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基于模型认知的高三化学教学实践研究

2018-06-02王赞华

教师·下 2018年3期
关键词:模型认知高三化学模型建构

摘 要:模型认知是化学核心素养体系的要素之一。在高三化学复习教学中,作者尝试引导学生运用多种模型来描述和解释化学现象,依据物质变化的信息建构认知模型,将模型与思维发展、观察制作、问题解决相结合,形成有序、系统思维,促进学生化学核心素养的提升。

关键词:模型认知;模型建构;解模;高三化学

中图分类号:G633.8

文献标识码:A

收稿日期:2017-02-28

作者简介:王赞华(1976—),女,福建浦城人,一级教师,本科,研究方向:高中化学教学。

一、模型辅助与思维发展相结合,提升学生思维能力

在教学中,教师充分利用直观的模型手段,让学生在感性认识的基础上得出结论是一种好办法,但笔者认为对模型的认识不该只停留在教具等基础上。模型不仅是教学的辅助工具,更是思维工具,模型方法可以使学生的认知水平从具体向抽象,从感性思维上升为理性思维,帮助学生理解和掌握一些抽象概念、理论,对于培养学生问题转换能力、提升学生思维能力等大有裨益。

溶液中的守恒即电荷守恒、物料守恒是重难点,也是高考热点。在这一课笔者尝试建构模型辅助与思维发展相结合的课堂,提升学生思维能力。

1.建构模型——思维是需要激活的

为了帮助学生提炼“电解质溶液分析认知模型”,笔者抛出问题:①电解质在溶液中产生什么粒子?是否存在溶质分子?②溶剂水以什么粒子存在?③這些粒子间是否会相互影响?影响的程度有多大?结果如何?④如何用方程式表示?层层深入的问题,引发学生积极思考,建构起一幅“电解质溶液分析认知模型”:电解质加入水—若形成溶液—分析溶质电离出阴阳离子(考虑是否有溶质分子)和溶剂水的电离—阴阳离子是否影响水的电离—影响程度,溶液中的粒子种类、数目。认知模型为后面教学提供思路,也打开学生思维的闸门,为学生的思维提供了指引。

2.思维发展——寻找课堂令人怦然心动的感觉

以Na2CO3溶液为例,根据电解质溶液认知模型,将Na2CO3固体加入水中,溶液中粒子间会有哪些相互影响呢?请学生分析:

Na2CO3 = 2Na++CO32-

H2O=H++ OH-

CO32-+H2O=HCO3-+OH-

HCO3-+ H2O=H2CO3+ OH-

请学生观察溶液中的粒子是否有规律可循。

引导一:把所有离子找出,阳离子放一边,阴离子放一边,学生知道溶液总是呈电中性,即阴离子所带负电荷总数等于阳离子所带正电荷总数,自然归纳出电荷守恒C(Na+)+C(H+)=2C(CO32-)+ C(HCO3-) +C(OH-) , 依葫芦画瓢,学生分析NaHCO3溶液时很快列出电荷守恒式子。并自主小结书写电荷守恒注意事项:一是准确找出溶液中所有离子;二是弄清楚离子浓度与电荷关系。

引导二:寻找元素比例关系,加入水中前:n(Na)=2n(C),加入水中后:钠元素存在形式为Na+ ,而因为CO32-水解,碳元素以CO32-、HCO3-、H2CO3形式存在,总量未变,归纳出物料守恒:C(Na+)= 2[C(CO32-)+C(HCO3)+ C(H2CO3)],依据认知模型,学生容易分析NaHCO3溶液并列出物料守恒,再迁移到混合溶液, 归纳出只要将溶液的中粒子找全,电离与水解分析全面,抓住溶液中关键元素量的关系,就能正确写出物料守恒。

师生共同总结溶液中守恒规律特点:电荷守恒全是离子,物料守恒一边含同种元素,一般不含H+ 、 OH-,如果式子中有H+ 、OH-又有分子,则用质子守恒分析,或将电荷守恒和物料守恒合并。笔者认为一节课最核心的地方是师生处理问题、形成精彩观念的过程,帮助学生建构认知模型,建立解决化学问题的思维框架。

二、模型观察与模型制作相结合,培养学生实践能力

教师有计划地组织学生观察和动手制作模型,如图像绘制、搭建分子球棍模型、利用软件制作晶体模型等,既能发挥模型的教育作用,降低学习难度,又能培养学生实践能力和想象能力。

在高三复习《速率与平衡图像解析》一课,笔者尝试通过图表转换、图像绘制和典例分析引导学生观察、发现问题和形成观点、对图像进行建模和解模解决实际问题,培养学生实践能力。

例1:工业上利用反应N2(g)+ 3H2(g)=2NH3(g) ?H<0 合成氨;某小组为了探究外界条件对反应影响,以COmol/L H2参加反应合成氨气,在a、b两种条件下分别达到平衡,如图1。求:①a条件下,0~t0的平均反应速率v(N2)= 。②相对a而言,b可能改变的条件是 。③a条件下,t1时刻将容器体积压缩至原来的1/2,t2时刻重新建立平衡状态。画出t1~t2时刻C(H2)的变化曲线。

对于问题①学生错答为(C0-C1)/ 3t0,引导分析答案是(C0-C1)/300t0,学生意识到读图需关注横、纵坐标及含义。对于问题②学生错答加压,交流讨论得出答案是增大氮气浓度,得出读图需关注趋势和曲线间的关系。问题③总结画图关键是确定起点和终点。在有针对性地分析例1的基础上,进一步给出有悖于勒夏特列原理的例2,学生通过亲自绘制图像和正确答案的对比使思维处于愤、悱的状态,笔者引导学生从定量角度研究平衡移动需比较QC和K的大小,平衡移动后,温度不变,K不变,CO2浓度也就没变,小结定量角度解读图像的思维方法。

例2:一定温度1L密闭容器中放入足量草酸钙(固体所占体积忽略不 计)发生反应:CaC2O4(s)=CaO(s)+

CO(g)+ CO2(g)。若某时刻达平衡时C(CO2)=C;t0时刻,将容器体积缩小为原来的一半并固定不变,在t1时刻再次达平衡,如图2。请在图中画出t0后体系中CO2的浓度随时间变化的图像。

两道例题均以图像绘制作为学习支架,模型观察与制作相结合,让学生体验画图过程,分析读图注意点,引导学生自主总结读图的思路和方法,建构化学图像认知模型:轴(横、纵坐标)—点(起点、终点、特殊点)—线(趋势)—面(曲线关联)。通过典例分析,笔者引导学生归纳图像解模过程,从面—线—轴—点,快速准确找切入点,综合运用定性分析和定量计算,培养学生实践能力。

三、模型建构与问题解决相结合,培养学生创新精神

模型的教育意义是通过建构来实现的。模型建构需要学生确定对象,观察、实验,运用已学知识进行假设、推导、归纳,使对象直观化和简化,学生在活动思考中体会模型的建构方法,将模型方法转化为认知图式,解决实际问题,这对学生创新能力培养是很有好处的。

对于一些平衡问题,模型建构方法几乎不可替代。例如:密闭容器中充入2mol NO2气体,建立如下平衡:2NO2=

N2O4,测得NO2转化率为a%,在温度、体积不变时,再通入2mol NO2,待新平衡建立时,测得 NO2转化率为b%,则a与b比较:( )

A.a=b B.ab D.无法确定

笔者引导学生在解题时建立虚拟平衡模型,问题就变得简单许多,2mol NO2在1VL容器中,建立虚拟平衡模型 4mol NO2在2VL容器中,两者等效,转化率是相等的,而把4mol NO2在2VL容器中压缩为VL,压强增大,平衡右移,转化率增大,故选B。

总之,教师在高中化学教学实践中努力践行,充分重视模型教学法,以教学目标和学生发展为主线,通过有效、合理的模型建构引导学生逐步思考问题,理解掌握核心概念和原理,在相关问题上获得新知识,得到新方法,对促进学生化学核心素养的提升等大有裨益。

参考文献:

[1]王宝斌.发展学生化学核心素养的三大策略[J].中学化学教学参考,2016(17):10-12 .

[2]张 琼.科学理论模型的建构[M].杭州:浙江科学技术出版社,1990:2-3.

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