模型认知在有机推断问题解决中的应用

汪纪苗+周千红

摘要：无法构建有机推断的模型认知是有机推断问题解决中的难点。模型认知是对事物的理性认知，是学习化学的重要方法，在有机推断问题解决中具有重要作用。在有机问题解决中，存在题型分析模型、合成模型、推断模型等，通过实例说明这些模型的具体应用。

关键词：模型；模型认知；有机推断；问题解决

文章编号：1005-6629（2017）8-0076-05

中图分类号：G633.8

文献标识码：B

1有机推断问题解决的难点

问题解决是指由一定情境引起的按照一定目标、应用一定认知操作或技能活动，使问题得以解决的过程。有机推断问题解决是根据有机物间的衍变关系而设计的。这类问题通常以新药、新的染料中间体、新型有机材料等的合成作为载体，通过引入新的信息，组合多个化合物的反应合成具有指定结构的产物，从中引出相关的各类问题，如推断各有机物的结构和所含官能团、判断反应类型、考查化学方程式的书写、书写同分异构体、有机合成等。有机推断题将有机化学知识进行整合，对学生有机化学知识结构、知识水平、观察能力、分析能力、迁移能力、逻辑思维能力等进行综合考查，具有很好的区分度，是中学有机化学的热点及难点。

实践表明，高中学生在有机推断问题解决中存在对有机推断题逻辑结构缺乏整体的理解，习惯于运用片断、零碎、特征的有机知识和单向的思维方式进行推断，普遍缺乏有机推断的整体模型认知等问题，在遇到综合度高、题给信息多、思维深度大的有机推断题时往往束手无策，在遇到推断困境时又不能转换思维角度，导致有机推断问题不能得到解决。

如浙江省2016年10月选考第32题（见本文例题），学生在推断和解答时遇到的主要困难有：①根据常规的顺推和逆推方法推断出A、B或D，但无法推断出所有物质；②因同分异构知识基础不扎实，不能根据A、E、F属于同分异构体的信息推断出F的结构；③题给的转化信息无法经阅读理解并应用于试题中，不知如何下手，导致G的结构不能推断；④书写A的同分异构体时出现遗漏；⑤设计F的合成路线时，不能由试题的流程转化顺序和题给信息迁移于合成路线的设计，出现先还原硝基后氧化甲基的错误。造成这些困难的原因除了学生有机化学概念掌握多少及其知识结构化程度的高低外，更是因为在思维策略上没有构建有机推断的模型认知，解题时只见树木不见森林，推断时存在片面性和随机性，缺少思维的整体性、灵活性和发散性。

2模型认知在有机推断问题解决中的作用

2.1模型认知是对事物的理性认知

人们认识客观事物的过程，是由表及里，由现象到本质地反映客观事物特征与内在联系的心理活动。对事物的认知过程，总是在表象、细节知识和抽象知识之间的多次折返（图1）。在表象之上，是经由归纳抽象出来的经验、假设和模仿；在表象之下，是大量更加真实与繁密的细节性信息，反思和行动就成了这三者之间折返的桥梁。反思和行动越多，我们就越能从表象过渡到更多的抽象理念和具象事实我们认识了事实的真实本质以后，通过抽象的方法，以某种程度的类似再现另一个系统（原型）的系统，并且在认识过程中以它代替原物，依据其表现出来的某些本质特征，进行归纳，抽取其实质特征，建立相应的该原理模型，并在认知系统中进行归类。

2.2模型认知是化学学习的重要方法

建模是认知、科学探究和问题解决的基础。建模作为科学理论与经验世界，或是现象与模型之间的桥梁，透过建模过程将观察实体或现象予以简化，并与所观察的体验相互比较。奥苏贝尔的学习理论认为，采用建模思想，将化学问题中次要的、非本质的信息舍去，可使本质的知识变得清晰，更容易纳入学习者已有的知识框架中，使学生在解决化学问题时，迁移更容易。认知科学实验证明，结构化的知识便于学生记忆、概括和理解，有助于解决问题。化学模型这一认知工具恰好把化学问题或知识有序编码，有利于知识的结构化和组织化，使知识或问题以结构或形象表达的形式在人脑中有序编码。对事物的本质认识越深入，抽象提炼的模型越底层，越具有规律性和普遍适用性。

2.3模型认知在有机推断问题解决中的作用

高中化学把“证据推理与模型认知”作为核心素养之一，并要求“能认识化学现象与模型之间的联系，能运用多种模型来描述和解释化学现象，预测物质及其变化的可能结果；能依据物质及其变化的信息建构模型，建立解决复杂化学问题的思维框架”。有机推断问题解决中信息繁多、反应多步、结构多样、方法多变，但这只是表象，通过对有机推断的本质认识.提炼形成认知模型后能整体理解试题信息，统筹有机知识和题给信息，运用整体思维和转化思维，抓住有机转化的本质，更高效地进行有机推断问题解决。通过多种推断模型的构建，既解决有机推断中的问题，又有助于提高学生的模型构建能力、类比迁移能力、信息分析处理能力和逻辑思维能力，提升学生的化学核心素养。

3有机推断问题解决中模型认知的类型与应用思路

有机推断问题解决为“渎题→析题→推断→析问→答题”的过程，过程中读题、析题和推断往往是问题解决的关键所在，由此构建了题型分析模型、合成模型和推断模型。

3.1题型分析模型

有机推断题的结构可分为题头、题干和题尾（问题项）三部分。题型分析模型如图2。题头往往是关于目标产物的介绍，起拓展知识视野的作用，对推断问题解决意义不大；题干是最重要的信息，以合成流程框图和题给信息形式呈现，合成流程从一种或几种原料出发，经过一系列反应转化得到一种或几种产物，合成流程中会给出部分物质的结构或分子式、反应的条件等，此外题干中还经常给出新反应的信息；题尾的问题项包括多个不同难度的小题。浙江省选考的有机推断的题尾常为考查官能团的名称书写、反应类型的判断、有机物的结构推断、有机方程式书写.结构与性质关系的判断、限制条件的同分异构体的书写、有机合成路线设计等。

3.2合成模型

有机物的合成一般都按照“原料→反应→目标产物”的流程进行。要从原料到目标产物，往往需要经过碳链增减、官能团转化、成环开环等结构上的变化，这些变化必须通过有机反应实现。有机推断题以简单有机物的合成路线为素材，以转化框图为呈现形式，对合成路线中牵涉到未学过的反应则以题给信息进行补充。有机合成中原料可以是一种或多种，目标产物也可以是一种或多种，反应千变万化，但万变不离其宗，有机推断中的合成模型如图3。合成模型的构建帮助我们认识到有机转化复杂流程中物质转化的本质：原料一产物，这为推断模型的构建扫清了障碍。

3.3推断模型

有机推断的核心是推断各有机物的结构。由于目标产物由原料合成得到，原料的碳骨架结构必然会在目标产物中呈现，比较原料和产物的碳骨架结构和官能团变化，从而对产物的结构进行合理切断，对不能用已学知识进行切断的反应往往由题给信息类比获取后切断，然后由“原料→切断的中间产物→产物”推导出预测的合成路线，再与题给的实际合成路线进行对比，推断出各有机物的结构。构建的推断模型如图4。

这种推断模型立足于产物合成的整体信息，主要从原料和目标产物的碳骨架结构和官能团变化对目标产物进行切断和连接的推断，然后白主构思合成路线，再与题给的合成路线相印鉴，从而进行推断。这种推断方法称之为整体结构——息分析法。

4有机推断问题解决中模型认知的应用案例

下面以浙江省2016年10月選考第32题为例，说明有机推断认知模型的构建和应用。

运用整体结构一信息分析的推断模型，通过比较原料和产物的结构（碳骨架结构、碳原子数和官能团结构），对产物的结构进行合理切断，再对产物的合成路线和中间产物的结构进行合理推测，最后与题给的实际合成路线进行对照，辨析和推断得到所有物质的结构。运用构建的模型解决有机推断问题时能跳出试题看试题，从解题者向命题者转化，能显著提高解题的自信心和准确率。endprint