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高中生化学思维建模能力的有效提升策略

范学英

福建省宁德市寿宁县第一中学,福建宁德,355500

摘要: 模型是对事物进行凝练,去除非关键部分,留下事物的本质内容与联系而形成的认知规律等,体现了化繁为简的特点,有着预测和解释同类物质的作用,无论是在科学研究领域还是教育领域,都有着广泛的应用。可见,思维模型是通过思维的抽象,依据一定的事物原型,去除其中非本质特征,利用工具或方法,对事物、系统间的普遍联系、内在规律形成综合的、主体性的系统认知。
关键词: 高中生;化学思维;建模能力;提升策略
DOI:10.12721/ccn.2023.157113
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一、高中生化学思维建模过程中存在的误区

高中生在做化学题时,比较容易产生思维定式,通过学生日常练习和相关试卷的回答上可以看出,大部分学生在看到题目时,认为题目非常熟悉,就会出现审题较快的现象,从而产生思维定势,想当然认为这道题考查的就是这个知识点,但是通过仔细审题中可以看出,其中的细节是不容忽视的,很有可能在漏掉一个信息后题答得就不够全面。不正确的思维定式会影响学生在做题时的正确思考,也不利于学生创造性思维的培养。造成思维定式的关键因素离不开学生对知识模型的本质理解不够,对知识点的掌握不够,以至于不能够正确且全面地分析出题目中所要考察的内容,因此教师在教学活动中应当注重对学生错误思维定式的纠正,引导学生运用正确的化学思维模型对问题进行分析,从而有效避免因思维定式所带来的思想误区。

还有一部分学生在做题或者练习时,只看到了题目的表面含义,没有将题干进行深入分析,以至于在思考的过程中仅仅只思考到题目表层含义所涉及的知识点,不能将脑海中深层的知识点带入到题目当中去,不能准确地掌握题目所想要表达的关键信息,以至于化学思维模型的构建过程对学生来讲是比较困难的。

二、高中生化学思维建模能力的有效提升策略

(一)找寻关键变量,构建思维突破解题难点

使用思维建模的方式学习化学是为了将复杂的问题简单化、具体化,而不是将原来就复杂的问题变得更为抽象。在学习思维建模时,教师应当告知学生如何寻找关键的变量,并学会梳理自身思维,对照思维建模以及具体化学内容的二者逻辑来找到共同之处。在学生学习化学有机的烷类部分时,认为甲烷的相关反应非常简单,不愿意思考,只想循规蹈矩将化学式罗列出来具体分析。

在课堂上,当教师询问,“1mol甲烷与充足的氯气反应,最后可以生成多少mol的氯化氢气体?”不少学生听完教师的问题在纸上奋笔疾书,但是拥有良好的思维建模能力的学生则是快速回答“4mol”。具体分析不同学生的想法以及解题过程即可得到:第一类学生认为甲烷和氯气的整体反应总共有四个步骤,那就将四个方程式一一写出,“甲烷+氯气→一氯甲烷+氯化氢;一氯甲烷+氯气→二氯甲烷+氯化氢……”,但是却忽略了这四步反应同时发生,通过列方程式计算的方法效率低下,并不实用;第二种类型的人则是寻找到了该题的关键变量,走出固化思维,运用思维建模快速得到答案,从微观上的角度而言,因为氯气充足,甲烷当中的氢原子全部转化为了氯化氢当中的氢原子,甲烷为1mol,那么氢原子即为4mol,氯化氢即为4mol。思维建模就有着这样独特的魅力,让一道步骤复杂的题目变得异常简单。而这种思维在有机化学当中的实用性非常高,在之后的一系列化学反应类型题目中,学生参透此模型后,就可以将其熟练运用在这些题目的解题当中,不仅得到的答案较为精准,而且自身的化学解题速度得到较大的提高。

(二)化抽象为具体,将大问题分解为小问题

在高中有机化学学习部分中,无论是知识点抑或是难题都较为抽象,学生很难从一个大问题当中想象到具体的操作以及具体分析方式。例如,在课堂上教师询问“蛋白质的盐析是什么”,面对这个问题,学生有两种不同的选择:一种为照读课本内容,直接告知观点式的答案,高浓度的无机盐溶液加入蛋白质溶液当中产生明显沉淀的现象;另一种则是具体分析整个过程,举个例子,取一支试管,在其中加入鸡蛋白溶液,随后再取饱和的硫酸铵或者是硫酸钠溶液,将其加入装有鸡蛋清溶液的试管当中,静置片刻观察具体现象,看是否有沉淀析出,如果有沉淀,那么可以再将该沉淀放入装有蒸馏水的烧杯当中,看沉淀是否发生溶解并消失,如果二者均符合,那么则说明此种在蛋白质溶液当中加入高浓度的盐溶液,使得蛋白质的溶解度变小,从而在溶液当中析出的反应即为盐析反应,并且由此分析得出整个盐析反应为可逆反应。这两个回答如果让不了解盐析的人选择,那么必定会选择后者,前者只是给出答案,却没有将问题具体分析,借鉴意义不如后者,而后者即为思维建模的具体运用。关于盐析到底是什么这个问题实际上是较为抽象的,光靠概念解释往往不能使人信服。

而后者通过简单的量化实验运用思维建模将抽象的大问题分解为一个个可实践操作的具体部分:1.具体高浓度的盐溶液和蛋白质溶液;2.二者混合产生现象;3.沉淀是否和溶解度有关;4.整个过程的物质析出溶解成分分析,可逆性分析。利用这个思维建模来得到的盐析更为具体,学生在脑海中留下的不只是一个模糊的概念,而是具体思维建模,此后,当学生再遇到此类反应等相关内容时,就可以使用此思维建模进行具体分析,拥有专属于自己的化学思维。

(三)自主构建模型,培养思维逻辑性条理性

化学学习不能采用题海战术,理科学习当中,思维往往比方法更重要,而在对学生的思维建模能力进行培养时,就可以乘机引导他们自主构建合适的思维模型,让他们养成良好的逻辑性思维以及条理性思维。以有机化学中羟基的性质为例,在课堂上时,教师可以通过下述方式培养学生的思维建模能力。

1.复习回顾,唤醒思维

教师可以通过让学生回答问题的方式来总结羟基的性质,一般而言,含有羟基的化合物可以脱水,如醇类就可以发生分子间以及分子内的脱水,从而生成不同的烯或者醚,与此同时,醇与酸发生脱水反应还可以生成酯类物质。

2.方法应用,构建思维

教师可以询问“当乙醇发生消去反应以及取代反应时,是哪两种羟基脱水情况。乙醇与乙酸可以反应吗”,并且要求学生将重要的化学反应式写出。这时学生从第一步的复习回顾当中就大致了解了具体乙醇会发生的脱水变化,运用思维建模的方式加以推广运用,得出结论。消去反应为乙醇发生分子内脱水,甲基当中的氢原子与羟基结合,生成乙醚以及水。取代反应为乙醇发生分子间脱水,一个乙醇分子的羟基与一个乙醇分子甲基一侧的氢结合,生成乙醚和水。至于乙醇与乙酸反应,则是发生二者的分子间脱水,乙酸脱去羟基,乙醇脱去氢,最后生成乙酸乙酯和水。

3.归类巩固,发散思维

对上述的内容,学生就可以通过思维建模的方式自行总结归纳,举一反三,将其他类型含有羟基的,如蔗糖、氨基酸等物质都进行详细的总结,将这些知识内容重新梳理,内化成自己的化学羟基知识点。

三、结语

高中化学的学习始终是离不开思维模型的,学生能否在学习过程中建立并应用模型,直接影响学生的学习效率。因此,在化学教学中培养学生思维模型建构能力是很有必要的,正确的思维模型对学生今后的化学学习起着十分重要的意义。在教学实践中,应用化思维模型能够有效地提高学生的学习成绩,学生也能够通过思维模型轻松高效地学习化学理论知识,一个清晰而有效的思维模型可以帮助学生构建出比较系统的化学知识,培养他们的逻辑思维能力和发散思维能力,促进学生的全面发展。

参考文献:

[1] 梁舒敏.培养高中生化学思维模型建构能力的实践研究[D].桂林:广西师范大学,2020.

[2] 左頔“.高中化学教学基本要求”中“模型认知”的分析与启示[D].上海:上海师范大学,2018.

[3] 吴艳虹.促进初中生“科学探究与创新意识”素养发展的化学教学研究[D].贵阳:贵州师范大学,2020.