林立豪

[摘? ?要]模型建構(gòu)是理性思維培養(yǎng)的有效載體，模型建構(gòu)過程就是理性思維的具體體現(xiàn)和落實過程。通過典型例題的剖析使學(xué)生感知思維模型，引導(dǎo)學(xué)生自主分析、歸納提煉出解題的思維模型，并進(jìn)行針對性練習(xí)以檢驗和調(diào)整思維模型，讓學(xué)生在實踐中不斷理解和完善思維模型，提升高三化學(xué)復(fù)習(xí)的質(zhì)量和效率。

[關(guān)鍵詞]思維模型;氧化還原反應(yīng);離子方程式;高三化學(xué)復(fù)習(xí)

[中圖分類號]? ?G633.8? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]? ?A? ? ? ? [文章編號]? ?1674-6058（2019）17-0066-03

化學(xué)教學(xué)的目標(biāo)是通過化學(xué)知識的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握相應(yīng)的知識技能，形成化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。高三復(fù)習(xí)階段，教師應(yīng)重視激發(fā)學(xué)生思維，引導(dǎo)學(xué)生深入理解所學(xué)知識，培養(yǎng)運用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力，實現(xiàn)知識的遷移和應(yīng)用，提升化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。但是，在教學(xué)實踐中會發(fā)現(xiàn)學(xué)生在復(fù)習(xí)之后并不能有效掌握和應(yīng)用所復(fù)習(xí)的知識，更不用說掌握方法和提升技能了。產(chǎn)生這些問題的主要原因是教師在教學(xué)過程中忽略對學(xué)生思維方法的指導(dǎo)，導(dǎo)致學(xué)生只是機械地掌握知識，沒有形成程序性和有效性的解決問題方法，當(dāng)遇到知識的遷移和應(yīng)用時往往無法精準(zhǔn)抓住問題的關(guān)鍵，也就無法厘清解決問題的思路，找不到解決問題的突破口。

教學(xué)實踐表明，思維模型的建構(gòu)能有效地提高高三化學(xué)復(fù)習(xí)的質(zhì)量和效率。理性思維是具有明確的思維指向和充分的思維依據(jù)，并建立在證據(jù)和邏輯基礎(chǔ)上的思維方式。模型是以客觀事實為依據(jù)建立起來的，是對事物及其變化所做的一種簡化描述或模擬。思維模型建構(gòu)是一種重要的科學(xué)研究方法，它是指學(xué)習(xí)者通過分析、推理、比較、歸納等方法認(rèn)識研究對象，由此建立思維模型并運用思維模型揭示問題的本質(zhì)和規(guī)律，從而解決相關(guān)問題。本文以“陌生情境下氧化還原反應(yīng)離子方程式的書寫”的復(fù)習(xí)課為例簡要闡述思維模型建構(gòu)在高三化學(xué)復(fù)習(xí)中的應(yīng)用。

一、剖析典型例題，感知思維模型

氧化還原反應(yīng)是化學(xué)的基本原理和核心概念，它是元素及其化合物學(xué)習(xí)的重要理論載體。在高考卷中有關(guān)氧化還原反應(yīng)離子方程式書寫的試題涉及的情境陌生度較大，加之學(xué)生沒有掌握正確的思維方法，對題干信息的閱讀和提取能力欠缺，對此類題目常無從下手，錯誤率較高。高三復(fù)習(xí)過程中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生在已有知識的基礎(chǔ)上通過思維模型建構(gòu)強化對氧化還原反應(yīng)的認(rèn)識、理解和應(yīng)用。

【例題】和硅同一主族的鍺也是重要的半導(dǎo)體材料，鍺應(yīng)用于航空航天測控、光纖通訊等領(lǐng)域。一種提純二氧化鍺粗品（主要含GeO2、As2O3）的工藝如下：

“氧化除砷”的過程是將NaAsO2氧化為Na3AsO4，其反應(yīng)的離子方程式為： 。

本題是氧化還原反應(yīng)離子方程式書寫的典型例題，這類題目大多以化學(xué)工藝流程為載體，要求學(xué)生從流程圖中獲取信息、整合有效信息，進(jìn)而分析和解決問題。由問題可知“氧化除砷”過程中AsO2-轉(zhuǎn)化為AsO43-，其中砷元素化合價升高作為還原劑，在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生分析題干信息，獲知“氧化除砷”反應(yīng)前還存在Na+、ClO3-、OH-，結(jié)合微粒的性質(zhì)分析可得ClO3-作為反應(yīng)的氧化劑，反應(yīng)產(chǎn)物為Cl-，初步的離子方程式為：AsO2-+ ClO3-—AsO43-+Cl-。緊接著讓學(xué)生分析反應(yīng)前后元素化合價的升降數(shù)量，給各微粒標(biāo)上相應(yīng)的計量系數(shù)：3AsO2-+ ClO3-—3AsO43-+ Cl-。而后分析反應(yīng)前后陰陽離子所帶的電荷總數(shù)，左側(cè)為四個單位的負(fù)電荷，右側(cè)為十個單位的負(fù)電荷，結(jié)合反應(yīng)前“堿浸”的步驟確定溶液所處的環(huán)境為堿性條件，補充方程式為：6OH-+3AsO2-+ ClO3-—3AsO43-+ Cl-。最后計算反應(yīng)前后各原子數(shù)目，據(jù)此在方程的右側(cè)補上三個水分子，從而完成離子方程式的書寫：6OH-+3AsO2-+ ClO3-=3AsO43-+ Cl-+3H2O。借助典型例題引導(dǎo)學(xué)生自主分析，再結(jié)合教師的講解，使學(xué)生認(rèn)識到陌生情境下氧化還原反應(yīng)離子方程式書寫存在著程序性的步驟和方法，初步感知方程書寫的思維模型，為后續(xù)思維模型的建構(gòu)奠定基礎(chǔ)。

二、提煉解題思路，建構(gòu)思維模型

著名科學(xué)家錢學(xué)森先生說：“模型就是通過對問題現(xiàn)象的分解，利用我們考慮得來的原理吸收一切主要的因素，略去一切不主要的因素，所創(chuàng)造出來的一幅圖畫……”思維模型是理性思維的結(jié)晶，其本質(zhì)是一種最簡化的圖形。借助模型建構(gòu)明確思維的方向，并將較小的知識模塊進(jìn)行整合優(yōu)化，形成切實可行的操作方法，用最簡的模塊規(guī)律去解決各種各樣的問題。

在剖析典型例題的基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生自主梳理、思考、歸納陌生情境下氧化還原反應(yīng)離子方程式的書寫規(guī)律。

1.找變價、寫四物——基礎(chǔ)

根據(jù)題干的信息，列出反應(yīng)前后所存在的微粒，并結(jié)合微粒中元素的價態(tài)特點找出變價元素，進(jìn)而確定方程式中的氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物。

2.標(biāo)升降、乘系數(shù)——關(guān)鍵

根據(jù)化合價升降守恒，標(biāo)出反應(yīng)物和生成物中變價元素的化合價升降數(shù)目，乘上最小公倍數(shù)，實現(xiàn)反應(yīng)過程中化合價升高的總數(shù)等于化合價降低的總數(shù)。

3.算電荷、補粒子——難點

根據(jù)電荷守恒，結(jié)合題干信息判斷溶液所處的環(huán)境，補上相應(yīng)的離子，從而實現(xiàn)反應(yīng)前后的陰陽離子所帶的電荷總數(shù)相等。

在離子方程式中補上相應(yīng)離子時應(yīng)遵守以下幾個原則：

①酸性溶液中，H+可做反應(yīng)物也可做生成物，但不可出現(xiàn)OH-。

②堿性溶液中，OH-可做反應(yīng)物也可做生成物，但不可出現(xiàn)H+。

③中性溶液中，OH-、H+不做反應(yīng)物但可以是生成物。

④H2O可以在任意溶液的配平過程中靈活使用。

4.據(jù)守恒、定方程——保證

根據(jù)元素守恒，再次配平方程式，實現(xiàn)反應(yīng)前后各元素的原子數(shù)目相同。

在教學(xué)過程中，讓學(xué)生自主建構(gòu)思維模型，有助于學(xué)生理解氧化還原反應(yīng)的核心概念，掌握核心知識，增強探究能力，提高解題的正確率和速度，提升思維品質(zhì)。

三、巧設(shè)課堂訓(xùn)練，完善思維模型

思維模型建構(gòu)的目的在于，借助建構(gòu)過程抓住事物的本質(zhì)特征，建立解決問題的方案。對此，應(yīng)借助相關(guān)練習(xí)實現(xiàn)模型應(yīng)用，在實際的操作過程中對模型進(jìn)行檢驗、調(diào)整和完善，提煉出能反映問題本質(zhì)的模型，以普遍適用于相似問題情境，解決一類相似的問題。

【練習(xí)1】（節(jié)選）氯化亞銅（CuCl）廣泛應(yīng)用于化工、印染、電鍍等行業(yè)。CuCl難溶于醇和水，可溶于氯離子濃度較大的體系，在潮濕空氣中易水解氧化。以海綿銅（主要成分是Cu和少量CuO）為原料，采用硝酸銨氧化分解技術(shù)生產(chǎn)CuCl的工藝過程如下：

（2）寫出步驟③中主要反應(yīng)的離子方程式：

。

根據(jù)已有思維模型先分析題干信息和流程圖，確定反應(yīng)的氧化劑為Cu2+，還原劑為SO32-，根據(jù)“回收硫酸銨”確定氧化產(chǎn)物為SO42-，根據(jù)烘干所得確定還原產(chǎn)物為CuCl，接著通過化合價的升降守恒配上相應(yīng)的計量系數(shù)。此時如果學(xué)生利用電荷守恒進(jìn)行配平則較難準(zhǔn)確書寫出反應(yīng)的離子方程式，這是由于還原產(chǎn)物為CuCl，對比反應(yīng)前后可知反應(yīng)前缺少氯元素，因此在利用電荷守恒配平前應(yīng)先根據(jù)元素守恒補上兩個氯離子，而后才可通過電荷守恒結(jié)合溶液所處環(huán)境補上相應(yīng)的粒子，最后根據(jù)元素守恒完成方程式的配平。雖然練習(xí)1中溶液所處的環(huán)境為酸性，但是方程式中氫離子并不是反應(yīng)物而是生成物，同樣的，若溶液為堿性環(huán)境，氫氧根離子也不一定是反應(yīng)物，從而改變學(xué)生的定式思維。通過課堂訓(xùn)練可促進(jìn)學(xué)生對思維模型進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和完善，使它適用于不同情境下氧化還原反應(yīng)離子方程式的書寫。因此，任何一個思維模型都有特定的使用對象，結(jié)合相應(yīng)的條件適當(dāng)調(diào)整模型是模型應(yīng)用的關(guān)鍵。

四、細(xì)研高考真題，鞏固思維模型

思維模型建構(gòu)不能僅僅停留在模型本身結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的探索上，而應(yīng)通過建構(gòu)得出合理的思維模型，使學(xué)生的知識和能力得到鞏固和提升，促進(jìn)學(xué)生學(xué)科思維的發(fā)展。教師在思維模型建構(gòu)的基礎(chǔ)上精選出具有代表性和針對性的練習(xí)題，訓(xùn)練強化學(xué)生觀察、比較、分析、歸納等思維方法，使學(xué)生加深對思維模型的理解和應(yīng)用。

（2）寫出第二次氧化時發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?。

練習(xí)2與例題相同，目的是讓學(xué)生再次厘清知識線索，明確解題方法和步驟，規(guī)范執(zhí)行細(xì)節(jié)和注意事項，幫助學(xué)生理解和內(nèi)化氧化還原反應(yīng)離子方程式的書寫模型，提高運用模型快速、準(zhǔn)確、有效解決相關(guān)問題的能力。練習(xí)3中氧化過程的反應(yīng)物和生成物都是已知的，本題的難點是反應(yīng)物OCN-中各元素化合價的判斷，根據(jù)題中“HCN、HOCN中N元素的化合價相同”并結(jié)合CN-的結(jié)構(gòu)和電負(fù)性強弱判斷氮元素化合價為-3價，進(jìn)而確定OCN-中N、O、C三種元素的化合價?？梢姡\用思維模型書寫離子方程式，可突破離子方程式書寫的難點，提升思維廣度。通過針對性練習(xí)，有助于學(xué)生形成對陌生情境下氧化還原反應(yīng)離子方程式書寫的深刻理解，即“為理解而學(xué)習(xí)”。

思維模型的建構(gòu)和運用既是化學(xué)教學(xué)的重要目標(biāo)，又是理性思維的有效載體。在高三化學(xué)復(fù)習(xí)過程中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思維模型的建構(gòu)，使學(xué)生掌握解決問題的程序性知識，獲得解決問題的“支架”，形成清晰的思路和優(yōu)化的思維，從而使高三復(fù)習(xí)跳出題海戰(zhàn)術(shù)的誤區(qū)，提高復(fù)習(xí)的質(zhì)量，讓復(fù)習(xí)備考事半功倍。

[? 參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ]

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（責(zé)任編輯 羅? ?艷）