化学模型在高中化学教学中的应用

摘 要：在高中化学教学的过程中，强化模型教学是提升教学能力并满足教学实际的重要途径。基于此，文章就化学模型在高中化学教学中的应用展开分析，由化学建模在高中化学教学中的重要作用展开分析，并从认知、物理、概念、数学、解决问题、表述问题等方面探讨化学模型的实际教学应用，以期与相关的教学工作者进行交流，完善高中化学教学模式，为良性化学教学方式的推广提供参考。

关键词：化学模型;高中化学;教学改革

一、高中化学教学中化学模型的重要作用

1.丰富教学内容

高中的教学体系中，教学目标是提升学生的“知识与技能”“过程与方法”“情感态度与价值观”，进而在完善学生学习能力的同时，多角度地提升学生的综合素质，进而推进当今教学体系的进一步优化，有效依据这一三维目标的设定，达到丰富课堂教学与课外延伸教学中教学形式的目的，进而改变传统教学方式中灌输性的教学方法，为学生多角度地进行问题探究提供了前提。

2.促进学生对于知识的掌握

关于《普通高中化学课程标准（实验）》中关于教学方式的阐述，为教师实际教学方式的实施构建了基础性的框架，由此可见通过运用工具性、载体性、方法性的教学方式改进，让教学方式更好地服务于教学体系的需要，使得学生对于教学内容以及教学方法更容易接受。因此化学教师要从实际角度进行化学建模的教学方式的有效探究，进而在课程标准以及教材的基础上优化化学教学的教学方式，提高学生对于知识的有效掌握度[1]。

3.提升学生对于化学学习的热情

依据化学学习中需要背诵的问题相对较多的情况，教师需要在教学的过程中强化知识结构的教学，使得学生在实际学习的过程中可以更便利地运用学习方式进行知识的理解与背诵。例如，不同层次概念图的有效应用，可让化学知识在学生脑中形成一个层级式的教学体系，进而将难以理解的问题利用化学建模的方式进行背诵，为学生的背诵提供强有力的支撑，进而培养学生在化学学习中的自信心，让学生乐于学习化学知识。此外，建模教学可以提升整个高中化学知识体系的完整性，在便于学生学习与背诵的同时，可以有效提升学生查漏补缺的能力，提升学生化学学习的结构性。

二、化学模型在高中化学教学中的应用

1.认知建模

认知模型是构建人类对于社会和自然认知程度以及认知层级的一种模型，可以将知识标志、逻辑连接、推理模式等进行有机的呈现，使得认知理论具体化，更好地推进人们对于信息的加工。

建模的过程先是对于新知识的建模，一方面，需要对于概念以及理论进行认知性的建模，将抽象的理论具体化。例如，原电池原理和电解原理都与氧化还原反应密切相关，两种反应的装置也有很多相似之处，很多學生常常将这两部分知识混淆。两种反应原理应当充分利用教材提供的简单模型帮助学生形成认知模型。建模需要充分考虑以下问题：铜-锌-硫酸原电池思维是利用了哪个自发的氧化还原反应产生电流？是不是所有的自发进行的氧化还原反应都可以被设计成原电池？铜-锌-硫酸原电池的正极和负极是什么物质？两极发生的反应如何表示？外电路和内电路的电流是如何形成闭合回路的？进而通过讨论帮助学生建立起原电池原理的基本模型，帮助学生更好地解决实际学习中的问题。另一方面，建立基于认知顺序的化学学习模型可以将烦琐、复杂的化学知识实体化，进而提升知识的条理化。例如，在高中化学的金属元素与非金属元素的学习过程中，要对于金属元素以及非金属元素可以形成的物质有一定的了解，进而建立完善的认知模型，即金属元素可以构建一种单质、氧化物、氢氧化物、盐的模型，而非金属元素可以构建一种单质、氧化物、氢氧化物、酸、盐的模型，并且要依据结构性原则对于其中存在的物质联系以及结构以一种思维模型的形式进行构建，构建一种特殊到一般的化学学习模型。

2.物理建模

物理模型是一种对于事物以及图像进行具体化表达的模型，在高中化学中通常为对于各种分子进行图形表达的球棍模型以及比例模型、各类晶体模型、模拟工业生产原理的实验装置或装置图（例如电解饱和食盐水实验装置图）等。教师可以自己建构物理模型，利用生活中常见的物体进行物理模型的构建，进而提升学生的动手能力以及探究能力[2]。例如在甲烷教学中，针对二氯甲烷有无同分异构体的问题，很多学生都记得甲烷是正四面体的空间构型，但遇到这个考点的变式训练却不能解决;又如很多学生不理解取代反应中断裂的旧键和形成的新键，导致对于方程式的死记硬背，在学习加成反应之后又会出现记忆不清的问题。如果学生能够建立相应的物理模型就可以对于上述问题进行有效的解决。比如教师用气球动态演示甲烷的四面体构型，通过动态演示过程，学生更容易理解正四面体构型比平面正方形稳定;借助甲烷和氯气的分子模型的拆分和重新组合，让学生领会该反应过程中化学键断裂和形成过程;利用模型拆分组装进一步帮助学生理解多元取代问题，让静态模型动起来。这些过程也可以依托于flash动画以及视频来进行反应过程的模拟，但学生自己动手的过程印象更深刻。并且在实际教学过程中，物理教学同样具有一定的预测能力，如拆分重组以及对于反应物的推断方面。

3.概念建模

概念建模是利用概念的相关规律找寻实际生活中存在的事物在描述、记号、内核等方面存在的不足，进而运用各学科的相关知识对其进行分类的一种建模方式。在构建概念模型的过程中，可以利用抽象的文字进行模型构建，也可以借助图形、图示、符号等的内在联系完成实物内在机理的有效描述，提升模型的应用价值。在化学学科的应用过程中，可以借助于物质的概念进行建模，学生如果能依据相应的概念进行模型的构建，则可以提升学生对于知识掌握的系统性，并建立学生对于知识掌握的内在联系。例如，在进行物质分类的过程中，学生要明白物质是由混合物以及纯净物两大类组成的，并且混合物又能转化为分散系，可以将其分为溶液、胶体、浊液等，其具有丁达尔效应;纯净物可以细化为单质与化合物，化合物包括电解质以及非电解质。其中，乙醇以及蔗糖等为非电解质，电解质又可以依据其中酸碱情况分为强电解质以及弱电解质两种，进而完善关于物质的知识体系。因此，在利用概念图进行教学的过程中，可以将教学内容通过归纳与整理，形成一定的程序框图，通过后期的加工与调整，提升知识体系的完整性与逻辑衔接性。

4.数学建模

数学建模是为了提升分析的逻辑性，体现事物的内在特征，而借助于数学中的不等式、图形、方程等表现事物间联系的一种建模方法，需要建模人具有较强的数学功底以及逻辑分析能力，进而帮助学生提升学科间的串联性，并通过数学模型的表达，更好地提升化学知识的联系性与逻辑性。例如，在化学知识的表达中，通常会应用到数学知识中的速率-时间图、浓度-时间图、pH变化图等图表，进而拓展化学的逻辑思维，将具有关联性的学科知识引入化学体系建模中，不仅可以更好地帮助化学建模教学与学习模式的建立，更能提升学生的学科发散思维以及利用已有知识探索未知领域的能力。

例如，吉布斯自由能变ΔG=ΔH-TΔS，作为恒温恒压条件下化学学习中的重要公式，在高中阶段的教学过程中，学生不需要对于关系式的内部有太深入的了解，只需要将ΔG作为一种自发性的判定标准应用于化学学习中即可，需要学生了解ΔG与零之间的关系，ΔG=0，則反应处于平衡状态;当ΔG<0时，反应是自发进行的;反之，则反应为非自发进行的一种状态。因此，学生在学习时，只要掌握这种数学模型，就可以帮助学生理解与解答相对复杂的问题，进而将较为直观的感受应用于化学教学中，提升数学建模的科学性，形成学科互补、互相探索的渗透型学习模式。

5.解决问题的思维模型

思维模型是一种基于对化学的程序性理解而形成的突出教学与学习重点的学习模式，可以更好地提升教学过程中学生分析与解决问题的能力。例如，在粗盐的提纯以及混合物的分离提纯等基础性的问题方面，通过对于这类问题基础性步骤以及模板的构建，提取此类问题的思维模型，进而形成思维的连贯性与模板性，在解决相关问题的过程中，可以利用这一化学思维模型，拓展学生对于问题的解决能力，如同样的问题需要先找到混合物中的杂质颗粒，并按照易分离的原则进行除杂试剂的选取，接着以一种不引入新沉淀的思维进行试剂加入顺序的整合，进而构建一种提纯的步骤性模型，在进行相关问题的解决时，可以通过思维模型的构建，快速地解决其中存在的问题。

6.表述问题的标准模型

对于问题的有效解决，其最终的结果在于对于问题的表述，进而利用表述标准化模型的建立，提升教学中实验表达以及推导运算的规范性程序化，依据相应的实验操作，运用反应现象，得出最终的结论，按照这样一种方法进行化学的表述模板的建立，提升沟通的效率。例如，在对实验装置气密性进行检查的化学操作过程中，可以按照相对密闭的实验系统的形成、装置内部气体压强的调节、判断气密性这一程序进行实验的表达以及操作，在气密性的判断中可以依据液封液面进行判断，其中要对于沉淀的洗涤等问题做着重的说明，进而形成规范化的化学表述模板，使学生的化学意识变得清晰。以上化学模型的建立，可以加深学生对于化学知识的理解，帮助学生进行化学学习。

结语

为保证高化学教学应有教学效能的充分发挥，需要在现有教学体系的基础上，通过实践性的研究，进一步提升化学教学方法的科学性与合理性，进而在新课程改革深入推进的当今教育背景下，充分挖掘学生自身潜力，提升教学方法的合理性，进而优化建模教学在高中化学教学中的有效应用，通过多方面、多角度的方法性实践以及教学方式的挖掘，可以有效推进教学体系的进一步完善。

[参考文献]

[1]李似麒.从模型建构视角谈微课在高中化学教学中的应用[J].福建基础教育研究，2019（5）：110-111，114.

[2]张爱平.浅析模型法在高中化学教学中的应用[J].基础教育参考，2019（8）：41-43.

作者简介：任庆宝（1982— ），男，山东临沂人，中学一级教师，本科，研究方向：高中化学教学。