思維模型建構在高三化學復習中的實踐

林立豪

[摘? ?要]模型建構是理性思維培養的有效載體，模型建構過程就是理性思維的具體體現和落實過程。通過典型例題的剖析使學生感知思維模型，引導學生自主分析、歸納提煉出解題的思維模型，并進行針對性練習以檢驗和調整思維模型，讓學生在實踐中不斷理解和完善思維模型，提升高三化學復習的質量和效率。

[關鍵詞]思維模型;氧化還原反應;離子方程式;高三化學復習

[中圖分類號]? ?G633.8? ? ? ? [文獻標識碼]? ?A? ? ? ? [文章編號]? ?1674-6058（2019）17-0066-03

化學教學的目標是通過化學知識的學習，使學生掌握相應的知識技能，形成化學學科核心素養。高三復習階段，教師應重視激發學生思維，引導學生深入理解所學知識，培養運用所學知識分析問題、解決問題的能力，實現知識的遷移和應用，提升化學學科核心素養。但是，在教學實踐中會發現學生在復習之后并不能有效掌握和應用所復習的知識，更不用說掌握方法和提升技能了。產生這些問題的主要原因是教師在教學過程中忽略對學生思維方法的指導，導致學生只是機械地掌握知識，沒有形成程序性和有效性的解決問題方法，當遇到知識的遷移和應用時往往無法精準抓住問題的關鍵，也就無法厘清解決問題的思路，找不到解決問題的突破口。

教學實踐表明，思維模型的建構能有效地提高高三化學復習的質量和效率。理性思維是具有明確的思維指向和充分的思維依據，并建立在證據和邏輯基礎上的思維方式。模型是以客觀事實為依據建立起來的，是對事物及其變化所做的一種簡化描述或模擬。思維模型建構是一種重要的科學研究方法，它是指學習者通過分析、推理、比較、歸納等方法認識研究對象，由此建立思維模型并運用思維模型揭示問題的本質和規律，從而解決相關問題。本文以“陌生情境下氧化還原反應離子方程式的書寫”的復習課為例簡要闡述思維模型建構在高三化學復習中的應用。

一、剖析典型例題，感知思維模型

氧化還原反應是化學的基本原理和核心概念，它是元素及其化合物學習的重要理論載體。在高考卷中有關氧化還原反應離子方程式書寫的試題涉及的情境陌生度較大，加之學生沒有掌握正確的思維方法，對題干信息的閱讀和提取能力欠缺，對此類題目常無從下手，錯誤率較高。高三復習過程中，教師應引導學生在已有知識的基礎上通過思維模型建構強化對氧化還原反應的認識、理解和應用。

【例題】和硅同一主族的鍺也是重要的半導體材料，鍺應用于航空航天測控、光纖通訊等領域。一種提純二氧化鍺粗品（主要含GeO2、As2O3）的工藝如下：

“氧化除砷”的過程是將NaAsO2氧化為Na3AsO4，其反應的離子方程式為： 。

本題是氧化還原反應離子方程式書寫的典型例題，這類題目大多以化學工藝流程為載體，要求學生從流程圖中獲取信息、整合有效信息，進而分析和解決問題。由問題可知“氧化除砷”過程中AsO2-轉化為AsO43-，其中砷元素化合價升高作為還原劑，在此基礎上引導學生分析題干信息，獲知“氧化除砷”反應前還存在Na+、ClO3-、OH-，結合微粒的性質分析可得ClO3-作為反應的氧化劑，反應產物為Cl-，初步的離子方程式為：AsO2-+ ClO3-—AsO43-+Cl-。緊接著讓學生分析反應前后元素化合價的升降數量，給各微粒標上相應的計量系數：3AsO2-+ ClO3-—3AsO43-+ Cl-。而后分析反應前后陰陽離子所帶的電荷總數，左側為四個單位的負電荷，右側為十個單位的負電荷，結合反應前“堿浸”的步驟確定溶液所處的環境為堿性條件，補充方程式為：6OH-+3AsO2-+ ClO3-—3AsO43-+ Cl-。最后計算反應前后各原子數目，據此在方程的右側補上三個水分子，從而完成離子方程式的書寫：6OH-+3AsO2-+ ClO3-=3AsO43-+ Cl-+3H2O。借助典型例題引導學生自主分析，再結合教師的講解，使學生認識到陌生情境下氧化還原反應離子方程式書寫存在著程序性的步驟和方法，初步感知方程書寫的思維模型，為后續思維模型的建構奠定基礎。

二、提煉解題思路，建構思維模型

著名科學家錢學森先生說：“模型就是通過對問題現象的分解，利用我們考慮得來的原理吸收一切主要的因素，略去一切不主要的因素，所創造出來的一幅圖畫……”思維模型是理性思維的結晶，其本質是一種最簡化的圖形。借助模型建構明確思維的方向，并將較小的知識模塊進行整合優化，形成切實可行的操作方法，用最簡的模塊規律去解決各種各樣的問題。

在剖析典型例題的基礎上引導學生自主梳理、思考、歸納陌生情境下氧化還原反應離子方程式的書寫規律。

1.找變價、寫四物——基礎

根據題干的信息，列出反應前后所存在的微粒，并結合微粒中元素的價態特點找出變價元素，進而確定方程式中的氧化劑、還原劑、氧化產物和還原產物。

2.標升降、乘系數——關鍵

根據化合價升降守恒，標出反應物和生成物中變價元素的化合價升降數目，乘上最小公倍數，實現反應過程中化合價升高的總數等于化合價降低的總數。

3.算電荷、補粒子——難點

根據電荷守恒，結合題干信息判斷溶液所處的環境，補上相應的離子，從而實現反應前后的陰陽離子所帶的電荷總數相等。

在離子方程式中補上相應離子時應遵守以下幾個原則：

①酸性溶液中，H+可做反應物也可做生成物，但不可出現OH-。

②堿性溶液中，OH-可做反應物也可做生成物，但不可出現H+。

③中性溶液中，OH-、H+不做反應物但可以是生成物。

④H2O可以在任意溶液的配平過程中靈活使用。

4.據守恒、定方程——保證

根據元素守恒，再次配平方程式，實現反應前后各元素的原子數目相同。

在教學過程中，讓學生自主建構思維模型，有助于學生理解氧化還原反應的核心概念，掌握核心知識，增強探究能力，提高解題的正確率和速度，提升思維品質。

三、巧設課堂訓練，完善思維模型

思維模型建構的目的在于，借助建構過程抓住事物的本質特征，建立解決問題的方案。對此，應借助相關練習實現模型應用，在實際的操作過程中對模型進行檢驗、調整和完善，提煉出能反映問題本質的模型，以普遍適用于相似問題情境，解決一類相似的問題。

【練習1】（節選）氯化亞銅（CuCl）廣泛應用于化工、印染、電鍍等行業。CuCl難溶于醇和水，可溶于氯離子濃度較大的體系，在潮濕空氣中易水解氧化。以海綿銅（主要成分是Cu和少量CuO）為原料，采用硝酸銨氧化分解技術生產CuCl的工藝過程如下：

（2）寫出步驟③中主要反應的離子方程式：

。

根據已有思維模型先分析題干信息和流程圖，確定反應的氧化劑為Cu2+，還原劑為SO32-，根據“回收硫酸銨”確定氧化產物為SO42-，根據烘干所得確定還原產物為CuCl，接著通過化合價的升降守恒配上相應的計量系數。此時如果學生利用電荷守恒進行配平則較難準確書寫出反應的離子方程式，這是由于還原產物為CuCl，對比反應前后可知反應前缺少氯元素，因此在利用電荷守恒配平前應先根據元素守恒補上兩個氯離子，而后才可通過電荷守恒結合溶液所處環境補上相應的粒子，最后根據元素守恒完成方程式的配平。雖然練習1中溶液所處的環境為酸性，但是方程式中氫離子并不是反應物而是生成物，同樣的，若溶液為堿性環境，氫氧根離子也不一定是反應物，從而改變學生的定式思維。通過課堂訓練可促進學生對思維模型進行相應的調整和完善，使它適用于不同情境下氧化還原反應離子方程式的書寫。因此，任何一個思維模型都有特定的使用對象，結合相應的條件適當調整模型是模型應用的關鍵。

四、細研高考真題，鞏固思維模型

思維模型建構不能僅僅停留在模型本身結構和性質的探索上，而應通過建構得出合理的思維模型，使學生的知識和能力得到鞏固和提升，促進學生學科思維的發展。教師在思維模型建構的基礎上精選出具有代表性和針對性的練習題，訓練強化學生觀察、比較、分析、歸納等思維方法，使學生加深對思維模型的理解和應用。

（2）寫出第二次氧化時發生反應的離子方程式：? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?。

練習2與例題相同，目的是讓學生再次厘清知識線索，明確解題方法和步驟，規范執行細節和注意事項，幫助學生理解和內化氧化還原反應離子方程式的書寫模型，提高運用模型快速、準確、有效解決相關問題的能力。練習3中氧化過程的反應物和生成物都是已知的，本題的難點是反應物OCN-中各元素化合價的判斷，根據題中“HCN、HOCN中N元素的化合價相同”并結合CN-的結構和電負性強弱判斷氮元素化合價為-3價，進而確定OCN-中N、O、C三種元素的化合價。可見，運用思維模型書寫離子方程式，可突破離子方程式書寫的難點，提升思維廣度。通過針對性練習，有助于學生形成對陌生情境下氧化還原反應離子方程式書寫的深刻理解，即“為理解而學習”。

思維模型的建構和運用既是化學教學的重要目標，又是理性思維的有效載體。在高三化學復習過程中，教師應引導學生進行思維模型的建構，使學生掌握解決問題的程序性知識，獲得解決問題的“支架”，形成清晰的思路和優化的思維，從而使高三復習跳出題海戰術的誤區，提高復習的質量，讓復習備考事半功倍。

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（責任編輯 羅? ?艷）