新課標下高中化學建模教學探究

【摘 要】新課標背景下，構建主義理論逐漸成為新的教學指導理論思想。在高中化學教學過程中，通過建模的教學形式為學生創設化學模型，幫助學生從知識的實際原型和實際背景出發來探究知識的發生和發展過程，培養學生實際應用知識的能力。

【關鍵詞】高中化學 構建主義 建模教學

【中圖分類號】 G 【文獻標識碼】 A

【文章編號】0450-9889（2015）09B-0025-02

新課標背景下，構建主義學習理論所倡導的教學模式成為現代教學的主流模式。提出教學是借助自己的認知結構去主動構造知識，而不是簡單的知識遷移。因此，教師如何通過建模的形式幫助學生進行概念的提煉、原理公式的歸納來揭示創造知識的思維過程，并進行延伸和拓展，是一個值得探討的課題。

一、構建主義和建模教學

新課標的主要理論基礎是構建主義的學習理論和多元智能理論，構建主義者認為學生是生活在社會之中的，學生因而是帶著經驗走進教室，教學要從學生的興趣和需求出發，教師要為促進學生理解而教；學習不是教師向學生傳遞知識的過程，而是學生主動構建知識的過程。

現代教學的思想是鼓勵學生將學習的知識融會到現實的社會和真實的科學實踐當中，在學習知識的同時更要理解知識是如何形成。教師采用建模教學是通過構建模型來讓學生模擬科學家來觀察、推斷問題的成因，從而推理得出知識產生的過程，培養學生獲得并運用知識解決問題的能力。建模教學可以定義為，凡是涉及模型構建、評價、修正過程的教學都可以稱為建模教學。

二、高中化學建模教學的內容

在高中的化學學習當中，有許多知識都是以模型的形式出現，例如在物質的量的概念當中，以微觀粒子作為研究對象，常見的分子、原子、電子等。常見的化學教學模型可以分為三類：物質模型、想象模型和符號模型。物質模型即是以實物替代原型進行研究。想象模型是思想中的抽象物質對原型的反映。符號模型即采用特定的化學符號或排列形式來替代原型。

我們將高中常見教學內容進行模型分類如下表：

化學教學中常見的模型表

物質模型火力發電站模型 二次電池模型等

想象模型晶體結構、有機分子結構等

符號模型化學式、電子式、結構式、電子云、電子軌道、離子方程式 、化學方程式等

三、高中化學采用建模教學的方法可提升學生思維能力

（一）強調以學生為中心的常規建模教學

學生是學習的主體，學生是在已有的知識基礎上對新知識進行重新構建并建立起新舊知識間實質的聯系，完成對新知識的定義。在知識的構建過程中注意知識的螺旋式上升，由簡單到復雜、由典型到普遍，避免不顧學生的客觀感知能力，片面強調模型的復雜性和特殊性的現象。在疑難問題的處理上方法要得當，通過將問題簡化、假設等方式把問題模型化。再通過類比、對照等方式來找出解決問題的方法和思路。

例如微觀粒子、晶體結構、化學平衡等，在日常生活中學生難以觀察和接觸到這些內容。對這一類問題就需要結合學生已有的知識，以科學的建模思維方式來解決。

如，在分子立體結構新課教授過程中出現的“SP型的三種雜化”，它們分別出現的直線型、平面三角形和正四面體結構中，學生對此往往難以理解。為此可以通過結合實際，巧妙構思，構建合適的模型來幫助學生理解：通過觀察模型圖（如圖1）可發現，各個雜化的軌道和生活中的氣球比較形似，這樣在課堂上就可以利用氣球來作為分子立體結構模型，幫助學生理解分子立體結構。SP型的雜化即為對應兩個氣球黏在一起的組合，形成了一個直線型的結構。SP2的雜化類比三個氣球黏在一起形成了平面三角形。SP3的雜化則對應四個氣球黏在一起，形成正四面體結構。通過氣球形狀的類比，方便學生理解SP雜化的問題。

建模教學的思想即是遵循學生學習活動的心理特點，強調從已有的經驗出發，將問題與生活實踐相關聯，即形象生動又活潑豐富的建模活動可以讓學生對學習產生興趣，又可以讓學生投入到實際問題的解決過程中，自己去探索、實踐以獲得知識，同時學會了如何探究問題。

（二）拓展建模教學模式

在教學中，除了教會學生基本的建模形式，更要盡可能地拓展學生的視野，引導學生舉一反三，發散思維。在已有的知識基礎上通過遷移來對新的情景進行新的信息加工，學會將原有知識創造性地構建到新的情景模式當中，以便學生學會自我學習，并在學習中學會發現，以達到突破課本上知識的局限，能夠自己建模從而培養出學生的創新精神。

例如，在高考題中常見的化工流程題目。工業流程的主要框架（如圖2所示）。

原料→Ⅰ預處理→Ⅱ 分離提純→Ⅲ核心反應→產物

此模型的規律：主線主產品，分支付產品，回頭為循環?？梢詤⒄沾四Ｐ?，將遇到的問題按此結構逐一分解，結合自己所學到的知識對它進行分析、探究，最后解決問題。例如：

按照前述的流程進行分解，簡單劃分后比照模型就可以發現，分別對應原料預處理、除雜凈化，反應條件的控制，產品的分離提純三個主要步驟。把問題化分為幾個步驟進行解答，就可將解題的思路簡化，快速得出解決該類題目的方法和步驟。

在建模教學中，不局限于原有問題當中，教師要引導學生從問題中尋找規律，使思維得到延伸。在教學當中要設法給學生創設更多的情景，讓學生自己去建模并且有更多的機會獲得不同的結論，這樣才能引導學生發散思維，學會在探究中去發現、分析、歸納，從而獲得找尋知識過程當中的快樂，在建模教學中找到科學的學習方法，在知識的探索當中培養出學生的獨立性和自主學習的主動性。

（三）完善學生的自我建模能力的培養

在建模教學當中要注重學生建模能力的培養。高中學生在建模教學當中，要學會觀察，并逐步掌握發現問題的特點，將問題抽象化、簡化，從而抓住問題的要點，建立相關模型。利用模型來架構對應問題的情境，對信息進行加工，對知識進行聯想，自主構建新的知識體系。

在建模過程中，注意對應化學問題與化學模型的適用范圍，不要盲目建模，從而產生偏差。化學模型不是一成不變的，在某個階段有其存在的合理性，但在另外條件下卻存在一定的差異性。例如，苯的凱庫勒式結構模型中所存在的單雙鍵實際上并不存在。 因此在利用建模解決問題的過程中，要反復評價模型的合理性和科學性，同時要注重問題的局限性和階段性的特點，注重多種因素對建模的影響，這是培養學生建模能力的必備條件。

高中化學的建模教學模式是促進高中化學課堂教學有效性的重要方式，通過建模的方式來幫助學生將簡單的知識遷移轉化為知識學習過程，提升學生學習的主動性，增強學生的思維能力和創新能力。

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【基金項目】廣東省教育研究院2014年教育研究重點立項課題：高中化學課堂教學有效性研究——從“教師中心”到“學生中心”的轉變[GDJY-2014-A-a020]

（責編 盧建龍）