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【摘 要】思维建模是抽取一类问题的本质特征,形成对该类问题的结构化认识,并找出问题解决方案的认知方法.思维建模包括分析、建模和解模三个过程.在教学中掌握化学思维建模方法会起到事半功倍的效果.
【关 键 词】化学思维建模
思维模型建构简称思维建模,是对问题进行辨认和界定,并与原有认知结构对接、同化、整合、拓展,抽取该类问题的本质特征,最终形成该类问题的结构化认识,并找出问题解决方案的认知方法.其原理就是人们常说的“把未知转化为已知,用已知来解决未知”.
一、思维建模的过程
思维建模包括分析、建模和解模三个过程.
分析过程：主要是对特定的研究对象进行抽象、概括,抓住其主要信息及与相关对象的共性特征.
建模过程：主要是抽象思维或非逻辑思维的应用,通过舍弃研究对象的一些次要细节及非本质的联系,对研究对象的主要信息做出一些必要的简化、假设和一般化处理,并用适当的文字、公式或实物等方式去再现原型的各种复杂结构、特征、功能和联系,以建构相对固定的思维模型.
解模过程：主要是逻辑思维的运用,运用已经建构的思维模型去解释研究对象,解决实际问题.
二、思维建模的教学运用
空气是一种无色、无味的气体,不易被人察觉.直到1777年拉瓦锡才通过实验认识到空气是由O2、N2组成的混合气体.教科书中同时呈现拉瓦锡当年的实验装置和现代教师演示的装置图,其实验原理的选择和实验装置的演变值得化学初学者深入探究.
1.分析过程.
学生是信息加工的主体,学生将其所获得的新知与已有知识建立起实质性的联系是完成思维建模的关键.怎样才能有效地引导学生寻找新知的固着点和生长点呢?笔者认为应当合理地设置问题,引导学生利用分析、比较、抽象、概括等思维方法寻找新知与已有知识的共同属性,以问题的解决为分析过程的驱动力.
此实验可设置如下问题：如何让空气中的氧气显现出来?怎样让O2、N2分离?为什么烧杯中的水会流入集气瓶中?能否用蜡烛代替红磷?拉瓦锡的装置与现在的实验装置在设计上有哪些相似之处?为什么现在不用汞而改用红磷?由此实验可以获得哪些结论?
在分析过程中教师要适时结合学生已有经验加以点拨,帮助学生理解.如学生在生活中已知道用水来检验车胎是否漏气,由此可寻找出问题的共同属性,解决“如何让空气中的氧气显现出来”,也可让其在水中显现气体的外形；再如教师还可补充如图实验,学生很容易理解上升的水的体积等于抽走气体的体积.
2.建模的过程.
通过上述的分析可以获得以下思维模型：
（1）测量气体的体积可以用转化的方法：无形的气体可以通过液体显现出来.
（2）可以通过化学变化等方法去除混合物中的某一种.
（3）气体压强的改变导致液体的流动.
（4）根据实验原理可以设计多种装置完成实验,综合考虑,好中选优.
3.解模的过程.
解模可以通过设置相关问题情境或习题加以练习.
【案例1】下图是某校学生设计空气成分测定实验的装置图,请分别说出实验的可能现象.
【分析】此题可对刚建好的思维模型进行及时巩固,同时通过E中“活塞先向右移动,最后回到‘4’的位置”这一现象与先前认识“压强减小”产生认知冲突,由此可建新模――温度升高气体压强增大,温度降低气体压强减小.因此,分析、建模、解模的过程也是一个螺旋提升、不断实现新思维建模的过程.
【案例2】下图不能用于检查装置气密性的是（）.
【分析】可通过“无形的气体可以通过液体显现出来”的思维模型来解答.如图是用来测量气体体积的装置,若原广口瓶中的水没有装满,则对气体的测量结果有无影响?也要通过此思维模型来解答.
【案例3】下图不能用来证明CO2能与NaOH反应的装置是（）.
【分析】此组实验是利用“无形的气体可以通过液体显现出来”“压强的改变导致液体的流动”思维模型解答,同时也可拓展得出新思维模型：“呈现气体及压强的变化除液体外还有多种,如等”
三、思维建模的实践心得
第一,思维建模在实际教学中已经被自觉或不自觉地运用,现提出使其凸显出来,意在引起师生关注,使教学思维更加清晰.
第二,思维建模的主体是学生,要充分发挥学生的主体性和能动性,创设适当的问题情境,以问题解决为驱动力,以培养学生分析、解决问题的能力为目的.同时了解学生现有的认知结构,找准思维建模的生长点,设置巧妙的问题及恰当的点拨,也是教师教学基本功的体现.
第三,初中化学思维建模有多种,在教学中要不断帮助学生归纳总结,一般可从以下角度引发学生思考：（1）操作步骤──为达某一实验目的,应当经过哪些操作步骤?这些步骤先后顺序如何确定?为什么要经过这些步骤?为什么要安排这种顺序?省略或颠倒某些步骤会有什么影响?（2）注意事项──实施某个实验步骤时应注意做什么或不能做什么,原因何在?（3）安全措施――实验过程可能会出现什么不安全的事故?如何防范?万一出现事故应如何处置?依据何在?
在落实到某一具体的知识学习时,要从教学内容和学生水平的实际出发,抓住某些侧重点展开思维训练,没有必要也不可能面面俱到.要以建模思想梳理化学知识,通过建立形式表达模型,使化学知识形式化、规律化,从而不断地使知识网络化、系统化,建立自己的知识块.
第四,整个化学学习的过程是思维不断建模的过程,要想从繁杂的概念、现象中建模,是离不开教师分层次、有计划的指导训练的.化学思维建模最终是要形成化学知识中最本质、最核心的东西,化学思维建模可有效地将学生带离题海战的怪圈.
【参考文献】
[1]吴琼.中学化学教学建模[M].南宁：广西教育出版社,2003.
[2]王滋.化学建模教学课程设计的初步探索[J].中学化学教学参考,2006（7）.
[3]洪明.建模思想在高三化学复习中的应用[J].中学教学参考,2013（7）.
（作者单位：南京市浦口区乌江学校）