建构化学思维模型 提高课堂教学有效性

林志强

摘 要：本文以“转变学生的学习方式”为切入口，探讨提高化学课堂教学有效性的一种教学方法。阐述化学思维建模的含义、化学思维建模的基本过程。以教学案例的方式介绍化学思维建模在教学中的运用。

关键词：思维建模；方法；教学；有效性

1 问题的提出

随着课程改革的不断深入，建构主义教学理论得到广泛认同与应用。建构主义认为：知识是由学生在老师的帮助和促进下主动进行的有意义的建构。“对于学习者来说，支持有意义的学习最有力的策略之一就是对他们所学的知识进行模型的建构。”化学思维模型建构（简称“化学思维建模”）是建构主义理论在化学教学中的运用，是一个学化学、做化学、用化学的过程，它体现了学和用的统一；是促进学生学习方式转变，提高化学课堂教学有效性的有效方法。

2 有效教学与化学思维建模

2.1 有效教学的涵义

有效教学是指教师在遵循教学活动的客观规律下，以尽可能少的时间、精力和物力投入，取得尽可能多的教学效果，满足社会和个人的教育价值需求而组织实施的活动。它包括以下三个方面的内容。

（1）有效果。有效果是指对教学活动结果与预期教学目标的吻合程度的评价。

（2）有效率。教学活动是一种精神性生产活动，教学效率可表达为：教学效率=教学产出（效果）/教学投入=有效教学时间/实际教学时间。

（3）有效益。有效益是指教学收益，教学活动的价值实现。

2.2 化学思维建模的含义

思维模型，简要地说它就是一种科学操作和科学思维的基本方法。思维模型的建构（简称“思维建模”）是指通过抽象、概括和一般化，把特定的研究对象或问题转化为普遍的本质规律（一个已有的关系、共性或结构），从而用以解决实际问题的思维方法。其原理就是人们常说的“把未知转化为已知，用已知来解决未知”。作为学习过程的一种中介，思维模型可以更好地认识和改造研究原型、建构新型客体；作为解决问题的一种方法，思维模型可以再现原型客体的某种本质特性，解决现实世界的一些类似问题。

美国学者乔纳森认为，建模是一种能够激发、支持和评估概念转变的强有力策略。如果学习者不能对自己所学所知建构模型的话，那么他通常是很难真正理解这部分知识的。他认为建构思维模型能让学习者超越他们以记忆为主的思维局限和解决问题的局限，从而有效促进了有意义学习的实现。

化学思维模型的建构是指在学习化学的过程中，运用一定的思维方法学习化学知识和解决化学问题的学习模式，是在学生具有完整或相对完整的化学知识体系、方法体系和能力体系的前提下，试图通过引导学生对化学知识体系予以归纳、总结，自主建立一个完整的化学知识体系，逐步形成个人在学习、应用化学过程中的思维模型。

3 化学思维建模的基本流程

依据学习内容、化学学科的本质和化学思想进行化学思维建模，才能使化学课堂教学的有效性最大化。化学思维建构常用的方法有：比较法、分类法、类比法、归纳法、演绎法、守恒思想法等。针对不同的学习内容，可用其中的一种或几种方法进行思维建模。

建构化学思维模型简单地说就是从“个别”抽象出“一般”，再用“一般”应用于其它类似的“个别”的过程。基本过程可以用图1模型表示。

4 化学思维建模在教学中的实践

4.1 化学概念教学

化学的灵魂是概念。为提高概念教学的有效性，教师首先要在学生的活动中构建概念形成的思维模型，通过比较、分类等思维方法，使学生准确理解概念的实质、内涵和外延。然后再引导学生建构运用这些化学基本概念去解决实际问题的思维模型。

案例一 氧化还原反应教学的思维建模教学

（1）建构氧化还原反应的概念图（见图2）

（2）建构氧化还原反应的分析程序模型（见图3）

（3）运用氧化还原反应规律书写化学方程式的思维模型（见图4）

应用举例：往含Fe2+的溶液中滴加酸性KMnO4溶液，KMnO4溶液褪色，写出反应的离子方程式。

应用化学思维模型解决问题：

①根据氧化还原反应规律和题目信息，确定氧化剂、还原剂分别为MnO4-、Fe2+；氧化产物、还原产物分别为Fe3+、Mn2+

MnO4-+Fe2+→Fe3++Mn2+

②用化合价升降法配平氧化剂、还原剂和氧化产物、还原产物的系数

MnO4-+5Fe2+→5Fe3++Mn2+

③根据电荷守恒反应物要补上H+，根据元素守恒产物要补上H2O

MnO4-+5Fe2+ + H+→5Fe3++Mn2++H2O

④用观察法配平H+、H2O的系数

MnO4-+5Fe2+ +8 H+=5Fe3++Mn2++4H2O

⑤检查。

4.2 基本理论教学

化学的核心是理论。化学基础理论是贯穿于中学化学的一条主线。

案例二 运用盖斯定律书写热化学方程式的思维模型

写出待求的化学方程式并注明各物质的状态→配平化学方程式→找出待求方程式中各物质在已知方程式中的位置→根据待求方程式中各物质的系数和位置对已知方程式进行处理，得到变形后的新方程式→将新得到的方程式进行加成（反应热也需要相应加减）→写出待求的热化学方程式→检查与检验。

应用举例：已知：①C（s）+O2（g）=CO2（g）

ΔH= -393.5 kJ·mol-1

②2CO（g）+O2（g）=2CO2（g） ΔH= -566 kJ·mol-1

写出碳在氧气中不完全燃烧生成CO的热化学方程式。

化学思维模型解题：

（1）写出碳在氧气中不完全燃烧生成CO的化学方程式并注明各物质的状态

C（s）+O2（g）→CO（g）

（2）配平化学方程式 2C（s）+O2（g）=2CO（g）

（3）找出待求方程式中C和CO在已知方程式中的位置和系数匹配（待求方程式中C在左边，系数为2，而C在①式中左边，系数为1；待求方程式中CO在右边，系数为2，CO在②式中左边，系数为2）。

（4）已知方程式变形处理（①式×2；②式填加“-”号）

（5）计算ΔH=-393.5×2+566=-221

（6）写出碳在氧气中不完全燃烧生成CO的热化学方程式

2C（s）+O2（g）=2CO（g） △H= -221kJ·mol-1

案例三 原电池、电解池核心知识建构的思维模型图

（1）原电池正负极判断方法（见图5）：

（2）电子流向（外电路电子导电，内电路由离子移动导电），电流方向，离子移动方向见图6，判断溶液pH的变化，有关计算（电化学中的计算往往要利用两电极得失电子总数相等）。

4.3 物质性质教学

由于元素化合物知识的内容丰富、知识分散、联系广泛、一般性与特殊性并存，学生学习时存在认识容易、遗忘率高、综合应用较难的问题。利用化学思维建模能很好梳理知识，使知识有序存储，并为其它元素化合物知识的学习积累经验，逐步形成学习、记忆和应用元素化合物知识的有效方法。

案例四 SO2化学性质研究的思维模型（见图7）

5 结束语

化学思维建模教学是教与学的统一，以学为主，以学生为本，有利于培养学生自主学习能力；教学化学建模教学能积极地启发学生的创造性思维，开启学生的智力，用科学的思维方法，将凌乱的知识系统化、深入化，从而在提高学生的思维能力和思维品质方面，表现出独特的效果；化学思维建模教学转变了教师的“教“、学生的”学“的方式，促进学生的学习，使三维目标得到统一和谐的发展，提高了化学课堂教学的有效性。

参考文献：

[1]张璐.略论有效教学的标准[J].教育理论与实践，2000（11）：37-40.

[2]（美）乔纳森著，顾小清等译.用于概念转变的思维工具：技术支持的思维建模[M].上海：华东师范大学出版社，2008.

[3]王滋旻. 化学建模教学课程设计的初步探索[J].中学化学教学参考，2006（7）：12-13.