基于建模思想的高中化學解題教學指導

摘" 要：建模思想在化學解題教學中的運用，有助于學生找到解題思路，提升高中生的解題能力，促進學生綜合素養的提高.基于此，本文首先解讀了建模思想的內涵，進一步闡述了建模思想視角下的高中化學解題教學指導策略，旨在實現建模思想的滲透，讓高中生掌握化學思想方法，提升解題能力，更好地備戰高考.

關鍵詞：高中化學；解題教學；建模思想

中圖分類號：G632""" 文獻標識碼：A""" 文章編號：1008-0333（2024）18-0122-03

收稿日期：2024-03-25

作者簡介：汪燕芳（1988.3—），女，安徽省銅陵人，碩士，中學二級教師，從事高中化學教學研究.

在不斷地摸索中，我們發現建模思想的運用可以促進教師解題教學方法的創新，促使學生掌握有效的解題途徑，在建模中挖掘出題干中隱藏的信息，將已知、未知信息清晰地呈現出來，起到降低學生解題難度的作用，引領學生攻克解題的難關.

1" 建模思想解讀

建模思想最初運用于數學領域，比如數學公式就是最為常見的、簡單的模型建立形式，后延伸到物理、化學等學科的教學中.從化學解題教學的視角分析，建模思想是指在化學學科問題的解答中，為了揭示事物的本質，用化學語言、方法將復雜的問題、條件或現象通過更為簡單、易懂的方式呈現出來，抽象出化學模型的過程，即為化學建模［1］.

Ibrahim Halloun將基于模型的問題解決分為五個階段.

第一個階段：模型選擇.結合學生的個人經驗，從模型的適用范圍與建模目的角度分析，選擇合適的模型.

第二個階段：模型建立.確定所選的模型的相關結構和成分.

第三個階段：模型驗證.必要時需要對原有模型作出修正，促使學生的元認知技能得到鍛煉，用不同的評價方法驗證模型內部的一致性［2］.

第四個階段：模型分析.解決問題，并對問題作出解釋.

第五個階段：模型拓展.推論到新情境中，發展遷移能力，評價模型的適用廣度.

2" 基于建模思想的高中化學解題教學指導策略

高中化學解題教學涉及的范圍較廣，“原電池”“離子方程式”“電解池”的解題教學為例，分析了建模思想的有效滲透途徑，具體如下.

2.1" 建模思想在“原電池”解題教學的運用教師引領學生在課堂學習中更好地建構原電池原理模型，并做到精準選題.在課前針對每類習題的解決方法、內容構建好對應的模型，在課堂學習中引領學生構建對應的模型，經歷模型分析的過程.由此促使學生建構完善的原電池模型，獲得建模能力的提升，學會靈活地運用模型解決化學問題.

課前，教師將學生們分成了兩個大組，以小組為單位，要求學生完成以下幾個問題的解答，以銅鋅原電池裝置（圖1）為例：

（1）觀察此裝置，如圖1所示，說一說這是什么類型的裝置？此裝置能夠將什么能轉化為什么能？

（2）若是將此裝置中的銅片換成鋅片，是否還能夠構成原電池？

（3）若是連接導線的線斷了，是否還能夠產生電流？

（4）在此裝置中，作為負極材料的是什么？在負極會發生什么樣的化學反應？

（5）在此裝置中，作為正極材料的是什么？在正極又會發生什么樣的化學反應？（6）若是將裝置中的鹽橋去除，電流表的指針是否會發生變化？

（7）請學生們猜測圖中裝置電子流向是什么樣的？

通過這幾個問題的布置，可以引領學生在課前預習中回顧以前學習的知識，利用原電池的概念，發現此裝置是利用自發的氧化還原反應，將化學能轉化為電能，讓學生在課前學習中先構建氧化還原反應的認知模型，促使學生發現氧化還原反應與原電池結合的認知模型.接下來，教師要求學習小組合作畫出氧化還原反應和原電池結合的認知模型，將此認知模型具體化，使用化學語言、化學符號表征出抽象的化學知識.在學生完成了原電池認知模型構建的基礎上，教師布置習題，給學生提供建模思想運用的機會，引領學生在問題解答中構建解題思維模型，形成清晰的解題思維.如，教師出示習題：

圖2是以MoS2為電極催化劑Zn-NO電池系統，該系統既能合成氨又能提出電能，工作原理如圖二所示，其中雙極模可以將水解離為H+和OH-，并實現雙向通過，則以下說法錯誤的是（" ）.

A.電勢Zn/ZnO電極低于MoS2電極電勢.

B.電池工作時NaOH溶液與Na2SO4溶液濃度均變小.

C.電路通過1 mol電子，整個電池系統質量會增大3 g.

學生在此題解答中根據氧化還原反應模型，可以快速地判斷出電極的正負，NO→NH3的轉化對應正極，判斷物質濃度的變化，結合學生已經掌握的電極反應方程式H2O2+2e-+2H-2H2O，可以順利地求出相關參數，并對三個選項加以分析，從而得出正確的答案.具體的解題過程為：由圖二可知，在MoS2電極中，NO→NH3，氮元素得到電子，因此此電源為正極，則另一側為負極，電勢較低；結合氧化還原反應的模型寫出正負極反應式，可知雙極膜中OH-、H+用于補充消耗的OH-、H+，因此正負兩極均生成H2O，生成水會導致兩溶液的濃度變小.在此電池中負極并不會放出氣體，只有正極放出氣體，由NO+5e-+5H+NH3+H2O可知當電路中轉移1 mol電子時，消耗0.2 mol NO，生成0.2 mol NH3，經過計算整體系統增加的質量為2.6 g，因此C選項錯誤.

2.2" 建模思想在“離子方程式”解題教學的運用

離子方程式相關的習題是當前高考以及學校日常考試的重要題型之一，其中最為常見的是離子方程式正誤判斷類題型.在解題教學中教師應引領學生建構離子方程式正誤判斷的針對性模型，首先分析物質的狀態，比如是否將物質拆分成離子的形式，掌握其中的一些物質不拆分，例如難電離物質、難溶物質等;其次，判斷反應物質的順序、比例、對應生成物等;最后，分析電荷是否守恒，引領學生在問題解答中靈活地運用離子方程式正誤判斷模型，全面地分析，進而做出準確地判斷.

例如：下列離子方程式書寫正確的是（" ）.

A．丙烯醛和足量溴水反應：

2Br2+CH2=CHCHO+H2O2Br-+2H++CH2BrCHBrCOOH

B.Na2O2固體投入H218O中：

2Na2O2+2H218O4Na++18O2↑+4OH-

C.向Na2SO3溶液中加入少量Cl2：

Cl2+SO32-+H2O2Cl-+SO2-4+2H+

這道題考查的知識點較多，需要學生應用模型知識逐個分析并做出判斷，發揮出模型思想在解題領域的實用性價值.A選項的分析需要運用加成反應模型，可將—CHO氧化成—COOH.而B選項的判斷需要學生運用氧化還原反應的模型，結合Na2O2既為氧化劑，又是還原劑，在反應中水的化合價并未發生改變，判斷B選項錯誤.C選項的判斷需要運用物質自身的氧化還原反應模型，經過分析同樣可以發現此選項中的離子方程式是錯誤的，故而得出只有A選項正確.

2.3" 建模思想在“電解池”解題教學的運用

電解池是學生系統學習原電池基礎上的進一步自然延伸，其與原電池一樣，都是在氧化還原反應發生的.在電解池解題教學中，一般會涉及電解池構成條件、方程式書寫、工作原理、充放電二次電池以及多池串聯等方面的習題，引導學生將構建的模型運用于實際問題解答中，從而促使學生形成建模意識，養成運用模型解決化學習題的思維習慣［3］.

例如，在高中生在化學學習中已經構建了氧化還原反應和電解池相結合的模型后，教師可以給學生布置如下的習題內容：

天然氣的主要成分是甲烷，甲烷在生產、生活中的應用比較廣泛，可以作為化工原料，用來生產合成氨等，結合電解法的原理，將CO2轉化為CH4，如圖3所示，下列說法正確的是（" ）.

A.在電解過程中，H+發生的轉移，轉移的方向是從a極區向b極區.

B.在電解過程中，H+發生的轉移，轉移的方向是從b極區向a極區.

C.電解的過程是由化學能轉化為電能的過程.

D.電解時，Na2SO4溶液濃度保持不變.

這道題主要考查的是學生對電解池離子移動的方向以及能量變化等知識點的掌握情況，此題的解答需要學生構建電解池工作原理的模型.首先，需要學生判斷裝置類型，從題干信息的閱讀與分析明確說明電解法，而電解法是能量轉化過程是將電能轉化為化學能，與答案C的表述不符，因此得出C選項是錯誤的.教師繼續引領學生從左端的溶液是Na2SO4，結合所學的電解池方程式作出判斷，得出Na2SO4的溶液濃度會升高，得出D選項的表示是錯誤的.最后，引領學生運用建構的化學模型判斷溶液中的離子移動方向，發現A選項的表述是正確的，也由此得出B選項的表述不正確，由此得出答案，順利解答問題.

在這個過程中，教師應引領學生對比分析當前的解題思維模型與原電池解題思維模型，推動學生進一步掌握電解池工作原理的模型.在習題訓練中學會使用模型解決多池串聯、充放電二次電池等相關的問題，豐富學生的模型構建以及模型應用經驗，使學生在化學問題的解答中明晰思路，靈活地使用建模思想解決化學問題，提升學生的解題準確性.3" 結術語

總之，建模思想的滲透是當前化學課程教學改革的主要要求之一，對于學生的化學學習質量提高以及化學核心素養形成有著重要的影響.因此教師應在化學教學中引領學生構建化學模型，并借助問題提出以及習題布置等形式，給學生提供模型應用的機會，促使學生掌握問題的本質，提升問題解決的能力.

參考文獻：

［1］

楊曉東.幾種建模思想在高中化學解題中的應用研究［J］.數理化解題研究，2020（21）：93-94.

［2］ 黎發明.建模思想在高中化學解題中的應用研究［J］.數理化解題研究，2021（16）：96-97.

［3］ 楊洋.高中化學解題中建模思想的有效應用［J］.數理化解題研究，2022（34）：126-129.

［責任編輯：季春陽］