重视高中化学建模提升学生科学思维的研究

陈文良 蔡明茹

摘 要：建模思想逐渐受到教育界的重视，建模教学在高中化学教学中有独特的优势，可以培养学生的科学思维。文章分析应用建模教学的意义和建模教学在应用中存在的问题，并结合教学实践讨论具体的建模教学策略，强调结合生活、结合物质基础建模，以物质特性为基点建模，同时注意降低建模难度。

关键词：高中化学;建模教学;建模思想;科学思维

中图分类号：G633.8 文献标志码：A文章编号：1008-3561（2021）01-0141-02

建模这一理念已经被应用在众多学科，尤其是在理科教学中起到的作用更为明显。在高中化学教学中，教师通过有效的建模教学，能够更好地引导学生运用化学思维解决问题，这对学生科学思维的培养大有裨益。本文对建模思想在化学教学中的运用进行探究。

一、应用建模教学的意义

高中化学教育应注重传授给学生科学方法，注重培养学生的科学思维，而建模教学在化学教学中能够发挥独特的优势，具有极大的教学价值。无论是通过化学实验探索化学知识，还是通过文字、公式、图表、模型等方式诠释化学原理，建模教学的作用都不容忽视。建模教学的内涵比较丰富，比如在化学教学中可以应用到认知建模、物理建模、概念建模、数学建模等，还有表述问题的标准模型、解决问题的思维模型等。建模思想是培养学生科学品质、提升学生科学思维的重要理念，对学生有着积极且长远的影响。

二、建模教学在應用中存在的问题

1.建模教学流于形式

部分教师能认识到建模教学的重要性，也看到了其对学生科学思维培养的助益，但是受到教师自身能力的制约，对建模教学的把控不足，导致建模教学流于形式。有的教师在教学中独自完成建模，并让学生直接应用模型，学生鲜少有机会进行建模，导致学生对建模的方式方法掌握不足，无法提高建模能力。有的师生虽然共同完成了建模，但在课堂教学中没有充分应用，即后续教学与建模联系甚微，浪费了课堂时间，导致建模教学流于形式。

2.建模难度过大

不可否认，在“应试教育”的背景下，高中化学的教学压力越来越大，教师要在完成知识教学的基础上，培养学生的科学思维等化学素养。部分教师为实现核心素养教育目标，在应用建模思想教学时，盲目追求建模高度，认为建模难度越大，学生获益越大，导致远远超过了学生的最近发展区。这样不仅对学生化学素养的发展无益，还可能影响学生科学思维的健康发展。

三、建模教学提升学生科学思维的策略

1.结合生活，建立模型

要想应用建模教学提升学生科学思维，第一步就是要建立模型，将化学知识与模型结合，并且借助模型进行分析、解题。以教学“中和反应”为例，因为这一反应在生活中较为常见，如冬季羽绒服染污渍，可以先用食用小苏打和食用白醋混合成“洗涤剂”，然后对污渍进行涂抹，稍等片刻进行刷洗，最后进行清洗，这种方法具有简单方便、对羽绒服伤害较小的优势。教师结合生活中的现实问题，并搜寻化学知识中与之共通的内容，就可以引导学生建立中和反应过程的模型，然后将思维应用于实践，鼓励学生找材料进行实验和观察，最终得到正确的反应模型。

2.结合物质基础，构建具体化模型

在高中化学教学中，建模教学有着重要地位，建模并非是无所依靠的，而是在物质基础之上进行，建立一个具象的、具体的模型，能够帮助学生准确、深入地解读化学知识。学生利用自身知识与学习经验，对新的知识内容进行归纳与总结，能促使自身对新知的认知从低层次的感性认识上升到高层次的理性理解。同时，学生可以通过建立的化学模型解决生活中的问题，这对学生提升化学应用能力和科学思维有重要作用。

例如，在教学“物质立体构型”时，为帮助学生明确不同原子构成的物质是不同的，即使是一样的原子，如果具有不同的结构，则组成的物质也是不尽相同的，笔者使用了建模教学法，将知识直观呈现给学生。众所周知，石墨结构是与众不同的，其原子层层排列，处于同一层次的原子之间，是借助共价键进行链接的，与此同时，分布于不同层级的原子，则是在范德华力的作用下聚合的。金刚石与石墨都是由原子直接构成。具体而言，金刚石的碳原子是以六边形的形状排列的，石墨的原子则是以球状进行排列的。再如，H2O2仅从化学式层面分析，学生通常会认为它的分子结构是对称的，因此，H2O2应该是非极性分子。此种情况下，教师可以构建一个H2O2分子模型，让学生能够直观、清晰地看到分子中两个氢键的排列不是其猜想中的分别对称分布在一条直线两侧，而是存在一个角度，这充分说明H2O2是极性分子。可见，建模教学能切实帮助学生理解知识，这对强化学生的化学思维也有较大帮助。

3.以物质特性为基点，构建抽象化模型

化学中涵盖大量符号，并且对于学生而言，化学概念过于抽象，因此，在建模过程中，教师要以学生为本，即考虑学生所具备的能力，尤其是对知识的理解能力。一方面要借助模型将物质的共性展现出来，另一方面还要突出物质自身的个性，让学生成为“拿着手术刀的医生”对化学知识进行“解剖”，以求达到对知识深层次的掌握，让符号和公式在学生面前都变成“透明人”。通过建模的应用，学生可以物质特性作为基点，正确找出存在于物质内部的隐藏规律，唤醒学生的思维，提高学生思维能力。

例如，在教学“氧化还原反应”时，笔者让氧气和铜发生反应，得到氧化铜，并将其作为典型案例，让学生更深入地掌握氧化反应、还原反应的基本规律。在教学硫酸的性质过程中，笔者会结合现实生活，将学生比较熟悉的硫酸引入课堂，以其作为典型，不仅能够将硫酸的共性一一展示出来，还能展现硫酸的独特性，如浓硫酸有一定的氧化性，还有脱水性、吸水性。再如，原子不同的化合价，其元素周期规律中的表现也是有所差异的，即会随着原子序数递增而发生周期性的变化，此为大部分原子共性。但也并非没有例外，如氟元素仅仅有0价和-1价两种。由此可见，借助建模，学生能够更容易从本质上认识物质，这有利于学生对化学规律的全面掌握，对学生科学思维的发展有极大帮助。

4.降低建模难度，有效培养科学思维

笔者认为在应用建模时，不可盲目进行高难度的建模，并且要降低建模难度。教师可以先通过简单的建模缓解学生对建模的陌生感和排斥感，帮助学生建立对建模的信心，同时加深学生对建模的认知程度，增强学生参与建模的兴趣，引导学生正确看待建模对自身化学学习的良性作用。众所周知，化学是十分具有代表性的实验性学科，化学学习需要学生进行实践探究，而引导学生在生动的实验过程中进行建模，可以让学生扎实掌握抽象的概念，降低建模难度。

综上所述，建模教学是一种常见且有效的教学方法，对培养学生的科学思维有重要作用。教师要注重建模教学，深刻认识建模的内涵与意义，结合生活、结合物质基础建模，以物质特性为基点建模，同时注意降低建模难度，为培养学生的科学思维助力。

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