模型 魔性——刍议从抽象到具体的模型思想

马 炜

(江苏省宜兴市阳羡高级中学 214200)

高中化学要求培养学生的基础知识和基本技能，更要求培养“认识科学方法对化学研究的作用”.化学核心素养的一个重要维度就是模型认知，运用模型思想可以使抽象概念具体化，深奥理论通俗化，形象展示教学内容，明晰现象背后的原理、规律.可见建模思想不仅是化学学科的内在要求，更是新时期由“知识取向”向“能力取向”的必然要求.在新高考模式下化学日渐边缘化，建模教学有利于提高学生的认知分析能力，简化解题方法，提高效率，更好地培养化学学科核心素养.

一、高中化学模型的内涵

化学模型是在获得感性认识的基础上，以理想化的思维方法实现知识向现实问题的迁移，对化学事实进行近似、形象和整体的描述，从感性认识上升为理性认识，进而揭示其本质和规律.模型一般分为物质模型和思想模型两大类.物质模型是依据常规认知的狭义概念，以实物呈现或根据实物几何外形进行成比例地扩大或缩小，如标本、药品、堆积模型、比例模型和球棍模型等，还可根据具体情况自制创新.思想模型是依据研究的特定目的，在一定的假设条件下，再现原型客体的结构、功能、属性、关系、过程等本质特征的物质形式或思维形式，如概念公式化、图表化、化学平衡模型、反应系统模型等.这些处于非物质形态，是人与原型客体之间的中介.以理想化的思维方法对化学事实进行近似、形象和整体的描述，进而揭示其本质和规律.

二、高中化学模型的运用

“授人以鱼不如授人以渔”，教师不仅要传授学科知识，更要传授思考方法.模型思想正是这种实践的有效途径，下面就模型思想在几个方面的作用加以讨论.

1.基本概念——立足现实生活，概念联想迁移

自然科学中的概念，是人类研究客观事物，对本质特点的归纳概括，高度抽象.在概念学习中，可以将模型思想与形象事物联系起来，架构课本抽象概念和现实的桥梁，将枯燥晦涩的知识简单化，深刻理解核心概念.

【建模活动1】必修1“物质的量”，从初中以质量为中心跳跃到高中以物质的量为中心进行计算，学生对物质的量及其单位摩尔不知所云，甚至高一一整年都是夹生饭，直接影响科学素养发展.在教学过程中可适当引进单位类比的模型思想.平时生活中12瓶饮料为1箱，如果要买36瓶饮料，只需说3箱就可以了，大大简化了数字，原因就在于单位由“瓶”转化为“箱”.物质的量及其单位摩尔，又何尝不是呢？ 6.02×1023数值太大，用起来很不方便，若将单位转化为摩尔，数值直接变为1，计算简洁明了.

这种模型是现实世界的缩小版，能表征化学概念的核心，能帮助学生更好地理解掌握.

2.化学理论——自制模型探究，培养创新思维

化学基础理论是人们从实践中概括出来的关于化学知识的系统性的规律和结论.通常具有高度的理论性，学生较难形成知识系统.例如离子反应贯穿高一化学始终，但哪些离子真正进行反应，课本图片功能有局限性，学生也缺乏感性认识.为了培养学生的微粒观，可自制开发新的模型.选用两种颜色的圆形磁性卡片模拟化学物质，方法如下：将A4大小、彩色磁性卡片剪成两种直径不同的圆形卡片(如一元和五角硬币大小)，用来模拟阴阳离子；而将A4大小、白色磁性卡片作为反应容器(烧杯).

在整个建模过程中，教师启发指引，学生小组合作，创造实际情景，将模型认知和体验式教学结合在一起，通过微观想象模拟反应过程，在潜移默化中掌握了“宏观-微观-符号”的科学方法.化学模型是思维的产物，为了帮助学生理解抽象理论，可以从简单的问题开始创造情景，循序渐进理解复杂理论.这个过程也符合化学学科核心素养所提倡的情境化教学模式，有助于落实核心素养的培养.

3.反应原理——无形化为具体，具体解决无形

高二选修《化学反应原理》中的化学平衡移动，是高考常见题型，但比直观的化学反应更抽象，学生难以处理.在习题讲评中，帮助学生建立模型，大胆模仿应用，问题迎刃而解.

【建模活动3】(2015江苏卷第15题)一定温度下，在3个体积均为1.0 L的恒容密闭容器中反应

达到平衡，本题B选项：达到平衡时，容器Ⅰ中反应物转化率比容器Ⅱ中的大.

观察表格，可以发现起始投料Ⅱ是Ⅰ的2倍，若将Ⅱ容器体积放大至Ⅰ容器的2倍(虚拟容器法)，两者建立“等效平衡”.但事实上Ⅰ、Ⅱ容器体积相等，将放大后的Ⅱ容器压缩至与Ⅰ容器体积相同，即加压，平衡正向(气体体积减小的方向)移动，达到平衡时，Ⅱ中反应物转化率比Ⅰ大，故B错.

容器温度/K物质的起始浓度/mol·L-1物质的平衡浓度/mol·L-1c(H2)c(CO)c(CH3OH)c(CH3OH)Ⅰ4000.200.1000.080Ⅱ4000.400.200Ⅲ500000.100.025

类似于容器Ⅰ、Ⅱ的投料，简称倍投问题，Ⅱ、Ⅲ相比也是，均可用上述建模思想来分析.学生在分析过程中，归纳出平衡结果与建立过程无关，结合等效平衡思想，将复杂问题转化为简单思想模型，提高解题效率.

4.物质结构——融合立体几何，高效数形结合

2008年以来，江苏卷第21题(物质结构)多次出现晶胞计算.晶体结构与空间立体构型紧密相关，复杂抽象，空间想象能力不佳的学生感到非常迷茫.在这部分教学过程中，建模思想的作用体现得淋漓尽致.

三棱柱、六棱柱晶胞，比立方体晶胞更复杂一些，需要更强的立体空间想象能力，但也可以用均摊法进行计算.

综上所述，无论是物质模型或者思想模型，在高中化学教学中的作用十分重大.教师也加深了对于模型思想的理解，将其渗透到教学内涵中，有利于培养学生的思维能力，构建学科知识体系；提高学习效率和解题正确率，增强了学习兴趣和自信心.最终更深刻地掌握化学知识，真正建立科学理念.