談初中化學思維建模

【摘 要】思維建模是抽取一類問題的本質特征，形成對該類問題的結構化認識，并找出問題解決方案的認知方法。思維建模包括分析、建模和解模三個過程。在教學中掌握化學思維建模方法會起到事半功倍的效果。

【關鍵詞】化學 思維 建模

思維模型建構簡稱思維建模，是對問題進行辨認和界定，并與原有認知結構對接、同化、整合、拓展，抽取該類問題的本質特征，最終形成該類問題的結構化認識，并找出問題解決方案的認知方法。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”。

一、思維建模的過程

思維建模包括分析、建模和解模三個過程。

分析過程：主要是對特定的研究對象進行抽象、概括，抓住其主要信息及與相關對象的共性特征。

建模過程：主要是抽象思維或非邏輯思維的應用，通過舍棄研究對象的一些次要細節及非本質的聯系，對研究對象的主要信息做出一些必要的簡化、假設和一般化處理，并用適當的文字、公式或實物等方式去再現原型的各種復雜結構、特征、功能和聯系，以建構相對固定的思維模型。

解模過程：主要是邏輯思維的運用，運用已經建構的思維模型去解釋研究對象，解決實際問題。

二、思維建模的教學運用

空氣是一種無色、無味的氣體，不易被人察覺。直到1777年拉瓦錫才通過實驗認識到空氣是由O2、N2組成的混合氣體。教科書中同時呈現拉瓦錫當年的實驗裝置和現代教師演示的裝置圖，其實驗原理的選擇和實驗裝置的演變值得化學初學者深入探究。

1.分析過程。

學生是信息加工的主體，學生將其所獲得的新知與已有知識建立起實質性的聯系是完成思維建模的關鍵。怎樣才能有效地引導學生尋找新知的固著點和生長點呢？筆者認為應當合理地設置問題，引導學生利用分析、比較、抽象、概括等思維方法尋找新知與已有知識的共同屬性，以問題的解決為分析過程的驅動力。

此實驗可設置如下問題：如何讓空氣中的氧氣顯現出來？怎樣讓O2、N2分離？為什么燒杯中的水會流入集氣瓶中？能否用蠟燭代替紅磷？拉瓦錫的裝置與現在的實驗裝置在設計上有哪些相似之處？為什么現在不用汞而改用紅磷？由此實驗可以獲得哪些結論？

在分析過程中教師要適時結合學生已有經驗加以點撥，幫助學生理解。如學生在生活中已知道用水來檢驗車胎是否漏氣，由此可尋找出問題的共同屬性，解決“如何讓空氣中的氧氣顯現出來”，也可讓其在水中顯現氣體的外形；再如教師還可補充如圖實驗，學生很容易理解上升的水的體積等于抽走氣體的體積。

2.建模的過程。

通過上述的分析可以獲得以下思維模型：

（1）測量氣體的體積可以用轉化的方法：無形的氣體可以通過液體顯現出來。

（2）可以通過化學變化等方法去除混合物中的某一種。

（3）氣體壓強的改變導致液體的流動。

（4）根據實驗原理可以設計多種裝置完成實驗，綜合考慮，好中選優。

3.解模的過程。

解?？梢酝ㄟ^設置相關問題情境或習題加以練習。

【案例1】下圖是某校學生設計空氣成分測定實驗的裝置圖，請分別說出實驗的可能現象。

【分析】此題可對剛建好的思維模型進行及時鞏固，同時通過E中“活塞先向右移動，最后回到‘4’的位置” 這一現象與先前認識“壓強減小”產生認知沖突，由此可建新?！獪囟壬邭怏w壓強增大，溫度降低氣體壓強減小。因此，分析、建模、解模的過程也是一個螺旋提升、不斷實現新思維建模的過程。

【案例2】下圖不能用于檢查裝置氣密性的是（ ）。

【分析】可通過“無形的氣體可以通過液體顯現出來”的思維模型來解答。如圖是用來測量氣體體積的裝置，若原廣口瓶中的水沒有裝滿，則對氣體的測量結果有無影響？也要通過此思維模型來解答。

【案例3】下圖不能用來證明CO2能與NaOH反應的裝置是（ ）。

【分析】此組實驗是利用“無形的氣體可以通過液體顯現出來”“壓強的改變導致液體的流動”思維模型解答，同時也可拓展得出新思維模型：“呈現氣體及壓強的變化除液體外還有多種，如……”

三、思維建模的實踐心得

第一，思維建模在實際教學中已經被自覺或不自覺地運用，現提出使其凸顯出來，意在引起師生關注，使教學思維更加清晰。

第二，思維建模的主體是學生，要充分發揮學生的主體性和能動性，創設適當的問題情境，以問題解決為驅動力，以培養學生分析、解決問題的能力為目的。同時了解學生現有的認知結構，找準思維建模的生長點，設置巧妙的問題及恰當的點撥，也是教師教學基本功的體現。

第三，初中化學思維建模有多種，在教學中要不斷幫助學生歸納總結，一般可從以下角度引發學生思考：（1）操作步驟──為達某一實驗目的，應當經過哪些操作步驟？這些步驟先后順序如何確定？為什么要經過這些步驟？為什么要安排這種順序？省略或顛倒某些步驟會有什么影響？（2）注意事項──實施某個實驗步驟時應注意做什么或不能做什么，原因何在？（3）安全措施——實驗過程可能會出現什么不安全的事故？如何防范？萬一出現事故應如何處置？依據何在？

在落實到某一具體的知識學習時，要從教學內容和學生水平的實際出發，抓住某些側重點展開思維訓練，沒有必要也不可能面面俱到。要以建模思想梳理化學知識，通過建立形式表達模型，使化學知識形式化、規律化，從而不斷地使知識網絡化、系統化，建立自己的知識塊。

第四，整個化學學習的過程是思維不斷建模的過程，要想從繁雜的概念、現象中建模，是離不開教師分層次、有計劃的指導訓練的?；瘜W思維建模最終是要形成化學知識中最本質、最核心的東西，化學思維建模可有效地將學生帶離題海戰的怪圈。

【參考文獻】

[1]吳瓊.中學化學教學建模[M].南寧：廣西教育出版社，2003.

[2]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）.

[3]洪明.建模思想在高三化學復習中的應用[J].中學教學參考，2013（7）.

（作者單位：南京市浦口區烏江學校）