初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中建模思想與問題解決能力的培養(yǎng)

張禮 宋婷

建模是構(gòu)建認(rèn)識(shí)問題和解決問題的一種思想模型，是一種科學(xué)思維方法的簡(jiǎn)約化。科學(xué)家們?cè)谡J(rèn)識(shí)問題、解決問題的過程中，通常都要建構(gòu)思維模型，即通過簡(jiǎn)化、類比、抽象等手段，把研究對(duì)象從模糊的現(xiàn)象中抽象出其本質(zhì)特征。用建模思想解決化學(xué)問題，就是將所認(rèn)識(shí)或待解決化學(xué)的問題建構(gòu)為概念或數(shù)學(xué)、物理關(guān)系。模型思想在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用是很廣泛的，一個(gè)概念、一條規(guī)律、一種反應(yīng)類型、一個(gè)假設(shè)體系等都可以成為一個(gè)思想模型。運(yùn)用這種思想模型認(rèn)識(shí)和解決化學(xué)問題，對(duì)問題所給的材料提煉加工，結(jié)合所學(xué)的知識(shí)，建立模型，隨后解決問題，利于培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力，對(duì)信息的理解，加工和歸納的能力及對(duì)科學(xué)家的思想和方法的領(lǐng)悟力。

初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，有諸多比較抽象的化學(xué)問題讓學(xué)生費(fèi)解，比如如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明二氧化碳與氫氧化鈉發(fā)生了反應(yīng)，如何檢驗(yàn)氫氧化鈉是否變質(zhì)及變質(zhì)的程度。對(duì)此類問題，如果學(xué)生沒有清晰的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S過程，可能會(huì)分析不夠準(zhǔn)確或者考慮不全面。下面，我找出初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中幾個(gè)常見的化學(xué)問題，并談一談如何通過建模思想來培養(yǎng)學(xué)生解決化學(xué)問題的能力。

1.初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中常見的化學(xué)問題與思想模型舉例。

2.建模思想的培養(yǎng)方式應(yīng)從學(xué)生認(rèn)知出發(fā)，逐步展開。

以鹽酸和氫氧化鈉是否反應(yīng)為例，教師首先要引導(dǎo)學(xué)生回顧化學(xué)變化的本質(zhì)是有新物質(zhì)生產(chǎn)，并介紹鹽酸和氫氧化鈉的酸堿性不同，以及氯化鈉溶液呈中性。接下來再引導(dǎo)學(xué)生交流討論分析出化學(xué)反應(yīng)前后哪些方面發(fā)生了明顯變化，從而設(shè)計(jì)可行有效的實(shí)驗(yàn)方案解決問題。學(xué)生可提出的實(shí)驗(yàn)方案有以下幾種：實(shí)驗(yàn)前加酸堿指示劑再觀察實(shí)驗(yàn)前后顏色變化，測(cè)實(shí)驗(yàn)前后溶液的pH值變化。當(dāng)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究得出結(jié)論后，教師可以寫出鹽酸和氫氧化鈉反應(yīng)的化學(xué)方程式，借助反應(yīng)的微觀動(dòng)畫理解中和反應(yīng)的微觀本質(zhì)，順勢(shì)從微觀粒子變化的角度引導(dǎo)學(xué)生歸納出這一問題解決的思維方法（思想模型）。

3.建模思想的培養(yǎng)方式應(yīng)由淺入深，逐步突破。

對(duì)于兩種物質(zhì)反應(yīng)后溶質(zhì)成分的情況有哪幾種情況，提出這個(gè)問題讓學(xué)生進(jìn)行猜想，對(duì)于學(xué)生來說剛開始可能一頭霧水，不知從何入手。那么教師組織教學(xué)的思路就尤為重要，我們可以設(shè)置幾個(gè)由淺入深的問題來達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，激發(fā)學(xué)生思維。以鹽酸和氫氧化鈉反應(yīng)后溶質(zhì)成分的情況分析為例，教師首先要引導(dǎo)學(xué)生寫出鹽酸與氫氧化鈉反應(yīng)的化學(xué)方程式，再由淺入深的提出幾個(gè)問題：鹽酸和氫氧化鈉是否一定恰好完全反應(yīng)？?jī)烧呋旌戏磻?yīng)后有幾種情況？這幾種情況對(duì)應(yīng)的反應(yīng)后所得溶液中的溶質(zhì)分別是什么？

我們可以按照下列步驟建立基本的思維模型：

第一步，寫出化學(xué)方程式：

一般可表示為A+B→ C+D（一般D 為沉淀、氣體或水，分析溶質(zhì)時(shí)無需考慮D的存在）。

第二步，進(jìn)行合理猜想：

【注意】因?yàn)榉磻?yīng)物之間會(huì)發(fā)生反應(yīng)而不能共存，所以不可能出現(xiàn)A和B 同時(shí)存在的情況。

第三步，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案：

首先確定所要檢驗(yàn)的物質(zhì)。

①生成物C和D是一定存在的，無需檢驗(yàn)。溶液中的溶質(zhì)中肯定含有NaCl，從微觀角度分析可知無需檢驗(yàn)鈉離子和氯離子。

②反應(yīng)物的檢驗(yàn)

【注意】生成物如果對(duì)反應(yīng)物的檢驗(yàn)造成干擾，則需先除去生成物，再進(jìn)行檢驗(yàn)。

然后確定檢驗(yàn)離子的方法：

氫離子的檢驗(yàn)方法：紫色石蕊、活潑金屬、碳酸鹽、氧化鐵、測(cè)pH等。氫氧根離子的檢驗(yàn)方法：無色酚酞、硫酸銅、測(cè)pH等。

第四步，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并得出結(jié)論：

取少量樣品加入適量試劑，觀察現(xiàn)象，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

建模是一種科學(xué)的思維方法，是一種認(rèn)識(shí)工具?；瘜W(xué)學(xué)習(xí)中的問題很多都是由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，由單一到綜合，通過建立典型的思維模型可以將復(fù)雜問題模型化并系統(tǒng)化解決。這些技能和方法不僅體現(xiàn)在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，其它方面也可以運(yùn)用建模思想解決問題，這里不一一闡述，我們?cè)诮虒W(xué)中可以多加研究和總結(jié)。