建構化學思維模型 提高課堂教學有效性

林志強

摘 要：本文以“轉變學生的學習方式”為切入口，探討提高化學課堂教學有效性的一種教學方法。闡述化學思維建模的含義、化學思維建模的基本過程。以教學案例的方式介紹化學思維建模在教學中的運用。

關鍵詞：思維建模；方法；教學；有效性

1 問題的提出

隨著課程改革的不斷深入，建構主義教學理論得到廣泛認同與應用。建構主義認為：知識是由學生在老師的幫助和促進下主動進行的有意義的建構。“對于學習者來說，支持有意義的學習最有力的策略之一就是對他們所學的知識進行模型的建構。”化學思維模型建構（簡稱“化學思維建模”）是建構主義理論在化學教學中的運用，是一個學化學、做化學、用化學的過程，它體現了學和用的統一；是促進學生學習方式轉變，提高化學課堂教學有效性的有效方法。

2 有效教學與化學思維建模

2.1 有效教學的涵義

有效教學是指教師在遵循教學活動的客觀規律下，以盡可能少的時間、精力和物力投入，取得盡可能多的教學效果，滿足社會和個人的教育價值需求而組織實施的活動。它包括以下三個方面的內容。

（1）有效果。有效果是指對教學活動結果與預期教學目標的吻合程度的評價。

（2）有效率。教學活動是一種精神性生產活動，教學效率可表達為：教學效率=教學產出（效果）/教學投入=有效教學時間/實際教學時間。

（3）有效益。有效益是指教學收益，教學活動的價值實現。

2.2 化學思維建模的含義

思維模型，簡要地說它就是一種科學操作和科學思維的基本方法。思維模型的建構（簡稱“思維建模”）是指通過抽象、概括和一般化，把特定的研究對象或問題轉化為普遍的本質規律（一個已有的關系、共性或結構），從而用以解決實際問題的思維方法。其原理就是人們常說的“把未知轉化為已知，用已知來解決未知”。作為學習過程的一種中介，思維模型可以更好地認識和改造研究原型、建構新型客體；作為解決問題的一種方法，思維模型可以再現原型客體的某種本質特性，解決現實世界的一些類似問題。

美國學者喬納森認為，建模是一種能夠激發、支持和評估概念轉變的強有力策略。如果學習者不能對自己所學所知建構模型的話，那么他通常是很難真正理解這部分知識的。他認為建構思維模型能讓學習者超越他們以記憶為主的思維局限和解決問題的局限，從而有效促進了有意義學習的實現。

化學思維模型的建構是指在學習化學的過程中，運用一定的思維方法學習化學知識和解決化學問題的學習模式，是在學生具有完整或相對完整的化學知識體系、方法體系和能力體系的前提下，試圖通過引導學生對化學知識體系予以歸納、總結，自主建立一個完整的化學知識體系，逐步形成個人在學習、應用化學過程中的思維模型。

3 化學思維建模的基本流程

依據學習內容、化學學科的本質和化學思想進行化學思維建模，才能使化學課堂教學的有效性最大化。化學思維建構常用的方法有：比較法、分類法、類比法、歸納法、演繹法、守恒思想法等。針對不同的學習內容，可用其中的一種或幾種方法進行思維建模。

建構化學思維模型簡單地說就是從“個別”抽象出“一般”，再用“一般”應用于其它類似的“個別”的過程。基本過程可以用圖1模型表示。

4 化學思維建模在教學中的實踐

4.1 化學概念教學

化學的靈魂是概念。為提高概念教學的有效性，教師首先要在學生的活動中構建概念形成的思維模型，通過比較、分類等思維方法，使學生準確理解概念的實質、內涵和外延。然后再引導學生建構運用這些化學基本概念去解決實際問題的思維模型。

案例一 氧化還原反應教學的思維建模教學

（1）建構氧化還原反應的概念圖（見圖2）

（2）建構氧化還原反應的分析程序模型（見圖3）

（3）運用氧化還原反應規律書寫化學方程式的思維模型（見圖4）

應用舉例：往含Fe2+的溶液中滴加酸性KMnO4溶液，KMnO4溶液褪色，寫出反應的離子方程式。

應用化學思維模型解決問題：

①根據氧化還原反應規律和題目信息，確定氧化劑、還原劑分別為MnO4-、Fe2+；氧化產物、還原產物分別為Fe3+、Mn2+

MnO4-+Fe2+→Fe3++Mn2+

②用化合價升降法配平氧化劑、還原劑和氧化產物、還原產物的系數

MnO4-+5Fe2+→5Fe3++Mn2+

③根據電荷守恒反應物要補上H+，根據元素守恒產物要補上H2O

MnO4-+5Fe2+ + H+→5Fe3++Mn2++H2O

④用觀察法配平H+、H2O的系數

MnO4-+5Fe2+ +8 H+=5Fe3++Mn2++4H2O

⑤檢查。

4.2 基本理論教學

化學的核心是理論。化學基礎理論是貫穿于中學化學的一條主線。

案例二 運用蓋斯定律書寫熱化學方程式的思維模型

寫出待求的化學方程式并注明各物質的狀態→配平化學方程式→找出待求方程式中各物質在已知方程式中的位置→根據待求方程式中各物質的系數和位置對已知方程式進行處理，得到變形后的新方程式→將新得到的方程式進行加成（反應熱也需要相應加減）→寫出待求的熱化學方程式→檢查與檢驗。

應用舉例：已知：①C（s）+O2（g）=CO2（g）

ΔH= -393.5 kJ·mol-1

②2CO（g）+O2（g）=2CO2（g） ΔH= -566 kJ·mol-1

寫出碳在氧氣中不完全燃燒生成CO的熱化學方程式。

化學思維模型解題：

（1）寫出碳在氧氣中不完全燃燒生成CO的化學方程式并注明各物質的狀態

C（s）+O2（g）→CO（g）

（2）配平化學方程式 2C（s）+O2（g）=2CO（g）

（3）找出待求方程式中C和CO在已知方程式中的位置和系數匹配（待求方程式中C在左邊，系數為2，而C在①式中左邊，系數為1；待求方程式中CO在右邊，系數為2，CO在②式中左邊，系數為2）。

（4）已知方程式變形處理（①式×2；②式填加“-”號）

（5）計算ΔH=-393.5×2+566=-221

（6）寫出碳在氧氣中不完全燃燒生成CO的熱化學方程式

2C（s）+O2（g）=2CO（g） △H= -221kJ·mol-1

案例三 原電池、電解池核心知識建構的思維模型圖

（1）原電池正負極判斷方法（見圖5）：

（2）電子流向（外電路電子導電，內電路由離子移動導電），電流方向，離子移動方向見圖6，判斷溶液pH的變化，有關計算（電化學中的計算往往要利用兩電極得失電子總數相等）。

4.3 物質性質教學

由于元素化合物知識的內容豐富、知識分散、聯系廣泛、一般性與特殊性并存，學生學習時存在認識容易、遺忘率高、綜合應用較難的問題。利用化學思維建模能很好梳理知識，使知識有序存儲，并為其它元素化合物知識的學習積累經驗，逐步形成學習、記憶和應用元素化合物知識的有效方法。

案例四 SO2化學性質研究的思維模型（見圖7）

5 結束語

化學思維建模教學是教與學的統一，以學為主，以學生為本，有利于培養學生自主學習能力；教學化學建模教學能積極地啟發學生的創造性思維，開啟學生的智力，用科學的思維方法，將凌亂的知識系統化、深入化，從而在提高學生的思維能力和思維品質方面，表現出獨特的效果；化學思維建模教學轉變了教師的“教“、學生的”學“的方式，促進學生的學習，使三維目標得到統一和諧的發展，提高了化學課堂教學的有效性。

參考文獻：

[1]張璐.略論有效教學的標準[J].教育理論與實踐，2000（11）：37-40.

[2]（美）喬納森著，顧小清等譯.用于概念轉變的思維工具：技術支持的思維建模[M].上海：華東師范大學出版社，2008.

[3]王滋旻. 化學建模教學課程設計的初步探索[J].中學化學教學參考，2006（7）：12-13.