下的習(xí)題內(nèi)容：

天然氣的主要成分是甲烷，甲烷在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用比較廣泛，可以作為化工原料，用來(lái)生產(chǎn)合成氨等，結(jié)合電解法的原理，將CO2轉(zhuǎn)化為CH4，如圖3所示，下列說(shuō)法正確的是（" ）.

A.在電解過程中，H+發(fā)生的轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移的方向是從a極區(qū)向b極區(qū).

B.在電解過程中，H+發(fā)生的轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移的方向是從b極區(qū)向a極區(qū).

C.電解的過程是由化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過程.

D.電解時(shí)，Na2SO4溶液濃度保持不變.

這道題主要考查的是學(xué)生對(duì)電解池離子移動(dòng)的方向以及能量變化等知識(shí)點(diǎn)的掌握情況，此題的解答需要學(xué)生構(gòu)建電解池工作原理的模型.首先，需要學(xué)生判斷裝置類型，從題干信息的閱讀與分析明確說(shuō)明電解法，而電解法是能量轉(zhuǎn)化過程是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，與答案C的表述不符，因此得出C選項(xiàng)是錯(cuò)誤的.教師繼續(xù)引領(lǐng)學(xué)生從左端的溶液是Na2SO4，結(jié)合所學(xué)的電解池方程式作出判斷，得出Na2SO4的溶液濃度會(huì)升高，得出D選項(xiàng)的表示是錯(cuò)誤的.最后，引領(lǐng)學(xué)生運(yùn)用建構(gòu)的化學(xué)模型判斷溶液中的離子移動(dòng)方向，發(fā)現(xiàn)A選項(xiàng)的表述是正確的，也由此得出B選項(xiàng)的表述不正確，由此得出答案，順利解答問題.

在這個(gè)過程中，教師應(yīng)引領(lǐng)學(xué)生對(duì)比分析當(dāng)前的解題思維模型與原電池解題思維模型，推動(dòng)學(xué)生進(jìn)一步掌握電解池工作原理的模型.在習(xí)題訓(xùn)練中學(xué)會(huì)使用模型解決多池串聯(lián)、充放電二次電池等相關(guān)的問題，豐富學(xué)生的模型構(gòu)建以及模型應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，使學(xué)生在化學(xué)問題的解答中明晰思路，靈活地使用建模思想解決化學(xué)問題，提升學(xué)生的解題準(zhǔn)確性.3" 結(jié)術(shù)語(yǔ)

總之，建模思想的滲透是當(dāng)前化學(xué)課程教學(xué)改革的主要要求之一，對(duì)于學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)質(zhì)量提高以及化學(xué)核心素養(yǎng)形成有著重要的影響.因此教師應(yīng)在化學(xué)教學(xué)中引領(lǐng)學(xué)生構(gòu)建化學(xué)模型，并借助問題提出以及習(xí)題布置等形式，給學(xué)生提供模型應(yīng)用的機(jī)會(huì)，促使學(xué)生掌握問題的本質(zhì)，提升問題解決的能力.

參考文獻(xiàn)：

［1］

楊曉東.幾種建模思想在高中化學(xué)解題中的應(yīng)用研究［J］.數(shù)理化解題研究，2020（21）：93-94.

［2］ 黎發(fā)明.建模思想在高中化學(xué)解題中的應(yīng)用研究［J］.數(shù)理化解題研究，2021（16）：96-97.

［3］ 楊洋.高中化學(xué)解題中建模思想的有效應(yīng)用［J］.數(shù)理化解題研究，2022（34）：126-129.

［責(zé)任編輯：季春陽(yáng)］