從三個角度建模提升證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)-以化學(xué)平衡三道典型例題為例

1、 從三個角度建模，提升證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)以化學(xué)平衡三道典型例題為例 摘 要:化學(xué)平衡的內(nèi)容較為抽象，學(xué)生很難理解透徹。通過選取化學(xué)平衡的三道典例，依據(jù)證據(jù)推理和模型認(rèn)知的素養(yǎng)水平的三個層次，分別從生活事實、宏觀與微觀結(jié)合和模型和原型的關(guān)系三個角度建模，利用思維導(dǎo)圖將問題的解決過程可視化，提升證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)。關(guān)鍵詞:化學(xué)平衡；建模；證據(jù)推理；模型認(rèn)知“一核四層四翼”的高考評價體系明確了必備知識、關(guān)鍵能力、學(xué)科素養(yǎng)、核心價值“四層”考查內(nèi)容，可見學(xué)科素養(yǎng)成為一項重要的考查內(nèi)容?；瘜W(xué)平衡作為化學(xué)的主干知識，是高考必考的內(nèi)容。這部分的內(nèi)容雖然抽象難懂，但是是培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理與模型認(rèn)知的重要

2、素材。有些教師在講解習(xí)題的時候，殊不知其實質(zhì)是在引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行“問題 模型 求解”建模的過程，導(dǎo)致學(xué)生很難理解透徹。筆者通過選取了化學(xué)平衡的三道典例，分別從生活事實、宏觀與微觀的結(jié)合、模型與原型的關(guān)系三個角度建模，利用思維導(dǎo)圖將問題的解決過程可視化，提升證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)。一、從生活事實建模化學(xué)是一門來源于生活，又服務(wù)于生活的學(xué)科?；瘜W(xué)知識可以用來解釋生活中的現(xiàn)象，生活中的現(xiàn)象又可以用來驗證化學(xué)知識。證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)中素養(yǎng)水平1指出：能從物質(zhì)及其變化的事實中提取證據(jù)，能將化學(xué)事實和理論模型之間進(jìn)行關(guān)聯(lián)和合理匹配。1典例1 在一定溫度、恒容下，下列敘述不是可逆反應(yīng)a(g)+4b(g)2c

3、(s)達(dá)到化學(xué)平衡的標(biāo)志的是（ ）a.單位時間消耗amol a，同時生成4amol bb.氣體的密度不再變化c.混合氣體的總壓強不再變化d.氣體的平均相對分子質(zhì)量不再變化解析：根據(jù)化學(xué)平衡的定義可知，達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志可歸納為兩種模型：1、v正=v逆；2、變量不變。a選項可用v正=v逆這種模型解決，bcd選項可用“變量不變”這種模型解決。b選項根據(jù) ，其中m是變量，v是定值，可知密度是個變量，所以b選項是反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志。c選項根據(jù)反應(yīng)物和生成物氣體的物質(zhì)的量不同，可知p總是變量，所以所以c選項是反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志。d選項隨著反應(yīng)的正向進(jìn)行，根據(jù) ，氣體的質(zhì)量和物質(zhì)的量都

4、減小，從這個角度不能判斷 是否為定值。如果我們從生活中尋找模型，把a、b分別看成空氣中的o2和n2，生活事實告訴我們，從空氣中抽取一部分空氣到容器中，空氣的平均相對分子質(zhì)量仍然是29。由此可知選項d中 是個定值，其不能作為反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡狀態(tài)的標(biāo)志，所以答案選d。如圖1所示。圖 1 從生活事實建模化學(xué)知識可用于解釋生活中的現(xiàn)象，同時生活事實又是驗證化學(xué)知識的豐富素材。利用生活事實建模，可以將抽象復(fù)雜的化學(xué)平衡問題的解決過程具體化、可視化，在解決問題的同時又可以培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)。2. 從宏觀和微觀的結(jié)合上建模化學(xué)特征之一，就是從微觀的角度，揭示物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、特性和變化的本質(zhì)。因

5、此，學(xué)化學(xué)，要善于將宏觀和微觀相聯(lián)系，學(xué)會以宏觀與微觀結(jié)合為特征，分析和解決問題的方法。證據(jù)推理和模型認(rèn)知素養(yǎng)中素養(yǎng)水平指出：能夠從宏觀到微觀的角度收集證據(jù)，能夠根據(jù)證據(jù)的不同角度對問題進(jìn)行分析，推出合理結(jié)論。1典例2 判斷下列說法是否正確：2no2(g)(紅棕色) n2o4(g)(無色)h0，在平衡后，對平衡體系采取縮小容積、增大壓強的措施，因為平衡向正反應(yīng)方向移動，故體系顏色變淺。解析：該反應(yīng)的正反應(yīng)方向為氣體體積減小的方向，部分學(xué)生因脫離實驗的宏觀現(xiàn)象，錯誤地認(rèn)為增大壓強，化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動，所以體系的顏色變淺。但是，如果我們從宏觀和微觀結(jié)合的角度進(jìn)行建模，可知題干的說法是錯誤的。

6、體系加壓后那一瞬間，單位體積內(nèi)c(no2)增大，體系顏色變深，根據(jù)勒夏特列原理，平衡向著減弱這種改變的方向移動，即向著正反應(yīng)方向移動，c(no2)減小，體系顏色變淺，但比加壓前要深。如圖2所示：圖 2 從宏觀和微觀的結(jié)合上建模宏觀辨識與微觀探析是辯證統(tǒng)一的，我們不可以割裂開來。宏觀的實驗現(xiàn)象是我們進(jìn)行解題建模的基礎(chǔ)，微觀探析讓我們的理解更加深刻。從宏觀和微觀結(jié)合的角度進(jìn)行建模，可以更好地透過現(xiàn)象看清問題的本質(zhì)，從而更好地解決抽象的問題，真正做到“見宏思微，以微窺宏”。3. 從模型和原型的關(guān)系上建模査有梁在論教育建模時認(rèn)為，建?？梢杂懈鶕?jù)原型進(jìn)行建模、針對問題解決建模和從理論出發(fā)建模等幾條路徑。

7、2根據(jù)原型進(jìn)行建模，其模型的建構(gòu)過程是“原型 模型 新型”。證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)中素養(yǎng)水平3指出：能對模型和原型的關(guān)系進(jìn)行評價以改進(jìn)模型。典例 3 將4mol so2與2 mol o2的混合氣分別置于容積相等的甲、乙兩容器中，甲是恒壓容器，乙是恒容容器。發(fā)生反應(yīng)：2so2(g)+o2(g) 2so3(g) h 乙b.平衡常數(shù)：甲乙c.反應(yīng)放出的熱量：甲乙d.保持容積不變，使乙容器升溫可以使甲乙容器中so2物質(zhì)的量相等解析：本題主要考查的是恒壓（甲）和恒容（乙）條件下，反應(yīng)2so2(g)+o2(g) 2so3(g)達(dá)到平衡時，多個量的大小對比。因為恒容下，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，體系的壓強逐漸減??；而

8、恒壓下，體系的壓強保持不變，所以恒容到恒壓的變化，就可以理解為增大體系的壓強。其原型就是考查壓強變化，平衡移動的問題。a選項中，甲壓強較大，正反應(yīng)程度較大，所以甲中so3體積分?jǐn)?shù)較大。b選項中，溫度不變，平衡常數(shù)不變。c選項中，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以甲放出的熱量較多。d選項中，乙裝置升溫，平衡逆向移動，兩裝置中so2物質(zhì)的量差值更大。如圖3所示：圖 3 從模型和原型的關(guān)系上建?！霸?模型 新型”的解題建構(gòu)過程可分為兩個步驟：第一個步驟就是從題目的“新型”出發(fā)，尋找“新型”和“原型”的區(qū)別和聯(lián)系，構(gòu)建解題“模型”，將“新型”轉(zhuǎn)化為熟悉的“原型”；第二個步驟就是利用找到的“原型”通過已建構(gòu)的“模型”去解決“新型”所提出的問題?？傊?高考對我們的學(xué)習(xí)是一個“指揮棒”，從2019年全國高考三套化學(xué)卷可知，高考更加注重設(shè)置真實的問題情境、新穎的試題呈現(xiàn)方式和設(shè)問方式。一線教師要從“以題講題”的應(yīng)試圈子跳出來，做到精選例題，在講解例題的過程中要注重從不同的角度引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行讀題、審