建模思想在高中化學原理教學中的應用探究

吳玲

【摘 要】 高中化學科目是學生學習的重點，在高中化學中運用建模思想來提高學生的化學學習水平是一種非常好的教學方法。因此，在實際的教學工作中，如何運用這一思想來進行課堂教學，是我們每一個教育工作者應該去思考的問題。所以，本文就以此為目標，結合筆者多年的教學經驗和課堂實踐，從以下三個方面探討建模思想在高中化學原理教學中的應用。

【關鍵詞】 高中化學 建模思想 教學應用

高中化學的核心素養中提到培養學生的“模型認知”要求，也就是要求學生能認識化學現象與模型之間的聯系，能夠運用多種模型來描述和解釋化學現象等等。建模思想作為化學學習中一種重要的思想，對于學生的化學學習起著至關重要的作用，它能夠將一些復雜多變的化學問題通過模型轉化為簡單易懂的化學知識，讓學生找到不同的化學知識之間的共性，從而提高學生的化學學習成績，因此，我們在教學工作中，要合理運用這一教學方法，來培養學生的化學思維，提高學生化學成績。

一、建模的一般過程

作為一門以實驗為基礎的學科，化學自身有著不同于其他學科的特點，但是，也正是由于這些限制，讓學生在學習化學時，不能夠運用其他學科通用的學習方式來進行學習，在面對紛亂復雜的化學現象時，學生不能夠遵循以往的規律來進行知識的理解和問題的解答，所以，在這種情況下，學生會覺得很難記憶，因此，我們可以運用建模思想的一般過程來幫助學生進行知識的梳理和簡化，提高學生的化學學習能力。

不同問題的建模方式是不同的，在化學建模工作中，大致可以分為兩種情況，一種是“白箱”建模，一種是“灰箱”建模。對于能夠從理論上精確描述并知道其運動規則的模型系統我們稱之為“白箱”，比如：氧化還原反應中的電子轉移、置換反應中的電鍵斷裂等等。而對于一些不能完全掌握信息的化學現象，需要我們根據已知的化學信息去推斷的模型，我們將它稱之為“灰箱”或者“黑箱”，比如：元素周期律的發現和元素周期表的創建就是一個屬于灰箱模型的化學問題。因此，在進行化學建模時，我們首先要清楚這些化學問題屬于哪一種建模形式，然后按照它的建模方式進行建模。

二、“白箱”建模

“白箱”建模是相對來說比較容易的一種建模形式，它主要的是依據基本的理論知識來進行模型的建立和推導，比如競爭反應的建模。競爭反應是指某個體系中多種化學物質能夠跟同一種化學物質進行反應，形成多種產物，如FeBr2與Cl2的反應，FeBr2溶液中的Fe2+和Br-離子都能夠和Cl2反應，這就形成了兩個離子之間的競爭，對于這類化學反應，我們一般是選擇“先弱后強”模型來進行分析研究，但是，對于一些特例，比如氧化還原反應和非氧化還原反應同時發生，我們就不能夠運用這一模型進行研究，因此，我們需要建立更加完善的模型來研究這一問題。

例如，將H2S氣體通入Pb（NO3）2溶液中生成PbS沉淀和HNO3和將SO2氣體通入Ca（ClO）2溶液中，生成CaSO4和HCl這兩個實驗中，第一個實驗中發生了例子互換反應，而第二個實驗中發生的是氧化還原反應。這就導致了這兩種反應出現了不符合我們剛剛提到的先弱后強的模型，在這種情況下，我們就需要深入了解這兩種反應的本質。我們都知道，化學反應的本質是活化能由活躍轉化為穩定的一個過程，那么我們就可以從這方面入手，來建立一個以活化能的高低為基準的競爭反應模型，通過研究不難發現，活化能高的化學反應會優先于活化能低的化學反應，并且當外部能夠提供足夠的能量時，化學反應會向著生成能力更低的產物邁進。通過這個模型的建立，學生就很容易理解競爭反應以及其他相似的反應的生成現象，并能夠完美解釋，進而提高學生的化學學習技能。

三、“灰箱”建模

灰箱建模相對與白箱建模要復雜一些，因為其本身的信息比較少，我們需要運用一些推理、猜想來將“灰箱”轉化為“白箱”然后再進行建模。這時，我們可以利用數學工具來達到這一效果。

比如，我們可以通過數學猜想的形式來探索海水中鹽的析出順序的規律模型。在高中階段的化學教學中，學生只知道鹽的析出與溶液的濃度有關，濃度飽和后就會析出，但是對于同種溶液中不同鹽的析出順序沒有不知道該如何分析，這就是一個典型的“灰箱”模型。這時，我們就需要將主要的問題點抓住，簡化未知量的影響，運用合適的方法尋找規律，將灰箱“白化”。那么海水中鹽的析出順序的重點就是鹽的溶解度與海水濃度的比值（c/S），該值越大，代表這種鹽類越早析出。所以，我們就可以以這一比值為基礎建立模型，得出數據，然后進行實際驗證，將灰箱模型轉化為白箱模型。

高中化學是學生學習中的重點，我們在日常教學時，不僅要教授學生應該了解的化學知識，還應該培養學生的化學思想，讓學生學活用化學問題解決化學問題，提高學生的核心素養，進而為即將到來的高考做好充足的準備。

參考文獻

[1] 閆慧林.合理應用建模思想促進高中化學教學[J].課程教育研究，2017（10）.

[2] 劉宗華.初探在高中化學學習中運用建模思想[J].中學課程輔導：教學研究，2014（26）：99-100.