构建模型 解决问题——建模教学在高中化学课堂中的应用

张军贵

(甘肃省民乐县第一中学 734500)

新课标实施的理论基础主要是建构主义的多元智能理论与学习理论，大部分建构主义者表明学生是生活于社会当中的，由此可知，学生是带着经验步入教室的，因此，课堂教学需立足于学生的需求与兴趣，化学教师需将教学的重点置于强化学生的理解，而学习并非是教师将相关知识讲解给学生的过程，通常是学生对知识进行主动构建的过程.因此，化学教师在课堂教学时，需注重通过模型构建的形式，引导学生通过概念提炼、原理与公式的归纳，对知识创造的思维过程进行揭示，并通过模型构建促使学生学会科学观察，推断问题成因，最终通过推理获得知识产生的全过程，并促使学生形成应用化学知识解决化学问题的能力.

1 化学模型构建在化学教学中的作用

第一，有助于抽象问题具体化.化学模型的构建就是将抽象化化学问题具体化，通过图表、图画、计算机图像、实物模型等呈现出复杂事物或者过程的一种表现手段.同时，化学模型的构建还能使学生充分理解与掌握不能直接观察的事物或促使抽象的化学问题实现直观化.由于化学中包含着深刻的化学智慧，这就使学生无法做到直观理解，而将抽象问题直观具体化，这不仅有助于学生将复杂且无法把握的复杂问题转变成具体直观的问题进行思考，而且还能通过模型构建的思想进行问题解决，从而使学生实现高效解决问题.

第二，有助于化学知识的直观化.对于高中生而言，其已经具备了相应的自我思考与自我学习的能力，可以对已有的知识实施总结，并实现知识网络体系的构筑.高中化学的课堂教学中，建模思想的运用，通常能够使学生把晦涩、高深、抽象的化学知识以更为直观的形式呈现.在高中化学的传统化教学当中，化学教师通常会用到题海战术，想让学生对于全部题型都做到面面俱到，以致于学生面对所有题型的时候都不会惧怕.但这通常会严重影响到学生的学习效果.而通过化学模型的构建，学生可依据学习的化学知识实施总结，并与例题相结合，对相同类型的化学题实施归纳总结，从而实现少做、精做，举一反三的效果.

2 建模教学在高中化学课堂中的应用

2.1 基于工艺流程图的建模思维培养

高中化学的工艺流程图作为高考中的重点内容，其题目通常容量大、综合性强、知识点繁多，这不仅是对学生对于基础知识的掌握状况进行了考查，而且还对学生对于信息的归纳、分析与应用能力实施考查，并对学生的理论与实际相联系进行问题解决的能力进行了考查，这就对学生自身提出了较大的挑战.因此，在对化学的工艺流程相关内容开展教学时，化学教师可通过化学模型的构建，引导学生更好的认识相关化学知识.例如，“从铝土矿中冶炼铝”的工艺流程图开展教学时，化学教师可通过提纯铝土矿模型(如图1所示)，对工艺流程图实施分析.

图1

①原材料预处理：主要是从学生已知的知识作为出发，对金属冶炼的方法进行复习，因为氧化铝具有两性，因此，可通过酸处理，或是碱处理原材料，将氧化铝溶于溶液中，如常用的碱处理化学反应：用氢氧化钠处理

②化学除杂：通过过滤将铝土矿中不溶于NaOH的氧化铁等杂质除去，随后通入过量二氧化碳，与溶液中的NaAlO2发生反应：

生成氢氧化铝沉淀，再次过滤，得到相对纯净的氢氧化铝，③对氢氧化铝进行灼烧处理，得到氧化铝；④加冰晶石后熔融通电处理，电解氧化铝，得到铝单质.依据题目中所给出信息实施纯度计算，以此构建系统的工艺流程图的模型，经过该方法解决相关问题，通常能够使学生在日后面对相关问题时更得心应手.因此，最后可以构建完整的铝土矿提取铝的流程模型(如图2所示).

图2

2.2 基于实验建模的问题解决能力提高

化学作为以实验为研究的一门科学，基于此，在高中阶段的化学教学当中，可通过实验教学指导学生进行化学问题实施探究，并在实验中引导学生明确其学习与实验的目标，以此为接下来的问题探索提供方向.第一，提供给学生相应的化学概念框架，该概念框架通常需和学生的学习状况相接近；第二，将学生引入到问题探索的情境，经过构建化学模型，强化学生对于问题的分析与解决能力.例如，对“合成材料”进行教学时，由于学生已掌握到金属材料、非金属材料等相关知识，对不同高分子材料进行识别的方法就是“最近发展区”.在进行实验教学中，教师可将羊毛织物与化纤织物都置于酒精灯上进行燃烧，让学生观察燃烧现象，并发现不同物体燃烧的区别.通过该环节，化学教师可引导学生准确描述出其自身的看法与看到的现象，然后，化学教师可接着提问，引导学生积极思考，比如“天然蚕丝与人造丝制作的原理都一样吗？”“你喜欢穿化纤衣服还是棉质衣服？”经过相关问题的提出，促使学生深入的了解到合成材料的相关知识，并促进学生解决化学问题能力提高.

2.3 基于习题训练精选的模型构建

模型构建通常在高中化学的教学当中有着重要影响，因此，需有意识地引导学生体会到模型构建在学习当中的重要影响，并强化对于学生模型构建与应用意识的培养.近些年，高考的试题中经常会以新背景、新材料的形式呈现，且题目也相对比较长，此时，就要求学生能够在短时间之内提取到有关信息，并通过自身已具备的知识实施模型构建，以实现化学问题的解决.因此，在化学教学当中，教师需引导学生进行化学模型构建，并在此基础上开展习题训练，这不仅能实现学生应用模型的能力提高，而且还能实现化学知识迁移的教学效果.例如，对“原电池方面的知识”开展教学时，教师可指导学生进行自主建模，并以典型的例题实施变式拓展，以促使学生能够以电池模型进行习题解答，并在问题解答后，对解题过程实施反思和总结.经过实践表明，经过习题训练，就能促进学生自身的思维能力提高，而非经过强记实现问题解决，从而优化学生解题的思维过程.如图3所示是学生自主构建的铜锌稀硫酸原电池模型.

图3

在构建原电池模型的时候，教师也可以对知识进行拓展，在装置中接入电源，这个时候原电池模型就会变成电解池模型(如图4所示).电解池与原电池的知识点不易区分，通过构建电解池模型更有利于学生触类旁通，灵活的运用模型思想进行具体问题的解决.

图4

例图5中，在盛有饱和NaCl溶液的U型管中分别插入铁棒和石墨棒，然后与电路连接，则以下分析正确的是( )

图5

A. 当开关K1或是K2闭合时，Na+均移向铁棒的一端

B. 当开关K1闭合，K2断开时，石墨棒附近滴入石蕊试剂，颜色呈蓝色

C. 当开关K2闭合，K1断开时，铁棒将被腐蚀

D. 当开关K2闭合，K1断开时，电路中通过0.4NA个电子时，两极共产生标况下4.48 L气体

诸如此类的例子还有很多，除了原电池、电解池问题，还有有机化学中的加成、加聚反应，过量少量问题的离子方程式的书写等等，都可以通过精选习题的训练构建模型，从而提高解题的效率和准确率.

综上所述，高中化学的教学当中，学生模型构建能力的培养，通常能够使学生自身的学习能力以及思维能力得到明显提升.因此，核心素养下，化学教师需注重培养学生自身的建模能力，通过相关模型的构建，促进学生知识体系的构建，强化学生问题的解决，从而使学生自身的综合素质得到有效提升.