思维模型建构在高三化学复习中的实践

林立豪

[摘   要]模型建构是理性思维培养的有效载体，模型建构过程就是理性思维的具体体现和落实过程。通过典型例题的剖析使学生感知思维模型，引导学生自主分析、归纳提炼出解题的思维模型，并进行针对性练习以检验和调整思维模型，让学生在实践中不断理解和完善思维模型，提升高三化学复习的质量和效率。

[关键词]思维模型;氧化还原反应;离子方程式;高三化学复习

[中图分类号]   G633.8        [文献标识码]   A        [文章编号]   1674-6058（2019）17-0066-03

化学教学的目标是通过化学知识的学习，使学生掌握相应的知识技能，形成化学学科核心素养。高三复习阶段，教师应重视激发学生思维，引导学生深入理解所学知识，培养运用所学知识分析问题、解决问题的能力，实现知识的迁移和应用，提升化学学科核心素养。但是，在教学实践中会发现学生在复习之后并不能有效掌握和应用所复习的知识，更不用说掌握方法和提升技能了。产生这些问题的主要原因是教师在教学过程中忽略对学生思维方法的指导，导致学生只是机械地掌握知识，没有形成程序性和有效性的解决问题方法，当遇到知识的迁移和应用时往往无法精准抓住问题的关键，也就无法厘清解决问题的思路，找不到解决问题的突破口。

教学实践表明，思维模型的建构能有效地提高高三化学复习的质量和效率。理性思维是具有明确的思维指向和充分的思维依据，并建立在证据和逻辑基础上的思维方式。模型是以客观事实为依据建立起来的，是对事物及其变化所做的一种简化描述或模拟。思维模型建构是一种重要的科学研究方法，它是指学习者通过分析、推理、比较、归纳等方法认识研究对象，由此建立思维模型并运用思维模型揭示问题的本质和规律，从而解决相关问题。本文以“陌生情境下氧化还原反应离子方程式的书写”的复习课为例简要阐述思维模型建构在高三化学复习中的应用。

一、剖析典型例题，感知思维模型

氧化还原反应是化学的基本原理和核心概念，它是元素及其化合物学习的重要理论载体。在高考卷中有关氧化还原反应离子方程式书写的试题涉及的情境陌生度较大，加之学生没有掌握正确的思维方法，对题干信息的阅读和提取能力欠缺，对此类题目常无从下手，错误率较高。高三复习过程中，教师应引导学生在已有知识的基础上通过思维模型建构强化对氧化还原反应的认识、理解和应用。

【例题】和硅同一主族的锗也是重要的半导体材料，锗应用于航空航天测控、光纤通讯等领域。一种提纯二氧化锗粗品（主要含GeO2、As2O3）的工艺如下：

“氧化除砷”的过程是将NaAsO2氧化为Na3AsO4，其反应的离子方程式为： 。

本题是氧化还原反应离子方程式书写的典型例题，这类题目大多以化学工艺流程为载体，要求学生从流程图中获取信息、整合有效信息，进而分析和解决问题。由问题可知“氧化除砷”过程中AsO2-转化为AsO43-，其中砷元素化合价升高作为还原剂，在此基础上引导学生分析题干信息，获知“氧化除砷”反应前还存在Na+、ClO3-、OH-，结合微粒的性质分析可得ClO3-作为反应的氧化剂，反应产物为Cl-，初步的离子方程式为：AsO2-+ ClO3-—AsO43-+Cl-。紧接着让学生分析反应前后元素化合价的升降数量，给各微粒标上相应的计量系数：3AsO2-+ ClO3-—3AsO43-+ Cl-。而后分析反应前后阴阳离子所带的电荷总数，左侧为四个单位的负电荷，右侧为十个单位的负电荷，结合反应前“碱浸”的步骤确定溶液所处的环境为碱性条件，补充方程式为：6OH-+3AsO2-+ ClO3-—3AsO43-+ Cl-。最后计算反应前后各原子数目，据此在方程的右侧补上三个水分子，从而完成离子方程式的书写：6OH-+3AsO2-+ ClO3-=3AsO43-+ Cl-+3H2O。借助典型例題引导学生自主分析，再结合教师的讲解，使学生认识到陌生情境下氧化还原反应离子方程式书写存在着程序性的步骤和方法，初步感知方程书写的思维模型，为后续思维模型的建构奠定基础。

二、提炼解题思路，建构思维模型

著名科学家钱学森先生说：“模型就是通过对问题现象的分解，利用我们考虑得来的原理吸收一切主要的因素，略去一切不主要的因素，所创造出来的一幅图画……”思维模型是理性思维的结晶，其本质是一种最简化的图形。借助模型建构明确思维的方向，并将较小的知识模块进行整合优化，形成切实可行的操作方法，用最简的模块规律去解决各种各样的问题。

在剖析典型例题的基础上引导学生自主梳理、思考、归纳陌生情境下氧化还原反应离子方程式的书写规律。

1.找变价、写四物——基础

根据题干的信息，列出反应前后所存在的微粒，并结合微粒中元素的价态特点找出变价元素，进而确定方程式中的氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物。

2.标升降、乘系数——关键

根据化合价升降守恒，标出反应物和生成物中变价元素的化合价升降数目，乘上最小公倍数，实现反应过程中化合价升高的总数等于化合价降低的总数。

3.算电荷、补粒子——难点

根据电荷守恒，结合题干信息判断溶液所处的环境，补上相应的离子，从而实现反应前后的阴阳离子所带的电荷总数相等。

在离子方程式中补上相应离子时应遵守以下几个原则：

①酸性溶液中，H+可做反应物也可做生成物，但不可出现OH-。

②碱性溶液中，OH-可做反应物也可做生成物，但不可出现H+。

③中性溶液中，OH-、H+不做反应物但可以是生成物。

④H2O可以在任意溶液的配平过程中灵活使用。

4.据守恒、定方程——保证

根据元素守恒，再次配平方程式，实现反应前后各元素的原子数目相同。

在教学过程中，让学生自主建构思维模型，有助于学生理解氧化还原反应的核心概念，掌握核心知识，增强探究能力，提高解题的正确率和速度，提升思维品质。

三、巧设课堂训练，完善思维模型

思维模型建构的目的在于，借助建构过程抓住事物的本质特征，建立解决问题的方案。对此，应借助相关练习实现模型应用，在实际的操作过程中对模型进行检验、调整和完善，提炼出能反映问题本质的模型，以普遍适用于相似问题情境，解决一类相似的问题。

【练习1】（节选）氯化亚铜（CuCl）广泛应用于化工、印染、电镀等行业。CuCl难溶于醇和水，可溶于氯离子浓度较大的体系，在潮湿空气中易水解氧化。以海绵铜（主要成分是Cu和少量CuO）为原料，采用硝酸铵氧化分解技术生产CuCl的工艺过程如下：

（2）写出步骤③中主要反应的离子方程式：

。

根据已有思维模型先分析题干信息和流程图，确定反应的氧化剂为Cu2+，还原剂为SO32-，根据“回收硫酸铵”确定氧化产物为SO42-，根据烘干所得确定还原产物为CuCl，接着通过化合价的升降守恒配上相应的计量系数。此时如果学生利用电荷守恒进行配平则较难准确书写出反应的离子方程式，这是由于还原产物为CuCl，对比反应前后可知反应前缺少氯元素，因此在利用电荷守恒配平前应先根据元素守恒补上两个氯离子，而后才可通过电荷守恒结合溶液所处环境补上相应的粒子，最后根据元素守恒完成方程式的配平。虽然练习1中溶液所处的环境为酸性，但是方程式中氢离子并不是反应物而是生成物，同样的，若溶液为碱性环境，氢氧根离子也不一定是反应物，从而改变学生的定式思维。通过课堂训练可促进学生对思维模型进行相应的调整和完善，使它适用于不同情境下氧化还原反应离子方程式的书写。因此，任何一个思维模型都有特定的使用对象，结合相应的条件适当调整模型是模型应用的关键。

四、细研高考真题，巩固思维模型

思维模型建构不能仅仅停留在模型本身结构和性质的探索上，而应通过建构得出合理的思维模型，使学生的知识和能力得到巩固和提升，促进学生学科思维的发展。教师在思维模型建构的基础上精选出具有代表性和针对性的练习题，训练强化学生观察、比较、分析、归纳等思维方法，使学生加深对思维模型的理解和应用。

（2）写出第二次氧化时发生反应的离子方程式：                                                                     。

練习2与例题相同，目的是让学生再次厘清知识线索，明确解题方法和步骤，规范执行细节和注意事项，帮助学生理解和内化氧化还原反应离子方程式的书写模型，提高运用模型快速、准确、有效解决相关问题的能力。练习3中氧化过程的反应物和生成物都是已知的，本题的难点是反应物OCN-中各元素化合价的判断，根据题中“HCN、HOCN中N元素的化合价相同”并结合CN-的结构和电负性强弱判断氮元素化合价为-3价，进而确定OCN-中N、O、C三种元素的化合价。可见，运用思维模型书写离子方程式，可突破离子方程式书写的难点，提升思维广度。通过针对性练习，有助于学生形成对陌生情境下氧化还原反应离子方程式书写的深刻理解，即“为理解而学习”。

思维模型的建构和运用既是化学教学的重要目标，又是理性思维的有效载体。在高三化学复习过程中，教师应引导学生进行思维模型的建构，使学生掌握解决问题的程序性知识，获得解决问题的“支架”，形成清晰的思路和优化的思维，从而使高三复习跳出题海战术的误区，提高复习的质量，让复习备考事半功倍。

[  参   考   文   献  ]

[1]  朱圣辉.思维模型在解决电化学问题中的应用[J].化学教学，2016（5）：87-90.

[2]  黄海云.利用“模型法”突破工艺流程图题[J].化学教学，2015（1）：84-86.

[3]  岳庆先.基于思维导图的问题解决思维模型的建构：以电解质图像问题为例[J].化学教育，2018（4）：81-86.

[4]  陆军.化学教学中引领学生模型认知的思考与探索[J].化学教学，2017（9）：19-23.

[5]  顾建辛.关于化学核心素养培育的微观思考：原电池教学中的“证据推理与模型认知”[J].化学教学，2017（11）：34-38.

[6]  何彩霞.以化学观念为统领设计教学活动：对“弱电解质的电离”教学课例的再研究[J].化学教育，2013（1）：16-18.

（责任编辑 罗   艳）