建模思想在高三化學復習中的應用

一、高三化學復習建模的理論基礎

1.模型及建模的概念

模型是科學認知的一種特殊形式，它具有獨特的性質。同時模型也是一種幫助人們實現認知的工具，它可以以某種程度的類似去再現一個系統，并作為這個系統的代替物出現在人們的認知過程中。人們可以通過模型這個代替物，獲得原物的相關信息，所以人們稱這種方法為建模。

利用化學知識去解決實際問題，事實上就是一個建模的過程，利用化學語言和方法去再現需要解決的問題，這種化學表述就是一個化學模型。模型是對真實系統的抽象和簡化，可以根據研究的目標撇開真實系統中的一些非重點因素，人為地簡化真實系統，突出研究對象。人們利用模型可以捋順千頭萬緒的知識點，使其模式化、網絡化。

2.建模思想的應用對高三化學復習的意義

任何一門學科的知識都是有序可循的，在人類認知發展的過程中，知識按照一定的結構方式形成框架，雖然知識點冗繁紛亂，但是終究有一個邏輯關系將他們梳理成為一張知識網絡，學習者只要掌握好這個網絡的框架，就可以對這門學科形成一個系統性的認知，方便掌握與靈活運用。高中化學學習中，知識點多而零散，題型靈活，變化多端。在很多學生的眼里，化學好學，但是不好考，就是因為他們沒有形成對高中化學知識的系統性認知，難以完成知識點的融合以及靈活提取，面對稍微復雜一點兒的習題就會毫無頭緒。所以引入建模思想的實質就是幫助學生認識零散知識點的內在規律，幫助學生整合知識脈絡，提高復習效率。

二、建模思想在化學復習中的應用

建模思想在化學復習中的應用很廣泛，以“氧化還原反應”的模型可以統領原電池和電解的復習；以“總數=分數×每份數”的模型可以統領物質的量及其相關物理量的復習；以“化學平衡”的模型可以統領可逆反應平衡、弱電解質的電離、鹽類水解、沉淀溶解平衡等知識的復習；等等。總之，通過化學建模，將零散、難記的知識點更加本質化，方便應用，便于提取。這樣一來，學生就可以運用知識靈活解題，解題過程也將更趨于規范化，這些益處將充分地體現在高考的過程當中。下面筆者通過一些實例，來探討建模思想在高三化學復習中的應用。

1.應用建模思想使知識網絡化、系統化

（1）概念圖

高三階段的復習方法很多，多數復習方法都致力于將知識系統化，如概念圖、網絡圖等，希望通過知識梳理，方便學生記憶和理解。事實上這些方法也是建模的一種形式，比如概念圖，就是講關于某一主題的不同級別的概念和命題置于同一平面中，然后以連線的方式來說明不同級別概念之間的從屬和聯系。將一個大型的概念拆分成不同的組成部分，而這些組成部分就是學生需要理解和記憶的知識點。以有機反應為例，其概念圖可以表示如下。

一個概念被細分成為若干個概念，這在某種程度上也是對有機反應的一種構建，用一個簡單的結構，闡述了有機反應的實質，明確了這一知識內容中所有的知識重點，不復雜，不零散，非常適合復習過程中整理知識點。

（2）網絡圖

概念圖著重于分解一個概念的重要組成部分，而網絡圖著重于梳理不同內容之間的關系。與概念圖的層級關系不同，網絡圖中的各個元素沒有層級之間的聯系，也不存在從屬關系，而是表現出在一個化學表述中，各個元素之間的聯系。比如，有關氮及化合物知識網絡圖可以表示為：

網絡圖表現出一個化學過程中各個元素相互作用的關系，網絡圖更有利于學生理解化學反應的過程和實質。

（3）對比圖

對比就是講相近、相似或者相關的概念，以圖表的形式進行對比，目的在于尋找這些概念之間的差異，便于區分，避免混淆。鑒于高三階段是對高中所學化學知識的整合，所以很多概念出現的時間不同，不容易產生聯系，相似的概念也不容易區別。所以，利用對比，將所有相似、相近、相關的概念進行整合，熟悉概念之間的聯系與差別，比如同位素、同系物、同素異形體、同分異構體等概念，用圖表的方式進行對比，使得相似概念能夠得到區分，在學生的腦海里形成獨立的認知。這不僅是對各個知識點的鞏固，也是對概念理解的升華。

2.建立模型使化學知識形式化、規律化

很多化學知識都很抽象、難記、難以利用。往往學生接觸到的只是現象的表面，一旦深入到實質便是一片空白。形式表達模式是指將這些抽象的知識具體化，形成一般規律，并用學生可以接受的化學語言表達出來。比如：CxH4氣態烴在100℃以上完全燃燒時，反應前后氣體體積不變。這是一個一般規律，可以直接應用到解題之中。

3.建立模型，使解答過程模式化、格式化

很多生學在解答化學問題時，因為沒有清晰的思路，不知道從哪里下手，總是想起什么寫什么，導致卷面呈現出一種邏輯混亂狀態。之所以會出現這樣的情況，是因為學生在日常學習中就沒有形成模式化、規范化的解題習慣。從應試角度來看，解題都是有模式可循的，而模式的基礎源于解決問題的思路，如果能夠掌握好解決問題的思路，形成模型以及解題的模式，不僅能明晰解題思路，自動屏蔽無效內容，還能降低試題難度，提高解題效率。

例如：乙二酸（HOOC—COOH），其主要物理常數如下：

已知：草酸鈣不溶于水。

又知草酸分解的化學方程式為H2C2O4175℃△H2O+CO2↑+CO↑，

為了驗證草酸受熱分解及其產物，用下圖裝置進行實驗，有人指出該裝置存在不合理之處，請你根據草酸晶體的某些物理常數和實驗目的，指出用該裝置進行實驗可能存在的不合理因素的主要原因。

事實上此類問題就可以通過建模的形式去尋找解題的一般規律。此類問題屬于化學實驗方案設計及評價類問題。判斷是否合理可以從以下四個方面出發：

（1）科學性。實驗方案是否符合實驗原理、實驗操作和方法的要求。（2）

安全性。一方面檢驗是否會對人身造成傷害，一方面檢驗是否會造成污染。（3）

可行性。化學藥品、儀器、設備、方法和現有的條件是否滿足試驗要求。（4）

簡約性。化學實驗盡量要求步驟少、時間短、裝置簡單而且節約實驗藥品。

從以上四個方面進行判斷就可以得出上述裝置是否合理及其原因。如果沒有一個明確的思路，只是從圖片入手，對問題的分析不一定全面。所以說用建模的思想去構建不同類型習題的解答思路，答題就會更加嚴謹、全面，不會漏答、錯答。

4.灌輸建模思想，培養學生的自主學習能力

高三階段，已經沒有新的知識點輸入，所以高三化學復習仍舊需要學生自主吸收，需要教師通過不同的方式，去培養學生的自主學習能力。而建模就是一種好的方法。在復習階段，教師可以通過對知識內在規律的揭示引導學生自主建模，逐漸養成良好的自主復習習慣。比如針對原電池原理這一知識點，學生可以通過體驗、類比、總結等方式建立適合自己的復習模型。當然也可以適當地開發學生的創造能力，在一個知識點的模型建立中融入另一個知識點，拓寬復習的思路，形成一種宏觀與微觀、獨立與聯系相結合的復習風格，對一個知識點進行橫向與縱向的不同剖析。當然這種創造要因材施教，根據學生的理解能力做出不同等級的模型。

5.精選習題訓練，促進學生運用模型，完善模型

近幾年，高考試題中不斷出現新材料和新背景，這已經成為高考命題的一個趨勢，大部分教師也會根據這個趨勢去預測和精選習題。在近幾年的高考中，有一類題型，題目長，信息量大，需要學生迅速去提取有效信息，如果大量信息全部吸收，不僅浪費考試時間，還可能會出現時間不夠、答題不全的現象。使建模思想便有了用武之地。模型的實質就是剔除研究對象中的次要因素，使學生一眼就可以看到題目中的主要信息，做到快速審題。當然，模型建立需要大量的習題來支撐和驗證。這就需要教師對習題進行精心選擇。教師要精選典型習題，將一類習題的所有變式總結出來，建立模型，反復總結，反復驗證，并在這個過程中總結出此類考題的考點、考查范圍、解題技巧和注意事項，做到少而精、少而深，將建模思想運用到極致。

利用建模思想的這種復習方法雖好，但是在引導學生自主建模的過程中要注重因材施教，因為經歷了高一、高二兩年的學習過程，學生的基礎有了很大的差別，可以要求基礎較好的學生在知識點梳理的基礎上，進行聯系上的創新，而對于基礎稍差的學生，還是先從知識點梳理開始，不能一蹴而就。爭取在復習階段使不同程度的學生都能實現一個高度上的提升，為高考取得滿意的成績打好基礎。

（責任編輯 羅 艷）