構建模型 解決問題
——建模教學在高中化學課堂中的應用

張軍貴

(甘肅省民樂縣第一中學 734500)

新課標實施的理論基礎主要是建構主義的多元智能理論與學習理論，大部分建構主義者表明學生是生活于社會當中的，由此可知，學生是帶著經驗步入教室的，因此，課堂教學需立足于學生的需求與興趣，化學教師需將教學的重點置于強化學生的理解，而學習并非是教師將相關知識講解給學生的過程，通常是學生對知識進行主動構建的過程.因此，化學教師在課堂教學時，需注重通過模型構建的形式，引導學生通過概念提煉、原理與公式的歸納，對知識創(chuàng)造的思維過程進行揭示，并通過模型構建促使學生學會科學觀察，推斷問題成因，最終通過推理獲得知識產生的全過程，并促使學生形成應用化學知識解決化學問題的能力.

1 化學模型構建在化學教學中的作用

第一，有助于抽象問題具體化.化學模型的構建就是將抽象化化學問題具體化，通過圖表、圖畫、計算機圖像、實物模型等呈現(xiàn)出復雜事物或者過程的一種表現(xiàn)手段.同時，化學模型的構建還能使學生充分理解與掌握不能直接觀察的事物或促使抽象的化學問題實現(xiàn)直觀化.由于化學中包含著深刻的化學智慧，這就使學生無法做到直觀理解，而將抽象問題直觀具體化，這不僅有助于學生將復雜且無法把握的復雜問題轉變成具體直觀的問題進行思考，而且還能通過模型構建的思想進行問題解決，從而使學生實現(xiàn)高效解決問題.

第二，有助于化學知識的直觀化.對于高中生而言，其已經具備了相應的自我思考與自我學習的能力，可以對已有的知識實施總結，并實現(xiàn)知識網絡體系的構筑.高中化學的課堂教學中，建模思想的運用，通常能夠使學生把晦澀、高深、抽象的化學知識以更為直觀的形式呈現(xiàn).在高中化學的傳統(tǒng)化教學當中，化學教師通常會用到題海戰(zhàn)術，想讓學生對于全部題型都做到面面俱到，以致于學生面對所有題型的時候都不會懼怕.但這通常會嚴重影響到學生的學習效果.而通過化學模型的構建，學生可依據(jù)學習的化學知識實施總結，并與例題相結合，對相同類型的化學題實施歸納總結，從而實現(xiàn)少做、精做，舉一反三的效果.

2 建模教學在高中化學課堂中的應用

2.1 基于工藝流程圖的建模思維培養(yǎng)

高中化學的工藝流程圖作為高考中的重點內容，其題目通常容量大、綜合性強、知識點繁多，這不僅是對學生對于基礎知識的掌握狀況進行了考查，而且還對學生對于信息的歸納、分析與應用能力實施考查，并對學生的理論與實際相聯(lián)系進行問題解決的能力進行了考查，這就對學生自身提出了較大的挑戰(zhàn).因此，在對化學的工藝流程相關內容開展教學時，化學教師可通過化學模型的構建，引導學生更好的認識相關化學知識.例如，“從鋁土礦中冶煉鋁”的工藝流程圖開展教學時，化學教師可通過提純鋁土礦模型(如圖1所示)，對工藝流程圖實施分析.

圖1

①原材料預處理：主要是從學生已知的知識作為出發(fā)，對金屬冶煉的方法進行復習，因為氧化鋁具有兩性，因此，可通過酸處理，或是堿處理原材料，將氧化鋁溶于溶液中，如常用的堿處理化學反應：用氫氧化鈉處理

②化學除雜：通過過濾將鋁土礦中不溶于NaOH的氧化鐵等雜質除去，隨后通入過量二氧化碳，與溶液中的NaAlO2發(fā)生反應：

生成氫氧化鋁沉淀，再次過濾，得到相對純凈的氫氧化鋁，③對氫氧化鋁進行灼燒處理，得到氧化鋁；④加冰晶石后熔融通電處理，電解氧化鋁，得到鋁單質.依據(jù)題目中所給出信息實施純度計算，以此構建系統(tǒng)的工藝流程圖的模型，經過該方法解決相關問題，通常能夠使學生在日后面對相關問題時更得心應手.因此，最后可以構建完整的鋁土礦提取鋁的流程模型(如圖2所示).

圖2

2.2 基于實驗建模的問題解決能力提高

化學作為以實驗為研究的一門科學，基于此，在高中階段的化學教學當中，可通過實驗教學指導學生進行化學問題實施探究，并在實驗中引導學生明確其學習與實驗的目標，以此為接下來的問題探索提供方向.第一，提供給學生相應的化學概念框架，該概念框架通常需和學生的學習狀況相接近；第二，將學生引入到問題探索的情境，經過構建化學模型，強化學生對于問題的分析與解決能力.例如，對“合成材料”進行教學時，由于學生已掌握到金屬材料、非金屬材料等相關知識，對不同高分子材料進行識別的方法就是“最近發(fā)展區(qū)”.在進行實驗教學中，教師可將羊毛織物與化纖織物都置于酒精燈上進行燃燒，讓學生觀察燃燒現(xiàn)象，并發(fā)現(xiàn)不同物體燃燒的區(qū)別.通過該環(huán)節(jié)，化學教師可引導學生準確描述出其自身的看法與看到的現(xiàn)象，然后，化學教師可接著提問，引導學生積極思考，比如“天然蠶絲與人造絲制作的原理都一樣嗎？”“你喜歡穿化纖衣服還是棉質衣服？”經過相關問題的提出，促使學生深入的了解到合成材料的相關知識，并促進學生解決化學問題能力提高.

2.3 基于習題訓練精選的模型構建

模型構建通常在高中化學的教學當中有著重要影響，因此，需有意識地引導學生體會到模型構建在學習當中的重要影響，并強化對于學生模型構建與應用意識的培養(yǎng).近些年，高考的試題中經常會以新背景、新材料的形式呈現(xiàn)，且題目也相對比較長，此時，就要求學生能夠在短時間之內提取到有關信息，并通過自身已具備的知識實施模型構建，以實現(xiàn)化學問題的解決.因此，在化學教學當中，教師需引導學生進行化學模型構建，并在此基礎上開展習題訓練，這不僅能實現(xiàn)學生應用模型的能力提高，而且還能實現(xiàn)化學知識遷移的教學效果.例如，對“原電池方面的知識”開展教學時，教師可指導學生進行自主建模，并以典型的例題實施變式拓展，以促使學生能夠以電池模型進行習題解答，并在問題解答后，對解題過程實施反思和總結.經過實踐表明，經過習題訓練，就能促進學生自身的思維能力提高，而非經過強記實現(xiàn)問題解決，從而優(yōu)化學生解題的思維過程.如圖3所示是學生自主構建的銅鋅稀硫酸原電池模型.

圖3

在構建原電池模型的時候，教師也可以對知識進行拓展，在裝置中接入電源，這個時候原電池模型就會變成電解池模型(如圖4所示).電解池與原電池的知識點不易區(qū)分，通過構建電解池模型更有利于學生觸類旁通，靈活的運用模型思想進行具體問題的解決.

圖4

例圖5中，在盛有飽和NaCl溶液的U型管中分別插入鐵棒和石墨棒，然后與電路連接，則以下分析正確的是( )

圖5

A. 當開關K1或是K2閉合時，Na+均移向鐵棒的一端

B. 當開關K1閉合，K2斷開時，石墨棒附近滴入石蕊試劑，顏色呈藍色

C. 當開關K2閉合，K1斷開時，鐵棒將被腐蝕

D. 當開關K2閉合，K1斷開時，電路中通過0.4NA個電子時，兩極共產生標況下4.48 L氣體

諸如此類的例子還有很多，除了原電池、電解池問題，還有有機化學中的加成、加聚反應，過量少量問題的離子方程式的書寫等等，都可以通過精選習題的訓練構建模型，從而提高解題的效率和準確率.

綜上所述，高中化學的教學當中，學生模型構建能力的培養(yǎng)，通常能夠使學生自身的學習能力以及思維能力得到明顯提升.因此，核心素養(yǎng)下，化學教師需注重培養(yǎng)學生自身的建模能力，通過相關模型的構建，促進學生知識體系的構建，強化學生問題的解決，從而使學生自身的綜合素質得到有效提升.