張建華

（福建省莆田第八中學(xué)，福建莆田 351144）

引 言

構(gòu)建主義者認(rèn)為，學(xué)習(xí)不是學(xué)習(xí)者簡單接受知識(shí)的過程，而是由學(xué)習(xí)者自己建構(gòu)知識(shí)的過程[1]?！敖！本褪峭ㄟ^“建立模型”的思想學(xué)習(xí)知識(shí)、解決問題的方法?；瘜W(xué)學(xué)習(xí)中有很多復(fù)雜而抽象的問題，如果能夠很好地建立起相應(yīng)的知識(shí)模型，問題就會(huì)變得簡單化、條理化、可視化，從而被人們認(rèn)識(shí)。建模的一般過程是：對(duì)研究的問題進(jìn)行抽象化、建立相對(duì)應(yīng)的模型，利用模型解決具體的問題。本文對(duì)化學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的建模思維進(jìn)行初步探討。

一、在物質(zhì)的量教學(xué)中建立數(shù)學(xué)模型

高一學(xué)生對(duì)“物質(zhì)的量”這個(gè)詞比較陌生，難以理解，常與物質(zhì)的質(zhì)量混為一談，不知道其本質(zhì)就是一種衡量微觀粒子數(shù)量的物理量，不知與微觀粒子數(shù)目建立起聯(lián)系。所以，筆者在教學(xué)中先通過學(xué)生熟悉的單位換算板書提出問題：①1打雞蛋=12只，2 打雞蛋=只，a打雞蛋=只？②再并列板書提出1摩爾原子=6.02×1023個(gè)，2摩爾原子=個(gè)，a摩爾原子=個(gè)。學(xué)生通過換算能很快得出：①2 打雞蛋= 24只，a 打雞蛋=只。②2摩爾原子= 2×6.02×1023個(gè)，a摩爾原子個(gè)，從而抽象出物質(zhì)的量（n）、阿伏伽德羅常數(shù)（NA）及微粒數(shù)（N）之間的數(shù)學(xué)表達(dá)式：N=n×NA、n=N/NA、NA=N/n。教學(xué)物質(zhì)的量與質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，教師應(yīng)先讓學(xué)生舉出熟悉的路程、速度和時(shí)間的數(shù)學(xué)表達(dá)式，然后給出摩爾質(zhì)量的定義：1mol 鐵的質(zhì)量為56g，鐵的摩爾質(zhì)量為56g·mol-1，2mol 鐵的質(zhì)量是，a mol 鐵的質(zhì)量是，5.6g 鐵的物質(zhì)的量是，再次提出物質(zhì)的質(zhì)量（m）、物質(zhì)的量（n）和摩爾質(zhì)量之間存在關(guān)系。學(xué)生最終得出m=n·M、n=m/M、M=m/n的數(shù)學(xué)表達(dá)式模型。接下來，舉出實(shí)例，運(yùn)用模型解答問題。

例1 下列說法正確的是（ ）。

A.2 molN2的質(zhì)量是28 g

B.N2的摩爾質(zhì)量是28 g

C.1 molH2O的質(zhì)量是18g

D.3.01×1023個(gè)NH3分子的質(zhì)量是8.5g

解析：根據(jù)公式建模，可得：

2 mol N2的質(zhì)量是28 g·mol-1×2 mol ＝ 56 g，A項(xiàng)不正確；

N2的摩爾質(zhì)量是28 g·mol-1，B項(xiàng)不正確；

1 molH2O的質(zhì)量是18 g·mol-1×1 mol ＝18 g，C項(xiàng)不正確；

3.01×1023個(gè)NH3分子是0.5mol，NH3質(zhì)量是17g·mol-1× 0.5mol=8.5 g，所以D項(xiàng)正確。

教學(xué)心得：學(xué)生學(xué)習(xí)與物質(zhì)的量有關(guān)的理論和概念時(shí)，除了要從概念本意來理解外，還要培養(yǎng)學(xué)生建立數(shù)學(xué)表達(dá)式模型的能力。如此學(xué)生就能熟練運(yùn)用各種數(shù)學(xué)表達(dá)式在各物理量之間熟練換算，為其今后的化學(xué)計(jì)算打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。學(xué)生的認(rèn)知正如建構(gòu)主義者認(rèn)為的：每個(gè)學(xué)習(xí)者以自己原有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，對(duì)新信息進(jìn)行重新認(rèn)識(shí)和整合，建構(gòu)自己的知識(shí)模型。學(xué)生正是在認(rèn)識(shí)路程、速度、時(shí)間關(guān)系的基礎(chǔ)上，通過新的問題情境，構(gòu)建了物質(zhì)的量、摩爾質(zhì)量、質(zhì)量三者的關(guān)系，并加以應(yīng)用。

二、在化學(xué)概念教學(xué)中建立概念模型

建模思維不僅體現(xiàn)在計(jì)算中建立數(shù)學(xué)模型，在化學(xué)概念教學(xué)中也能引導(dǎo)學(xué)生建立概念模型。如教學(xué)氧化還原反應(yīng)時(shí)，幫助學(xué)生建立概念模型，這對(duì)學(xué)生理解概念有很大的益處。氧化還原反應(yīng)是高中化學(xué)中的一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容，概念多，如氧化劑、氧化性、被還原、還原反應(yīng)、還原產(chǎn)物、還原劑、還原性、被氧化、氧化反應(yīng)、氧化產(chǎn)物等，剛開始學(xué)習(xí)時(shí)，很多學(xué)生對(duì)這些概念都會(huì)混淆。實(shí)際教學(xué)中，筆者如此設(shè)計(jì)以幫助學(xué)生建立知識(shí)模型：（1）讓學(xué)生寫出已學(xué)過的一氧化碳還原氧化銅反應(yīng)的化學(xué)方程式，并從得氧失氧的角度來指出還原劑和氧化劑。（2）讓學(xué)生寫出鋅與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式，介紹鋅與鹽酸反應(yīng)也是氧化還原反應(yīng)，找出其中的氧化劑與還原劑。（3）引導(dǎo)學(xué)生從元素化合價(jià)變化的角度判斷出氧化劑與還原劑。學(xué)生能夠從兩個(gè)不同的化學(xué)方程式中找到CO 中的碳元素化合價(jià)由+2價(jià)變?yōu)?4價(jià)，碳元素化合價(jià)在升高。Zn 與HCl 反應(yīng)中的化合價(jià)也由0價(jià)升高為+2價(jià)，所以Zn 為還原劑。第一個(gè)化學(xué)方程式中，氧化銅中的銅元素化合價(jià)由+2價(jià)降為0價(jià)，在鹽酸與鋅反應(yīng)中，氫元素的化合價(jià)由+1價(jià)降低為0價(jià)，因此，鹽酸為還原劑。（4）講解通過化合價(jià)降低得到的產(chǎn)物為還原產(chǎn)物，這兩個(gè)化學(xué)反應(yīng)中的產(chǎn)物分別為Cu 和H2；通過化合價(jià)升高得到的產(chǎn)物為氧化產(chǎn)物，分別為CO2和ZnCl2。這樣就會(huì)讓學(xué)生建立起用化合價(jià)變化判斷氧化劑和還原劑、氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物的模型。（5）再提出在氧化還原反應(yīng)中為什么有些元素的化合價(jià)會(huì)改變？學(xué)生通過閱讀課本，觀察化學(xué)方程式，相互討論和思考得出結(jié)論。原來，氧化還原反應(yīng)中，元素的化合價(jià)升降是由電子失得引起的，氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)是電子的轉(zhuǎn)移，特征為化合價(jià)的變化。這樣就幫助學(xué)生建立起氧化還原反應(yīng)相關(guān)概念的模型，如圖1所示，從而開展有效的學(xué)習(xí)活動(dòng)。

圖1 氧化還原反應(yīng)相關(guān)概念的模型

通過建立這個(gè)模型，學(xué)生能夠更容易掌握氧化還原反應(yīng)中各概念的關(guān)系，就抓住氧化還原反應(yīng)的兩條脈絡(luò)關(guān)系：

氧化劑→氧化性→得電子→化合價(jià)降低→被還原→還原反應(yīng)→還原產(chǎn)物。還原劑→還原性→失電子→化合價(jià)升高→被氧化→氧化反應(yīng)→氧化產(chǎn)物。

這樣對(duì)于學(xué)生來說就比較容易掌握、理解和記憶，之后再讓學(xué)生用三個(gè)詞來總結(jié)，如氧得降、降得還、還失升或升失氧等，進(jìn)行快速記憶。

例2 氫化鈉（NaH）是一種生氫劑，可發(fā)生以下反應(yīng)：NaH＋H2O= NaOH＋H2↑。對(duì)這一反應(yīng)的描述，正確的是（ ）。

A.NaH是氧化劑 B.還原產(chǎn)物和氧化產(chǎn)物的質(zhì)量比是1:1

C.NaOH是還原產(chǎn)物 D.生成1 mol H2轉(zhuǎn)移2mol電子

解析：標(biāo)出反應(yīng)情況（如圖2）：

圖2

由各反應(yīng)物及生成物價(jià)態(tài)可知，NaH 中的氫由反應(yīng)前的-1價(jià)升為反應(yīng)后H2中的0價(jià)，化合價(jià)升高，被氧化，作為還原劑，相應(yīng)生成物為氧化產(chǎn)物；H2O 中的一個(gè)氫由反應(yīng)前的＋1價(jià)變?yōu)榉磻?yīng)后H2中的0價(jià)，化合價(jià)降低，被還原，作為氧化劑，相應(yīng)生成物為還原產(chǎn)物。很明顯，生成1 分子H2中有一個(gè)氫原子是失去1個(gè)電子來的，另一個(gè)氫原子是得到1個(gè)電子來的。所以，還原產(chǎn)物和氧化產(chǎn)物的質(zhì)量比是1:1，生成1 molH2應(yīng)轉(zhuǎn)移1 mol 電子。答案是B。

三、在物質(zhì)性質(zhì)學(xué)習(xí)中培養(yǎng)學(xué)生的建模思維

在高中化學(xué)中，無機(jī)元素及化合物性質(zhì)是重點(diǎn)內(nèi)容。隨著課程改革的不斷深入，鋁、硅等物質(zhì)的學(xué)習(xí)學(xué)時(shí)被再次縮減。這就更加要求學(xué)生在學(xué)習(xí)物質(zhì)性質(zhì)時(shí)，要建立學(xué)習(xí)物質(zhì)性質(zhì)知識(shí)的模型。在單質(zhì)化合物性質(zhì)教學(xué)中，教師要讓學(xué)生建立起一定的學(xué)習(xí)模型思維，如此對(duì)未知物質(zhì)的探究，才更加有章可循。本文以金屬鈉的性質(zhì)和應(yīng)用教學(xué)為例進(jìn)行分析。

[教師活動(dòng)]通過前面的學(xué)習(xí)，大家知道結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)。鈉原子的核電荷數(shù)是11，請(qǐng)學(xué)生畫出鈉的原子結(jié)構(gòu)示意圖。

[建立模型]掌握物質(zhì)性質(zhì)學(xué)習(xí)的一般規(guī)律：結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)。

[實(shí)驗(yàn)1]用濾紙吸干鈉表面的煤油，放在玻璃片上，再用小刀切去鈉塊一端的表皮，觀察露出的金屬鈉的表面色澤；暴露在空氣中，觀察其表面顏色的變化。

[歸納]引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)現(xiàn)象歸納出鈉的物理性質(zhì)及保存方法。

（1）鈉的物理性質(zhì)：銀白色、金屬光澤、質(zhì)軟的固體；有延展性、易導(dǎo)熱、導(dǎo)電。（2）鈉的保存：密封保存在煤油中。（3）在空氣中的變化：銀白色光澤很快變暗。鈉在常溫時(shí)與空氣中的氧氣反應(yīng)生成氧化鈉：4Na + O2==2Na2O（白色固體）

[觀看視頻]鈉與氯氣、硫的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)。

[實(shí)驗(yàn)2]將一小塊金屬鈉放在石棉網(wǎng)上，用酒精燈加熱石棉網(wǎng)，觀察火焰顏色以及產(chǎn)物的顏色、狀態(tài)。

[學(xué)生回答]看到鈉燃燒起來，火焰呈黃色，產(chǎn)物為淡黃色粉末。

[建立模型]金屬鈉可與活潑非金屬反應(yīng)，且反應(yīng)中表現(xiàn)強(qiáng)還原性，在不同條件下反應(yīng)可能不同。

[實(shí)驗(yàn)3]將一小塊金屬鈉投入滴有酚酞試劑的水中，觀察現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生歸納：鈉浮在水面上，熔成光亮的小球，到處竄動(dòng)，發(fā)出嘶嘶的響聲，最后消失，溶液變成紅色。

[學(xué)生活動(dòng)]思考并討論，得出結(jié)論：鈉的密度比水小，熔點(diǎn)低，反應(yīng)快并放熱，有氣體和堿性物質(zhì)生成：2Na + 2H2O === 2NaOH + H2↑。

[建立模型]活潑金屬不僅能與酸發(fā)生反應(yīng)，特別活潑的還可能與水發(fā)生反應(yīng)置換出氫氣，在反應(yīng)中表現(xiàn)強(qiáng)還原性。

[實(shí)驗(yàn)4]向一只盛有CuSO4溶液的大燒杯中加入一小塊金屬鈉，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

[學(xué)生交流討論]與鈉和水的反應(yīng)現(xiàn)象相同，還能看到藍(lán)色沉淀的產(chǎn)生，沒有紅色金屬的生成：2Na + 2H2O === 2NaOH + H2↑； 2NaOH + CuSO4=== Cu(OH)2↓ + Na2SO4。

[教師活動(dòng)]介紹工業(yè)制金屬鈦的方法：

[建立模型]將鈉加入帶鹽的水溶液，首先和水反應(yīng)，生成的氫氧化鈉再可能與鹽反應(yīng)。所以鈉不能從帶鹽的水溶液中置換出比它不活潑的金屬。如果要用鈉置換出其他金屬，要在熔融狀態(tài)下才可以。

通過學(xué)習(xí)鈉的性質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)、推理、討論、分析的方法，歸納出物質(zhì)能與金屬單質(zhì)、非金屬單質(zhì)、酸、堿、鹽、氧化物等類物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，表現(xiàn)出氧化性或還原性，分析它的穩(wěn)定性，從而建立無機(jī)元素化合物學(xué)習(xí)模型，這對(duì)以后研究其他物質(zhì)的性質(zhì)有一定的啟發(fā)和借鑒意義。

結(jié) 語

高中化學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的建模思想，建立適當(dāng)?shù)哪Ｐ陀脕肀碚鲉栴}、解決問題，使學(xué)生掌握學(xué)習(xí)規(guī)律，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)，起到不可忽視作用。當(dāng)然，在教學(xué)中要培養(yǎng)學(xué)生的建模思維，教師應(yīng)從實(shí)際出發(fā)，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際水平，充分利用和開發(fā)現(xiàn)有資源，遵循思維發(fā)展的規(guī)律，以學(xué)生發(fā)展為本，將化學(xué)學(xué)科知識(shí)和思維方法有機(jī)整合，讓“教”與“學(xué)”有機(jī)地結(jié)合起來，使課堂教學(xué)更高效、更和諧。