李秀珍

（福建省清華大學(xué)附屬中學(xué)福州學(xué)校 福建福州 350000）

引言

進(jìn)入高中階段，化學(xué)知識(shí)變得愈發(fā)繁雜，學(xué)生之所以認(rèn)為學(xué)習(xí)困難主要是因?yàn)楹茈y轉(zhuǎn)化成知識(shí)體系，若想實(shí)現(xiàn)知識(shí)的體系化與結(jié)構(gòu)化，化學(xué)教師應(yīng)基于核心素養(yǎng)培養(yǎng)要求，在課堂教學(xué)中輔助學(xué)生從多維度進(jìn)行建模，從而將無(wú)序的知識(shí)表面構(gòu)建為科學(xué)體系?？傊?，通過(guò)建模教學(xué)，一方面讓抽象的化學(xué)知識(shí)更加形象化，提高學(xué)生知識(shí)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，另一方面在教學(xué)中重視思維發(fā)展過(guò)程，增強(qiáng)學(xué)生理解化學(xué)知識(shí)的能力、化學(xué)建模能力，而通過(guò)模型開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)也可以提升整體教學(xué)質(zhì)量。

一、建模教學(xué)重要作用

1.化學(xué)知識(shí)更具結(jié)構(gòu)化，推動(dòng)學(xué)生思維發(fā)展

進(jìn)行建模教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)已經(jīng)掌握的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，解決新問(wèn)題，在此過(guò)程中整合原本碎片化的化學(xué)知識(shí)，依據(jù)形成的化學(xué)模型將新知識(shí)推導(dǎo)出來(lái)。雖然學(xué)生已具備的建模基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，可是在教學(xué)過(guò)程中憑借教師的科學(xué)引導(dǎo)，會(huì)大大激發(fā)其建模潛力。一方面學(xué)生能在模型建構(gòu)中主動(dòng)參與，另一方面和個(gè)人認(rèn)知規(guī)律相符。學(xué)生在新情境中找出并提出問(wèn)題，再進(jìn)行思維整合總結(jié)出個(gè)人想法，在和小組成員合作交流后將問(wèn)題妥善處理。學(xué)生在建模學(xué)習(xí)中，應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)模型加以不斷思考及完善，這樣不僅能提高學(xué)生的思維認(rèn)知能力，并且和化學(xué)核心素養(yǎng)培養(yǎng)要求相符[1]。

2.調(diào)動(dòng)學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)的積極性

教師在課堂中扮演“引導(dǎo)者”的角色，將學(xué)生的主體性凸顯出來(lái)，通過(guò)趣味的化學(xué)探究實(shí)驗(yàn)，利用思維建模及設(shè)計(jì)模型處理新問(wèn)題，因?yàn)閷W(xué)生作為主角，會(huì)擁有較高的課堂參與度?？傊?，建模教學(xué)通過(guò)問(wèn)題情境創(chuàng)設(shè)、趣味化學(xué)實(shí)驗(yàn)等方式能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的化學(xué)成績(jī)。

二、建模教學(xué)基本原則

化學(xué)模型以及化學(xué)建模屬于不同的兩個(gè)概念?；瘜W(xué)建模，主要指的是化學(xué)模型構(gòu)建的一個(gè)過(guò)程，至于化學(xué)模型則是思維化學(xué)建模的最后結(jié)果與主要目的，雙方之間的關(guān)系是密不可分的。而且建模過(guò)程較為復(fù)雜：（1）依據(jù)實(shí)際情境選擇研究的相關(guān)問(wèn)題；（2）設(shè)定假設(shè)；（3）依據(jù)“抓主放次”原則建立初步的化學(xué)模型；（4）依托實(shí)踐檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?，尋找其中的不足之處；?）進(jìn)一步修改構(gòu)建的化學(xué)模型并加以檢驗(yàn)；（6）建立最合適的模型?；诖?，化學(xué)建模為按照現(xiàn)實(shí)需求及科學(xué)方法，構(gòu)建將原型結(jié)構(gòu)、特征等進(jìn)行清晰表征的過(guò)程[2]。進(jìn)行化學(xué)建模教學(xué)，不僅能增強(qiáng)學(xué)生建模能力，還能提高信息處理、問(wèn)題分析等多方面能力和化學(xué)核心素養(yǎng)。教學(xué)基本原則如下：

1.原型和模型之間的相似性

依據(jù)教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建模型，需盡可能確保原型與模型的相似性，旨在使學(xué)生看到模型后進(jìn)行自我思考及推理。雖然模型具備抽象性，可抽象應(yīng)將原型作為基礎(chǔ)，若是和原型存在較大差距，學(xué)生不僅無(wú)法理解而且也會(huì)喪失建模教學(xué)的本有價(jià)值。

2.以生為主

“以生為主”是化學(xué)建模教學(xué)的主要特征，化學(xué)模型發(fā)揮“中介”作用幫助學(xué)生掌握化學(xué)本質(zhì)。由此，開(kāi)展化學(xué)建模教學(xué)“以生為主”是第一原則。這一原則要求教師在建模教學(xué)過(guò)程中，不要采取“灌輸式”教學(xué)模式，而需按照教學(xué)內(nèi)容做好化學(xué)模型的設(shè)計(jì)，正式課堂教學(xué)中讓學(xué)生思考探索這一模型，通過(guò)教師的講解，輔助學(xué)生更為深入地掌握化學(xué)原型。

3.模型具備條件性

在條件不同情況下的化學(xué)物質(zhì)，比如酸堿性、壓強(qiáng)等相關(guān)條件，有可能致使化學(xué)物質(zhì)的反應(yīng)、結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，可由于模型屬于高度抽象的原型體現(xiàn)形式，所以應(yīng)用模型應(yīng)滿足一定條件，基于化學(xué)反應(yīng)、物質(zhì)處在不同條件，應(yīng)使用不同的化學(xué)模型。基于此，建模教學(xué)過(guò)程中必須依據(jù)條件性原則，按照化學(xué)實(shí)驗(yàn)條件構(gòu)建針對(duì)性的化學(xué)模型，切忌一概而論，否則不利于學(xué)生掌握相關(guān)知識(shí)、增強(qiáng)化學(xué)建模能力、提高核心素養(yǎng)。

三、建模教學(xué)相關(guān)策略

1.簡(jiǎn)化模型輔助模型的理解及使用

關(guān)于模型，其屬于針對(duì)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的簡(jiǎn)化抽象，可以將研究對(duì)象的共性及本質(zhì)準(zhǔn)確、直觀反映，避免其中非本質(zhì)及次要因素。因?yàn)樗龅降幕瘜W(xué)問(wèn)題多數(shù)類似于“理想模型”，由此便能將問(wèn)題作為理想模型進(jìn)行處理，進(jìn)而最大程度簡(jiǎn)化問(wèn)題難度，快速找到問(wèn)題的處理思路以及方法[3]。

2.通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究輔助構(gòu)建化學(xué)模型

針對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)而言，無(wú)論對(duì)掌握化學(xué)知識(shí)還是提高科學(xué)素養(yǎng)，均發(fā)揮十分關(guān)鍵的作用，讓學(xué)生體驗(yàn)到物質(zhì)本有性質(zhì)。所謂實(shí)驗(yàn)探究，主要是學(xué)生親身經(jīng)歷探究知識(shí)的一個(gè)過(guò)程，讓其依據(jù)已掌握的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，建立處理問(wèn)題所需的思維模型。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究幫助學(xué)生更為扎實(shí)掌握物質(zhì)有關(guān)性質(zhì)，一方面提高教學(xué)效率，另一方面調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)興趣。

3.分析問(wèn)題、解題推理，構(gòu)建解題模型

通常利用建模思想處理化學(xué)問(wèn)題，即把化學(xué)問(wèn)題建立成概念、數(shù)學(xué)或者是物理關(guān)系，化學(xué)教學(xué)過(guò)程中建模思想的應(yīng)用范圍十分廣泛，例如某個(gè)規(guī)律、方程式、反應(yīng)類型等均可以稱之為思想模型。日常教學(xué)中，教師要著重引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)建模思想進(jìn)行問(wèn)題分析以及推理解題，能夠使學(xué)生建立和該題型相似的解題模型，再次面對(duì)相似題型時(shí)，能及時(shí)歸入到已經(jīng)形成的思維模型，進(jìn)而提高解題效率及正確率[4]。

四、教學(xué)案例分析

現(xiàn)階段，很多學(xué)生認(rèn)為高中化學(xué)學(xué)習(xí)難度較大，此類問(wèn)題發(fā)生的多數(shù)原因?yàn)槲茨苷J(rèn)識(shí)到化學(xué)核心素養(yǎng)培養(yǎng)的重要性，僅對(duì)理論知識(shí)機(jī)械化輸出，忽視了學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)需求及學(xué)習(xí)進(jìn)度，導(dǎo)致其缺乏學(xué)習(xí)的自主性；另外，在化學(xué)課堂教學(xué)中，部分教師缺少必要的建模能力，致使教學(xué)內(nèi)容相對(duì)混亂，一方面教學(xué)效率難以提高，另一方面不利于化學(xué)核心素養(yǎng)的夯實(shí)。基于核心素養(yǎng)培養(yǎng)要求，在傳授化學(xué)知識(shí)的同時(shí)，還應(yīng)教會(huì)其處理化學(xué)問(wèn)題的方法和思路，通過(guò)建模能力引導(dǎo)其更好地掌握所學(xué)知識(shí)，達(dá)到學(xué)以致用的效果。接下來(lái)，本文將以“有效碰撞理論”與“原電池”為例，對(duì)建模教學(xué)策略加以分析。

1.有效碰撞理論

主要教學(xué)目標(biāo)為，通過(guò)假設(shè)猜想這一反應(yīng)歷程，用于邏輯推理以及發(fā)散思維能力的發(fā)展，讓學(xué)生針對(duì)反應(yīng)歷程構(gòu)建起一個(gè)先驗(yàn)?zāi)Ｐ?；進(jìn)行材料分析、學(xué)習(xí)小組討論等推理證據(jù)，逐漸修正先驗(yàn)?zāi)Ｐ陀纱藰?gòu)建起理論模型；分析材料并以理論模型給出合理解釋，了解化學(xué)反應(yīng)速率會(huì)受到基元反應(yīng)活化能帶來(lái)的影響[5]。

第一，教師可以為學(xué)生創(chuàng)設(shè)如下問(wèn)題情境：在常壓常溫條件下，氫氣和氧氣混合難以觀察到反應(yīng)現(xiàn)象，但將其點(diǎn)燃能夠生成水，而且添加催化劑有可能引發(fā)爆炸。同時(shí)給學(xué)生拋出幾個(gè)思考問(wèn)題：（1）化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中氧氣和氫氣分子如何進(jìn)行原子重組？（2）所需條件有哪些？讓學(xué)生以小組為單位進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，例如在容器內(nèi)氫氣和氧氣分子相互接觸，可是因?yàn)槟芰坎怀渥銦o(wú)法反應(yīng)，接受外界能量之后斷掉分子之間舊鍵，并且生成新鍵，得以未完成反應(yīng)。根據(jù)學(xué)生提出的模型，教師應(yīng)提供相應(yīng)的材料引導(dǎo)學(xué)生分析，再由證據(jù)推理對(duì)模型進(jìn)行修正。

第二，模型修正。第一份材料支持。（1）資料：分子當(dāng)中的能量速度和分布圖；（2）資料：各種氣體在標(biāo)準(zhǔn)條件下，平均碰撞頻率為109S-1，即1s內(nèi)1個(gè)分子和其他分子進(jìn)行1億次碰撞。學(xué)生結(jié)合教師提供的素材實(shí)施小組討論以及組際分享：首先，溫度在相同情況下，分子之間因?yàn)椴煌倪\(yùn)動(dòng)速度自然能量也不同，越高能量會(huì)有更大速度；其次，分子之間發(fā)生頻繁碰撞，其是發(fā)生反應(yīng)的基礎(chǔ)前提。第二份材料支持。（3）資料：已知2HI=H2+I2濃度是10-3mol/L的HI氣體，973k時(shí)分子碰撞速度在3.5×1028L-1.S-1左右，如果每一次分子發(fā)生碰撞均能反應(yīng)，那么反應(yīng)速率5.8×104mol/L.S，可是具體速度是1.2×10-8mol/L.S。

依據(jù)對(duì)資料進(jìn)行分析，會(huì)有學(xué)生提出現(xiàn)有論點(diǎn)的補(bǔ)充與駁斥，即并非每次碰撞均有反應(yīng)發(fā)生，并且反應(yīng)要求碰撞和能量，至于碰撞要求方向。

第三，模型遷移。教師可以讓學(xué)生通過(guò)構(gòu)建的理論模型解決并解釋現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。（1）問(wèn)題：常規(guī)反應(yīng)的活化能范圍在60kJ/mol-250kJ/mol，如果活化能沒(méi)有超過(guò)40KJ，因?yàn)檩^快的反應(yīng)速率所以難以通過(guò)一般方法進(jìn)行測(cè)定，而超過(guò)400kJ，反應(yīng)速率相對(duì)較小。通過(guò)理論模型進(jìn)行數(shù)據(jù)及事實(shí)的解釋說(shuō)明，即反應(yīng)速率和活化能之間為直接關(guān)系，較小的活化能不涉及外界能量提供支持，得以快速發(fā)生反應(yīng)，因此部分反應(yīng)要求有條件誘發(fā)。（2）問(wèn)題：依據(jù)下表中反應(yīng)的鍵能和活化能數(shù)據(jù)，能說(shuō)明什么。

表1 問(wèn)題數(shù)據(jù)表

由此能說(shuō)明：首先，鍵能和活化能不是一個(gè)概念；其次，反應(yīng)存有中間態(tài)。另外，教師還可以提出一些拓展問(wèn)題，例如按照有效碰撞理論，如何改變條件和對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率進(jìn)行調(diào)控。旨在讓學(xué)生憑借這一理論模型進(jìn)行速率調(diào)控，加深了解化學(xué)模型。

2.原電池

第一，創(chuàng)設(shè)情境。組織學(xué)生對(duì)已經(jīng)掌握的相關(guān)原電池知識(shí)加以復(fù)習(xí)：置換反應(yīng)、電解質(zhì)以及正負(fù)極知識(shí)等，通過(guò)“板書(shū)+多媒體”的形式展示。

第二，拋出問(wèn)題。依據(jù)Zn+CuSO4=ZnSO4+Cu，構(gòu)建單液原電池模型。教師通過(guò)問(wèn)題驅(qū)動(dòng)模式，組織學(xué)生自主進(jìn)行化學(xué)建模，從而構(gòu)建相應(yīng)的圖像模型。

第三，建立模型。依據(jù)制定的計(jì)劃組織學(xué)生進(jìn)行合作式學(xué)習(xí)，依據(jù)學(xué)生設(shè)計(jì)的思路，畫(huà)出這一圖像模型。然后讓學(xué)生以小組為單位進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，根據(jù)圖像模型進(jìn)行原電池反應(yīng)模型的建立，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀察反應(yīng)現(xiàn)象，然后就相關(guān)現(xiàn)象進(jìn)行討論分析：（1）基于原電池持續(xù)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，電流表上面的顯示數(shù)值逐漸變??；（2）伴隨進(jìn)行的反應(yīng)，逐漸提高溶液溫度；（3）鋅片和銅片均發(fā)現(xiàn)有銅析出。

第四，分析模型。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒⒅螅ㄟ^(guò)問(wèn)題驅(qū)動(dòng)形式組織學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。?）原電池發(fā)生化學(xué)反應(yīng)以及現(xiàn)象是否和預(yù)想存在出入；（2）導(dǎo)致原電池反應(yīng)現(xiàn)象發(fā)生的原因是什么。第一個(gè)問(wèn)題學(xué)生提出：未能預(yù)測(cè)會(huì)提高溶液溫度；只要沒(méi)有停止化學(xué)反應(yīng)，則不會(huì)出現(xiàn)較大的電流表顯示數(shù)值起伏。第二個(gè)問(wèn)題學(xué)生提出：因?yàn)榱蛩徙~和鋅發(fā)生置換反應(yīng)，所以在鋅片和銅片上均會(huì)看到銅析出。另外，一些化學(xué)能在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中轉(zhuǎn)換成熱能，所以溶液會(huì)伴隨反應(yīng)發(fā)生提高溫度，基于持續(xù)進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)，鋅片和銅片均會(huì)被消耗，一直到其中一類物質(zhì)徹底被消耗才停止。

第五，完善模型?；瘜W(xué)教師再拋出一個(gè)問(wèn)題，即通過(guò)實(shí)驗(yàn)和圖像的形式進(jìn)行原電池模型構(gòu)建，其屬于單液原電池且其中存在一些缺陷，讓學(xué)生進(jìn)一步完善這一模型，在學(xué)生修正模型之后組織分析交流：針對(duì)雙液原電池而言，電極物質(zhì)與電解質(zhì)溶液具體是什么。學(xué)生依據(jù)提示加以完善，進(jìn)行雙液原電池的實(shí)驗(yàn)及圖像模型構(gòu)建，CuSO4與ZnSO4是電解質(zhì)，Cu片與Zn片為電極。總之，讓學(xué)生剖析單液原電池存在的不足，引導(dǎo)其完善模型并加以修正，依據(jù)已經(jīng)掌握的化學(xué)知識(shí)培養(yǎng)其創(chuàng)造性思維，一方面有利于學(xué)生深入理解知識(shí)，另一方面有利于化學(xué)核心素養(yǎng)的提升。除此之外，建模教學(xué)還能應(yīng)用在有機(jī)化學(xué)中。“官能團(tuán)”可以反映某類有機(jī)化合物所具備的共同特性[6]。通過(guò)進(jìn)行“官能團(tuán)”的建模教學(xué)，讓學(xué)生緊密聯(lián)系相對(duì)薄弱的有機(jī)化學(xué)知識(shí)，進(jìn)而達(dá)到夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)的目的。與此同時(shí)，學(xué)生也應(yīng)嘗試構(gòu)建每個(gè)官能團(tuán)的網(wǎng)絡(luò)示圖。通過(guò)學(xué)生自己構(gòu)建提高自身的知識(shí)素養(yǎng)。以羧基（—COOH）官能團(tuán)為例，選擇“乙酸”作為代表物質(zhì)，復(fù)習(xí)羧酸全部性質(zhì)且建立起知識(shí)網(wǎng)絡(luò)示圖。

結(jié)語(yǔ)

高中化學(xué)教師應(yīng)該與時(shí)俱進(jìn)且要樹(shù)立起終身學(xué)習(xí)理念。針對(duì)新事物、新方法和新理念應(yīng)不懈追求，汲取當(dāng)前有關(guān)化學(xué)建模教學(xué)的成功經(jīng)驗(yàn)，形成兼具自己教學(xué)風(fēng)格的模型建構(gòu)思維方法。教師在正式授課前需做好教學(xué)設(shè)計(jì)，針對(duì)學(xué)生化學(xué)建模能力的提高點(diǎn)全面把握，課堂教學(xué)中應(yīng)對(duì)學(xué)生加以科學(xué)引導(dǎo)，著重對(duì)其化學(xué)建模能力的培養(yǎng)，不僅會(huì)提高教師建模教學(xué)水平，還能強(qiáng)化學(xué)生的建模能力。