建模思想在高中化學(xué)解題中的應(yīng)用

摘

要：建模思想在理科類(lèi)的學(xué)習(xí)中經(jīng)常體現(xiàn)，在化學(xué)學(xué)習(xí)中利用建模思想本質(zhì)上是為了更好地鍛煉學(xué)生的抽象概括能力，讓化學(xué)反應(yīng)、原子核外電子排布、共價(jià)鍵、晶體結(jié)構(gòu)等模型更加清晰化，促使學(xué)生更輕松、更樂(lè)意去學(xué)習(xí)化學(xué)。教師應(yīng)當(dāng)在學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的過(guò)程中提供幫助，通過(guò)建模思想指導(dǎo)他們建立化學(xué)模型，在具體化學(xué)例題中通過(guò)建模應(yīng)用為學(xué)生提供更好的學(xué)習(xí)指引。文章就建模思想在高中化學(xué)解題中的應(yīng)用進(jìn)行探討分析，希望能夠給廣大教育工作者提供有效的建議。關(guān)鍵詞：建模思想；高中化學(xué)；解題應(yīng)用一、建模思想在高中化學(xué)解題過(guò)程中的模型應(yīng)用（一）構(gòu)建概念圖模型在學(xué)習(xí)的過(guò)程中，如果能夠?qū)D形與題目相結(jié)合，做到概念圖、網(wǎng)絡(luò)圖與試題的知識(shí)對(duì)比處理，能夠更快、更容易找到各個(gè)知識(shí)的關(guān)聯(lián)。在解化學(xué)方程式的各個(gè)物質(zhì)量時(shí)，通過(guò)概念圖的模型能夠明確地了解元素之間的關(guān)聯(lián)，通過(guò)這種關(guān)聯(lián)學(xué)生對(duì)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)就會(huì)有更大的把握，確保做題時(shí)不會(huì)出現(xiàn)畏懼的心理。【例題1】化學(xué)與生活密切相關(guān)，下列敘述錯(cuò)誤的是（

）A.高純硅可制作光感電池B.鋁合金大量用于高鐵建設(shè)C.活性炭具有除異味和殺菌作用D.碘酒可用于皮膚外用消毒這道題選擇C項(xiàng)。如果能夠?qū)D形建模銘記在心，則在這道題出現(xiàn)時(shí)每個(gè)選項(xiàng)都會(huì)有相關(guān)具體解釋。因?yàn)楣枋前雽?dǎo)體，而半導(dǎo)體是能夠制作光感電池的，所以A選項(xiàng)是符合的；鋁合金由于硬度大且力學(xué)性能較高，不僅在高鐵建設(shè)中較為常見(jiàn)，在航運(yùn)行業(yè)、金屬包裝、交通運(yùn)輸都有它的存在，所以B選項(xiàng)符合；活性炭的性質(zhì)是吸附性強(qiáng)，能夠很好地消除異味，但細(xì)菌和病毒是活性物質(zhì)，并不會(huì)因?yàn)楸晃街滤?，所以它并不能殺菌消毒；而碘酒能夠讓蛋白質(zhì)變性，通過(guò)將病毒的蛋白質(zhì)損壞使其死亡，所以能夠用于皮膚消毒。學(xué)生在解題過(guò)程中運(yùn)用概念圖會(huì)讓問(wèn)題變得不再?gòu)?fù)雜，理清做題思路的同時(shí)還能提升正確率。讓化學(xué)難題在圖形概念的加持下變得通俗易懂，通過(guò)提取關(guān)鍵因素讓題目中的重點(diǎn)一目了然。不過(guò)概念圖的熟練應(yīng)用需要教師不斷引導(dǎo)，將正確方法教給學(xué)生，通過(guò)課下提問(wèn)或者課前演練對(duì)學(xué)生進(jìn)行檢查，讓學(xué)生在練習(xí)中自覺(jué)養(yǎng)成圖形建模的思想。（二）構(gòu)建差值法模型差值法在化學(xué)反應(yīng)的化學(xué)計(jì)算中較為常見(jiàn)。在量變中不僅僅是物質(zhì)反應(yīng)前后的質(zhì)量，還有物質(zhì)反應(yīng)前后的熱量，氣體前后的體積、物質(zhì)之間的間隔變化等。在這類(lèi)變化中物質(zhì)的差值存在可探尋的法則，通過(guò)規(guī)律能夠發(fā)現(xiàn)其反應(yīng)差值存在比例關(guān)系，將比例關(guān)系與實(shí)際理論知識(shí)結(jié)合，在較小的誤差下利用化學(xué)建模方法對(duì)難題解答。在運(yùn)用差值法時(shí)應(yīng)分析題意，對(duì)化學(xué)反應(yīng)前后的各個(gè)物質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)密的計(jì)算，確保每個(gè)數(shù)據(jù)都是對(duì)的，排除由于數(shù)據(jù)錯(cuò)誤引起的誤差。若各項(xiàng)數(shù)據(jù)之間無(wú)比例關(guān)系，則差值法便不能使用。【例題2】將MnO2占a%的KClO3與MnO2的混合物取出，加熱MnO2，設(shè)質(zhì)量為m，由于KClO3分解時(shí)部分未完全消除，所以MnO2在固體混合物發(fā)生改變，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)有所增加，該分?jǐn)?shù)升至b%，求生成O2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。在計(jì)算該題的過(guò)程中由于氧氣生成，反應(yīng)前后都有固體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，始態(tài)量與終態(tài)量都能得到，所以通過(guò)求取固體的質(zhì)量差便可計(jì)算出氧氣的質(zhì)量，m/a%-m/b%液體質(zhì)量差值法即為氧氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。差值法在化學(xué)計(jì)算中較為廣泛，在化學(xué)反應(yīng)中，通過(guò)反應(yīng)前后物質(zhì)的變化進(jìn)行相加減，在客觀規(guī)律下進(jìn)行計(jì)算不僅使化學(xué)難題中抽象化的步驟變得具體化，還能通過(guò)差值運(yùn)算省去較多煩瑣的運(yùn)算步驟。（三）構(gòu)建化學(xué)方程式模型化學(xué)方程式模型屬于數(shù)學(xué)模型的一種，在化學(xué)的學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生往往會(huì)根據(jù)最基礎(chǔ)的化學(xué)方程式去選擇物質(zhì)之間的聯(lián)系，根據(jù)這些聯(lián)系找到各個(gè)物質(zhì)中的變量，最后將物質(zhì)反應(yīng)的變量通過(guò)計(jì)算得出。在化學(xué)中，物質(zhì)反應(yīng)時(shí)的質(zhì)變、量變都是有規(guī)律可循。若在解題時(shí)利用其中規(guī)律可讓難題更加簡(jiǎn)便，利用化學(xué)方程式模型進(jìn)行解題會(huì)讓學(xué)生在理解物質(zhì)變化的過(guò)程中更為生動(dòng)形象，通過(guò)其中的化學(xué)規(guī)律推算出各個(gè)物質(zhì)的含量。在進(jìn)行解題的過(guò)程中一些質(zhì)變、量變都能在化學(xué)方程式的模型中進(jìn)行適當(dāng)?shù)臉?biāo)注，在標(biāo)注中查看化學(xué)計(jì)量數(shù)據(jù)讓學(xué)生在計(jì)算時(shí)不需要時(shí)刻銘記答題步驟。這在化學(xué)方程式中能夠有很好的體現(xiàn)。（四）構(gòu)建極值法模型極值法在數(shù)學(xué)建模中經(jīng)常出現(xiàn)在難度偏高的題目中，學(xué)生在解題過(guò)程中會(huì)遇到棘手的難題，部分題目給定的條件較少，若按照正常解題思路去做會(huì)使得問(wèn)題變得更加復(fù)雜，這時(shí)若能夠利用數(shù)學(xué)建模中的極值法會(huì)使思路更加清晰?！纠}3】在100ml的KOH溶液中通入2.24L的CO氣體，將兩種物質(zhì)融合在一起完全反應(yīng)，通過(guò)蒸餾的手段進(jìn)行處理，在該階段結(jié)束后得到6.4g白色固體，以此求KOH的溶液質(zhì)量。在對(duì)該問(wèn)題解答時(shí)，倘若用正常的列方程式然后對(duì)每個(gè)步驟進(jìn)行一步步的操作計(jì)算，KOH的質(zhì)量結(jié)果很容易出現(xiàn)誤差，若能夠利用極值法進(jìn)行計(jì)算，假設(shè)其KOH質(zhì)量的最大值與最小值，然后再對(duì)其結(jié)果進(jìn)行規(guī)律性推理就很容易計(jì)算出KOH溶液的質(zhì)量。所以極值法在模型中對(duì)問(wèn)題進(jìn)行假設(shè)，通過(guò)提取關(guān)鍵因素讓題目中的重點(diǎn)一目了然，讓難以理解的題目變得更加簡(jiǎn)單。二、化學(xué)解題思路模型在高中化學(xué)解題中的應(yīng)用策略（一）接受模仿法在高中化學(xué)解題中的應(yīng)用策略在化學(xué)學(xué)習(xí)中應(yīng)用接受模仿法是較為常見(jiàn)的，如果教師在給出特定的解題思路后，學(xué)生仍不能完全理解題目，教師可以通過(guò)建立模型幫助學(xué)生解決較難的題目。班級(jí)內(nèi)部學(xué)生的化學(xué)水平存在差異是一定的，在面對(duì)較難的題目時(shí)，部分學(xué)生會(huì)對(duì)其毫無(wú)頭緒且無(wú)法下筆，這時(shí)就需要教師運(yùn)用接受模仿法。通過(guò)提升學(xué)生的認(rèn)知水平以及學(xué)生基礎(chǔ)將學(xué)生化學(xué)考試成績(jī)有一個(gè)質(zhì)的提升。比如，在化學(xué)教材中在學(xué)習(xí)晶體結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，有些學(xué)生對(duì)這些結(jié)構(gòu)的想象力不夠，很難建立起學(xué)習(xí)框架，因此沒(méi)有足夠的認(rèn)知，學(xué)完就忘的可能性大。這個(gè)時(shí)候就可以通過(guò)接受模仿法讓學(xué)生從模仿中更好地對(duì)晶體結(jié)構(gòu)有了解并熟記于心。關(guān)于晶體結(jié)構(gòu)主要分為四部分，分別為分子晶體、共價(jià)晶體、金屬晶體、離子晶體，教師可以從熔沸點(diǎn)、硬度、溶解性等幾個(gè)特性中去分析這些晶體結(jié)構(gòu)的不同點(diǎn)，學(xué)生在模仿中可以接受教師生動(dòng)形象的教育，觀察晶體結(jié)構(gòu)的教學(xué)。教師在平時(shí)的教學(xué)過(guò)程中盡可能地運(yùn)用建模思想，累積科學(xué)規(guī)范的解題方式，讓學(xué)生主動(dòng)了解且學(xué)會(huì)總結(jié)歸納，使學(xué)生掌握晶體結(jié)構(gòu)的主要意義。（二）逐項(xiàng)分析法在高中化學(xué)解題中的應(yīng)用策略在化學(xué)解題過(guò)程中，選擇題的比重較大，也是最能拉開(kāi)學(xué)習(xí)化學(xué)成績(jī)差距的題型，若學(xué)生能夠?qū)x擇題中每個(gè)選項(xiàng)進(jìn)行細(xì)致分析，且逐項(xiàng)分析化學(xué)試題，便會(huì)打下良好的化學(xué)學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。在每個(gè)選擇題中對(duì)所有選項(xiàng)都進(jìn)行逐個(gè)分析，定性分析其基本理論與物質(zhì)性質(zhì)。各項(xiàng)基礎(chǔ)題中的題型都會(huì)摻雜容易出錯(cuò)的地方，出題人會(huì)經(jīng)常利用這些具有迷惑性的選項(xiàng)進(jìn)行相關(guān)設(shè)置。常見(jiàn)的知識(shí)點(diǎn)有有機(jī)化學(xué)性質(zhì)分析、離子在游離狀態(tài)是否會(huì)共存、元素性質(zhì)與周期表位置是否有關(guān)等?！纠}4】X、Y、Z、W、M五種短周期元素，X、W、Z、W在同一個(gè)周期內(nèi)，Z、M的主族相同，X+M2-的電子層結(jié)構(gòu)相同，晶體Y熔點(diǎn)在這五種單質(zhì)中是最高的，硬度也是最大的。選項(xiàng)中正確的是（

）A.X、M只有X2M能夠被組成化合物B.W、Z、M元素在組成簡(jiǎn)單氫化物中其相對(duì)分子質(zhì)量隨順序以此降低C.單質(zhì)Y、Z、M在晶體組成上是同種類(lèi)型D.W、M的某些單質(zhì)能夠?qū)λM(jìn)行消毒正確答案為B。題目中重點(diǎn)考察元素周期表，解題時(shí)應(yīng)當(dāng)運(yùn)用逐項(xiàng)分析法對(duì)題型進(jìn)行大致概括，首先利用元素周期律對(duì)五個(gè)元素的性質(zhì)進(jìn)行判斷，從位置、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)上逐個(gè)分析，得出其元素分別是Na、Si、S、Cl、O，然后再對(duì)其單質(zhì)、化合物、晶體進(jìn)行猜測(cè)取舍，最終確定正確答案。實(shí)際教學(xué)中，部分學(xué)生對(duì)題目一知半解就開(kāi)始對(duì)題目的選項(xiàng)進(jìn)行分析。其實(shí)認(rèn)真研讀題目才是提升效率的重要手段，不應(yīng)該盲目做題，要應(yīng)敢于打破傳統(tǒng)的化學(xué)式分析模型，將高中化學(xué)學(xué)習(xí)的相應(yīng)知識(shí)巧妙地融合在解題中，對(duì)每個(gè)選項(xiàng)無(wú)論對(duì)錯(cuò)都要進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單了解，在確保自己的結(jié)論是正確時(shí)再去排除，在理性逐項(xiàng)分析的過(guò)程中將難題解決。（三）特例反駁法在高中化學(xué)解題中的應(yīng)用策略化學(xué)解題過(guò)程中對(duì)特例反駁法的應(yīng)用較多，因?yàn)槊總€(gè)選擇題中的選項(xiàng)都有正確成分在其中，如果學(xué)生在解化學(xué)難題的過(guò)程中能夠?qū)⒗舆\(yùn)用到參考項(xiàng)，可提升做題質(zhì)量，加快學(xué)生做題效率。學(xué)生只需要在接觸過(guò)的知識(shí)點(diǎn)中開(kāi)辟新的途徑，通過(guò)特例對(duì)各個(gè)選項(xiàng)進(jìn)行排除，即使在選項(xiàng)中遇到不會(huì)的也能夠通過(guò)排除法選中正確的答案。【例題5】鈉鹽溶液中可能含有NO2-、SO42-、SO32-、CO3-、CL-、I-離子，取四份樣品進(jìn)行測(cè)定，溶液一中pH試紙測(cè)得pH大于7；溶液二加入HCL生成刺激性氣體；溶液三加AgNO3產(chǎn)生白色沉淀與刺激性氣體；溶液四加BaCl2溶液產(chǎn)生白色沉淀。測(cè)試中確定離子中只有NO2-、CO3-、Cl-離子存在，下列選項(xiàng)中只需完成哪幾個(gè)測(cè)試即可完成實(shí)驗(yàn)（

）A.一二四B.三四C.一三四D.二三正確答案為B。如果把握好這道題的關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)，明確NO2-的檢驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)，運(yùn)用特例將ACD三項(xiàng)排除，則很容易便可將這道題做對(duì)，學(xué)生需要做到熟練檢驗(yàn)NO2-離子，通過(guò)其檢驗(yàn)方法進(jìn)行對(duì)其他選項(xiàng)的排除，通過(guò)練習(xí)將特例反駁法熟練掌握，加強(qiáng)重視相近實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的區(qū)別對(duì)待。學(xué)生通過(guò)特例反駁法進(jìn)行推理總結(jié)，不僅節(jié)省了做題時(shí)間，對(duì)化學(xué)的自主探究能力也是極大的提升，學(xué)生在自主建模過(guò)程中能夠明確題目中的關(guān)鍵點(diǎn)，提升做題效率。（四）概括歸納法在高中化學(xué)解題中的應(yīng)用策略概括歸納法在化學(xué)研究中被廣泛使用，一些化學(xué)定理、規(guī)律、公式等都是通過(guò)概括歸納總結(jié)出來(lái)。從個(gè)別到一般，在化學(xué)解題中從特殊到普遍、從經(jīng)驗(yàn)事實(shí)到事物內(nèi)在規(guī)律性的各種題型都需要概括歸納，若在教學(xué)過(guò)程中學(xué)生對(duì)模型的結(jié)構(gòu)沒(méi)有細(xì)致的認(rèn)知，或不能快速回答出對(duì)錯(cuò)就要引起教師注意了。如果學(xué)生能夠在平時(shí)的解題過(guò)程中盡可能地運(yùn)用建模思想，累積科學(xué)規(guī)范的解題方式，對(duì)所學(xué)知識(shí)主動(dòng)了解且善于總結(jié)歸納，那么將能夠掌握解答化學(xué)問(wèn)題的思路，形成解題的規(guī)范化模型，從而盡可能地降低解題失誤概率。教師需要通過(guò)不斷變化的題目對(duì)學(xué)生進(jìn)行針對(duì)性地設(shè)計(jì)，通過(guò)類(lèi)型化的題目讓學(xué)生對(duì)化學(xué)學(xué)習(xí)有一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)。一味地生搬硬套會(huì)使學(xué)生缺乏解題能力，應(yīng)用模型所得出的結(jié)論也會(huì)在教師給出解釋后快速遺忘。三、建模教學(xué)應(yīng)用于高中化學(xué)的反思（一）以長(zhǎng)遠(yuǎn)眼光對(duì)待建模教學(xué)建模思想應(yīng)用在高中化學(xué)解題的過(guò)程中不是一成不變的，其模型、思維結(jié)構(gòu)、表達(dá)方式都在隨著時(shí)代科技的改革而不斷改變。建模結(jié)構(gòu)隨之變化時(shí)需要得到正確的引進(jìn)，在引進(jìn)時(shí)對(duì)其修正。因?yàn)槟Ｐ偷膶?shí)質(zhì)不僅僅是模型，它應(yīng)當(dāng)在檢驗(yàn)與修正中得到發(fā)展，讓學(xué)生與教師在建模教學(xué)的發(fā)展中共進(jìn)步。（二）不斷更新構(gòu)建模型的化學(xué)軟件學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中普遍都是枯燥乏味的，尤其在數(shù)理化這類(lèi)邏輯性較強(qiáng)的理科學(xué)科中，若在平時(shí)教學(xué)中對(duì)教學(xué)方法有所改善，通過(guò)建模軟件讓晶體模型、有機(jī)物結(jié)構(gòu)、微觀物