建模思想在高中化学解题中的应用

罗伟

摘  要：建模思想在理科类的学习中经常体现，在化学学习中利用建模思想本质上是为了更好地锻炼学生的抽象概括能力，让化学反应、原子核外电子排布、共价键、晶体结构等模型更加清晰化，促使学生更轻松、更乐意去学习化学。教师应当在学生学习化学的过程中提供帮助，通过建模思想指导他们建立化学模型，在具体化学例题中通过建模应用为学生提供更好的学习指引。文章就建模思想在高中化学解题中的应用进行探讨分析，希望能够给广大教育工作者提供有效的建议。

关键词：建模思想；高中化学；解题应用

一、建模思想在高中化学解题过程中的模型应用

（一）构建概念图模型

在学习的过程中，如果能够将图形与题目相结合，做到概念图、网络图与试题的知识对比处理，能够更快、更容易找到各个知识的关联。在解化学方程式的各个物质量时，通过概念图的模型能够明确地了解元素之间的关联，通过这种关联学生对性质、结构就会有更大的把握，确保做题时不会出现畏惧的心理。

【例题1】 化学与生活密切相关，下列叙述错误的是（    ）

A. 高纯硅可制作光感电池

B. 铝合金大量用于高铁建设

C. 活性炭具有除异味和杀菌作用

D. 碘酒可用于皮肤外用消毒

这道题选择C项。如果能够将图形建模铭记在心，则在这道题出现时每个选项都会有相关具体解释。因为硅是半导体，而半导体是能够制作光感电池的，所以A选项是符合的；铝合金由于硬度大且力学性能较高，不仅在高铁建设中较为常见，在航运行业、金属包装、交通运输都有它的存在，所以B选项符合；活性炭的性质是吸附性强，能够很好地消除异味，但细菌和病毒是活性物质，并不会因为被吸附致死，所以它并不能杀菌消毒；而碘酒能够让蛋白质变性，通过将病毒的蛋白质损坏使其死亡，所以能够用于皮肤消毒。

学生在解题过程中运用概念图会让问题变得不再复杂，理清做题思路的同时还能提升正确率。让化学难题在图形概念的加持下变得通俗易懂，通过提取关键因素让题目中的重点一目了然。不过概念图的熟练应用需要教师不断引导，将正确方法教给学生，通过课下提问或者课前演练对学生进行检查，让学生在练习中自觉养成图形建模的思想。

（二）构建差值法模型

差值法在化学反应的化学计算中较为常见。在量变中不仅仅是物质反应前后的质量，还有物质反应前后的热量，气体前后的体积、物质之间的间隔变化等。在这类变化中物质的差值存在可探寻的法则，通过规律能够发现其反应差值存在比例关系，将比例关系与实际理论知识结合，在较小的误差下利用化学建模方法对难题解答。在运用差值法时应分析题意，对化学反应前后的各个物质量进行严密的计算，确保每个数据都是对的，排除由于数据错误引起的误差。若各项数据之间无比例关系，则差值法便不能使用。

【例题2】 将MnO2占a%的KClO3与MnO2的混合物取出，加热MnO2，设质量为m，由于KClO3分解时部分未完全消除，所以MnO2在固体混合物发生改变，其质量分数有所增加，该分数升至b%，求生成O2的质量分数。

在计算该题的过程中由于氧气生成，反应前后都有固体的质量分数，始态量与终态量都能得到，所以通过求取固体的质量差便可计算出氧气的质量，m/a%-m/b%液体质量差值法即为氧气的质量分数。差值法在化学计算中较为广泛，在化学反应中，通过反应前后物质的变化进行相加减，在客观规律下进行计算不仅使化学难题中抽象化的步骤变得具体化，还能通过差值运算省去较多烦琐的运算步骤。

（三）构建化学方程式模型

化学方程式模型属于数学模型的一种，在化学的学习过程中，学生往往会根据最基础的化学方程式去选择物质之间的联系，根据这些联系找到各个物质中的变量，最后将物质反应的变量通过计算得出。在化学中，物质反应时的质变、量变都是有规律可循。若在解题时利用其中规律可让难题更加简便，利用化学方程式模型进行解题会让学生在理解物质变化的过程中更为生动形象，通过其中的化学规律推算出各个物质的含量。在进行解题的过程中一些质变、量变都能在化学方程式的模型中进行适当的标注，在标注中查看化学计量数据让学生在计算时不需要时刻铭记答题步骤。这在化学方程式中能够有很好的体现。

（四）构建极值法模型

极值法在数学建模中经常出现在难度偏高的题目中，学生在解题过程中会遇到棘手的难题，部分题目给定的条件较少，若按照正常解题思路去做会使得问题变得更加复杂，这时若能够利用数学建模中的极值法会使思路更加清晰。

【例题3】 在100ml的KOH溶液中通入2.24L的CO气体，将两种物质融合在一起完全反应，通过蒸馏的手段进行处理，在该阶段结束后得到6.4g白色固体，以此求KOH的溶液质量。

在对该问题解答时，倘若用正常的列方程式然后对每个步骤进行一步步的操作计算，KOH的质量结果很容易出现误差，若能够利用极值法进行计算，假设其KOH质量的最大值与最小值，然后再对其结果进行规律性推理就很容易计算出KOH溶液的质量。所以极值法在模型中对问题进行假设，通过提取关键因素让题目中的重点一目了然，让难以理解的题目变得更加简单。

二、化学解题思路模型在高中化学解题中的应用策略

（一）接受模仿法在高中化学解题中的应用策略

在化学学习中应用接受模仿法是较为常见的，如果教师在给出特定的解题思路后，学生仍不能完全理解题目，教师可以通过建立模型帮助学生解决较难的题目。班级内部学生的化学水平存在差异是一定的，在面对较难的题目时，部分学生会对其毫无头绪且无法下笔，这时就需要教师运用接受模仿法。通过提升学生的认知水平以及学生基础将学生化学考试成绩有一个质的提升。

比如，在化学教材中在学习晶体结构的過程中，有些学生对这些结构的想象力不够，很难建立起学习框架，因此没有足够的认知，学完就忘的可能性大。这个时候就可以通过接受模仿法让学生从模仿中更好地对晶体结构有了解并熟记于心。关于晶体结构主要分为四部分，分别为分子晶体、共价晶体、金属晶体、离子晶体，教师可以从熔沸点、硬度、溶解性等几个特性中去分析这些晶体结构的不同点，学生在模仿中可以接受教师生动形象的教育，观察晶体结构的教学。教师在平时的教学过程中尽可能地运用建模思想，累积科学规范的解题方式，让学生主动了解且学会总结归纳，使学生掌握晶体结构的主要意义。

（二）逐项分析法在高中化学解题中的应用策略

在化学解题过程中，选择题的比重较大，也是最能拉开学习化学成绩差距的题型，若学生能够对选择题中每个选项进行细致分析，且逐项分析化学试题，便会打下良好的化学学习基础。在每个选择题中对所有选项都进行逐个分析，定性分析其基本理论与物质性质。各项基础题中的题型都会掺杂容易出错的地方，出题人会经常利用这些具有迷惑性的选项进行相关设置。常见的知识点有有机化学性质分析、离子在游离状态是否会共存、元素性质与周期表位置是否有关等。

【例题4】 X、Y、Z、W、M五种短周期元素，X、W、Z、W在同一个周期内，Z、M的主族相同，X+M2-的电子层结构相同，晶体Y熔点在这五种单质中是最高的，硬度也是最大的。选项中正确的是（    ）

A. X、M只有X2M能够被组成化合物

B. W、Z、M元素在组成简单氢化物中其相对分子质量随顺序以此降低

C. 单质Y、Z、M在晶体组成上是同种类型

D. W、M的某些单质能够对水进行消毒

正确答案为B。题目中重点考察元素周期表，解题时应当运用逐项分析法对题型进行大致概括，首先利用元素周期律对五个元素的性质进行判断，从位置、结构、性质上逐个分析，得出其元素分别是Na、Si、S、Cl、O，然后再对其单质、化合物、晶体进行猜测取舍，最终确定正确答案。

实际教学中，部分学生对题目一知半解就开始对题目的选项进行分析。其实认真研读题目才是提升效率的重要手段，不应该盲目做题，要应敢于打破传统的化学式分析模型，将高中化学学习的相应知识巧妙地融合在解题中，对每个选项无论对错都要进行一个简单了解，在确保自己的结论是正确时再去排除，在理性逐项分析的过程中将难题解决。

（三）特例反驳法在高中化学解题中的应用策略

化学解题过程中对特例反驳法的应用较多，因为每个选择题中的选项都有正确成分在其中，如果学生在解化学难题的过程中能够将例子运用到参考项，可提升做题质量，加快学生做题效率。学生只需要在接触过的知识点中开辟新的途径，通过特例对各个选项进行排除，即使在选项中遇到不会的也能够通过排除法选中正确的答案。

【例题5】钠盐溶液中可能含有NO2-、SO42-、SO32-、CO3-、CL-、I-离子，取四份样品进行测定，溶液一中pH试纸测得pH大于7；溶液二加入HCL生成刺激性气体；溶液三加AgNO3产生白色沉淀与刺激性气体；溶液四加BaCl2溶液产生白色沉淀。测试中确定离子中只有NO2-、CO3-、Cl-离子存在，下列选项中只需完成哪几个测试即可完成实验（    ）

A. 一二四 B. 三四 C. 一三四 D. 二三

正确答案为B。如果把握好这道题的关键知识点，明确NO2-的检验是实验重点，运用特例将ACD三项排除，则很容易便可将这道题做对，学生需要做到熟练检验NO2-离子，通过其检验方法进行对其他选项的排除，通过练习将特例反驳法熟练掌握，加强重视相近实验现象的区别对待。

学生通过特例反驳法进行推理总结，不仅节省了做题时间，对化学的自主探究能力也是极大的提升，学生在自主建模过程中能够明确题目中的关键点，提升做题效率。

（四）概括归纳法在高中化学解题中的应用策略

概括归纳法在化学研究中被广泛使用，一些化学定理、规律、公式等都是通过概括归纳总结出来。从个别到一般，在化学解题中从特殊到普遍、从经验事实到事物内在规律性的各种题型都需要概括归纳，若在教学过程中学生对模型的结构没有细致的认知，或不能快速回答出对错就要引起教师注意了。如果学生能够在平时的解题过程中尽可能地运用建模思想，累积科学规范的解题方式，对所学知识主动了解且善于总结归纳，那么将能够掌握解答化学问题的思路，形成解题的规范化模型，从而尽可能地降低解题失误概率。教师需要通过不断变化的题目对学生进行针对性地设计，通过类型化的题目让学生对化学学习有一个整体的认识。一味地生搬硬套会使学生缺乏解题能力，应用模型所得出的结论也会在教师给出解释后快速遗忘。

三、建模教学应用于高中化学的反思

（一）以长远眼光对待建模教学

建模思想应用在高中化学解题的过程中不是一成不变的，其模型、思维结构、表达方式都在随着时代科技的改革而不断改变。建模结构随之变化时需要得到正确的引进，在引进时对其修正。因为模型的实质不仅仅是模型，它应当在检验与修正中得到发展，让学生与教师在建模教学的发展中共进步。

（二）不斷更新构建模型的化学软件

学生在学习的过程中普遍都是枯燥乏味的，尤其在数理化这类逻辑性较强的理科学科中，若在平时教学中对教学方法有所改善，通过建模软件让晶体模型、有机物结构、微观物质展现在PPT上，使动态的化学模型被学生学习吸收，则学生很难再会产生抗拒学习的心理想法，所以这就要求教师不应该原地踏步，而应打破传统教学方式，利用化学软件构建化学模型的同时引进更多的化学软件。

（三）建模教学在化学教学中的现实意义

现如今建模教育越来越受到国民的关注，它是新时代下的产物，对开展高中化学建模有一定现实意义：一是促进学生化学成绩的稳定提升；二是改变教育理念，将传统教学模式向建模教学方式转变；三是根据建模教学让学生增强化学学习兴趣的同时还增强了自信心。

参考文献：

［1］刘彦龙. 建模思想在高中化学解题中的应用［J］. 数理化解题研究，2021（13）：97-98.

［2］迟宇前. 例谈表格模型在高中化学计算中的应用［J］. 数理化解题研究，2021（22）：103-104.

［3］唐洁，陈迪妹，叶剑强. 建模教学在高中化学课堂中的应用——以“原电池工作原理”教学为例［J］. 中学教学参考，2021（20）：60-63.

［4］郭培玲. 模型解题法在高中化学课堂教学中的应用［J］. 新课程教学（电子版），2021（10）：120-121.

（责任编辑：郑  畅）