模型認(rèn)知在有機推斷問題解決中的應(yīng)用

汪紀(jì)苗+周千紅

摘要：無法構(gòu)建有機推斷的模型認(rèn)知是有機推斷問題解決中的難點。模型認(rèn)知是對事物的理性認(rèn)知，是學(xué)習(xí)化學(xué)的重要方法，在有機推斷問題解決中具有重要作用。在有機問題解決中，存在題型分析模型、合成模型、推斷模型等，通過實例說明這些模型的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：模型；模型認(rèn)知；有機推斷；問題解決

文章編號：1005-6629（2017）8-0076-05

中圖分類號：G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

1有機推斷問題解決的難點

問題解決是指由一定情境引起的按照一定目標(biāo)、應(yīng)用一定認(rèn)知操作或技能活動，使問題得以解決的過程。有機推斷問題解決是根據(jù)有機物間的衍變關(guān)系而設(shè)計的。這類問題通常以新藥、新的染料中間體、新型有機材料等的合成作為載體，通過引入新的信息，組合多個化合物的反應(yīng)合成具有指定結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物，從中引出相關(guān)的各類問題，如推斷各有機物的結(jié)構(gòu)和所含官能團(tuán)、判斷反應(yīng)類型、考查化學(xué)方程式的書寫、書寫同分異構(gòu)體、有機合成等。有機推斷題將有機化學(xué)知識進(jìn)行整合，對學(xué)生有機化學(xué)知識結(jié)構(gòu)、知識水平、觀察能力、分析能力、遷移能力、邏輯思維能力等進(jìn)行綜合考查，具有很好的區(qū)分度，是中學(xué)有機化學(xué)的熱點及難點。

實踐表明，高中學(xué)生在有機推斷問題解決中存在對有機推斷題邏輯結(jié)構(gòu)缺乏整體的理解，習(xí)慣于運用片斷、零碎、特征的有機知識和單向的思維方式進(jìn)行推斷，普遍缺乏有機推斷的整體模型認(rèn)知等問題，在遇到綜合度高、題給信息多、思維深度大的有機推斷題時往往束手無策，在遇到推斷困境時又不能轉(zhuǎn)換思維角度，導(dǎo)致有機推斷問題不能得到解決。

如浙江省2016年10月選考第32題（見本文例題），學(xué)生在推斷和解答時遇到的主要困難有：①根據(jù)常規(guī)的順推和逆推方法推斷出A、B或D，但無法推斷出所有物質(zhì)；②因同分異構(gòu)知識基礎(chǔ)不扎實，不能根據(jù)A、E、F屬于同分異構(gòu)體的信息推斷出F的結(jié)構(gòu)；③題給的轉(zhuǎn)化信息無法經(jīng)閱讀理解并應(yīng)用于試題中，不知如何下手，導(dǎo)致G的結(jié)構(gòu)不能推斷；④書寫A的同分異構(gòu)體時出現(xiàn)遺漏；⑤設(shè)計F的合成路線時，不能由試題的流程轉(zhuǎn)化順序和題給信息遷移于合成路線的設(shè)計，出現(xiàn)先還原硝基后氧化甲基的錯誤。造成這些困難的原因除了學(xué)生有機化學(xué)概念掌握多少及其知識結(jié)構(gòu)化程度的高低外，更是因為在思維策略上沒有構(gòu)建有機推斷的模型認(rèn)知，解題時只見樹木不見森林，推斷時存在片面性和隨機性，缺少思維的整體性、靈活性和發(fā)散性。

2模型認(rèn)知在有機推斷問題解決中的作用

2.1模型認(rèn)知是對事物的理性認(rèn)知

人們認(rèn)識客觀事物的過程，是由表及里，由現(xiàn)象到本質(zhì)地反映客觀事物特征與內(nèi)在聯(lián)系的心理活動。對事物的認(rèn)知過程，總是在表象、細(xì)節(jié)知識和抽象知識之間的多次折返（圖1）。在表象之上，是經(jīng)由歸納抽象出來的經(jīng)驗、假設(shè)和模仿；在表象之下，是大量更加真實與繁密的細(xì)節(jié)性信息，反思和行動就成了這三者之間折返的橋梁。反思和行動越多，我們就越能從表象過渡到更多的抽象理念和具象事實我們認(rèn)識了事實的真實本質(zhì)以后，通過抽象的方法，以某種程度的類似再現(xiàn)另一個系統(tǒng)（原型）的系統(tǒng)，并且在認(rèn)識過程中以它代替原物，依據(jù)其表現(xiàn)出來的某些本質(zhì)特征，進(jìn)行歸納，抽取其實質(zhì)特征，建立相應(yīng)的該原理模型，并在認(rèn)知系統(tǒng)中進(jìn)行歸類。

2.2模型認(rèn)知是化學(xué)學(xué)習(xí)的重要方法

建模是認(rèn)知、科學(xué)探究和問題解決的基礎(chǔ)。建模作為科學(xué)理論與經(jīng)驗世界，或是現(xiàn)象與模型之間的橋梁，透過建模過程將觀察實體或現(xiàn)象予以簡化，并與所觀察的體驗相互比較。奧蘇貝爾的學(xué)習(xí)理論認(rèn)為，采用建模思想，將化學(xué)問題中次要的、非本質(zhì)的信息舍去，可使本質(zhì)的知識變得清晰，更容易納入學(xué)習(xí)者已有的知識框架中，使學(xué)生在解決化學(xué)問題時，遷移更容易。認(rèn)知科學(xué)實驗證明，結(jié)構(gòu)化的知識便于學(xué)生記憶、概括和理解，有助于解決問題。化學(xué)模型這一認(rèn)知工具恰好把化學(xué)問題或知識有序編碼，有利于知識的結(jié)構(gòu)化和組織化，使知識或問題以結(jié)構(gòu)或形象表達(dá)的形式在人腦中有序編碼。對事物的本質(zhì)認(rèn)識越深入，抽象提煉的模型越底層，越具有規(guī)律性和普遍適用性。

2.3模型認(rèn)知在有機推斷問題解決中的作用

高中化學(xué)把“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”作為核心素養(yǎng)之一，并要求“能認(rèn)識化學(xué)現(xiàn)象與模型之間的聯(lián)系，能運用多種模型來描述和解釋化學(xué)現(xiàn)象，預(yù)測物質(zhì)及其變化的可能結(jié)果；能依據(jù)物質(zhì)及其變化的信息建構(gòu)模型，建立解決復(fù)雜化學(xué)問題的思維框架”。有機推斷問題解決中信息繁多、反應(yīng)多步、結(jié)構(gòu)多樣、方法多變，但這只是表象，通過對有機推斷的本質(zhì)認(rèn)識.提煉形成認(rèn)知模型后能整體理解試題信息，統(tǒng)籌有機知識和題給信息，運用整體思維和轉(zhuǎn)化思維，抓住有機轉(zhuǎn)化的本質(zhì)，更高效地進(jìn)行有機推斷問題解決。通過多種推斷模型的構(gòu)建，既解決有機推斷中的問題，又有助于提高學(xué)生的模型構(gòu)建能力、類比遷移能力、信息分析處理能力和邏輯思維能力，提升學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)。

3有機推斷問題解決中模型認(rèn)知的類型與應(yīng)用思路

有機推斷問題解決為“瀆題→析題→推斷→析問→答題”的過程，過程中讀題、析題和推斷往往是問題解決的關(guān)鍵所在，由此構(gòu)建了題型分析模型、合成模型和推斷模型。

3.1題型分析模型

有機推斷題的結(jié)構(gòu)可分為題頭、題干和題尾（問題項）三部分。題型分析模型如圖2。題頭往往是關(guān)于目標(biāo)產(chǎn)物的介紹，起拓展知識視野的作用，對推斷問題解決意義不大；題干是最重要的信息，以合成流程框圖和題給信息形式呈現(xiàn)，合成流程從一種或幾種原料出發(fā)，經(jīng)過一系列反應(yīng)轉(zhuǎn)化得到一種或幾種產(chǎn)物，合成流程中會給出部分物質(zhì)的結(jié)構(gòu)或分子式、反應(yīng)的條件等，此外題干中還經(jīng)常給出新反應(yīng)的信息；題尾的問題項包括多個不同難度的小題。浙江省選考的有機推斷的題尾常為考查官能團(tuán)的名稱書寫、反應(yīng)類型的判斷、有機物的結(jié)構(gòu)推斷、有機方程式書寫.結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系的判斷、限制條件的同分異構(gòu)體的書寫、有機合成路線設(shè)計等。

3.2合成模型

有機物的合成一般都按照“原料→反應(yīng)→目標(biāo)產(chǎn)物”的流程進(jìn)行。要從原料到目標(biāo)產(chǎn)物，往往需要經(jīng)過碳鏈增減、官能團(tuán)轉(zhuǎn)化、成環(huán)開環(huán)等結(jié)構(gòu)上的變化，這些變化必須通過有機反應(yīng)實現(xiàn)。有機推斷題以簡單有機物的合成路線為素材，以轉(zhuǎn)化框圖為呈現(xiàn)形式，對合成路線中牽涉到未學(xué)過的反應(yīng)則以題給信息進(jìn)行補充。有機合成中原料可以是一種或多種，目標(biāo)產(chǎn)物也可以是一種或多種，反應(yīng)千變?nèi)f化，但萬變不離其宗，有機推斷中的合成模型如圖3。合成模型的構(gòu)建幫助我們認(rèn)識到有機轉(zhuǎn)化復(fù)雜流程中物質(zhì)轉(zhuǎn)化的本質(zhì)：原料一產(chǎn)物，這為推斷模型的構(gòu)建掃清了障礙。

3.3推斷模型

有機推斷的核心是推斷各有機物的結(jié)構(gòu)。由于目標(biāo)產(chǎn)物由原料合成得到，原料的碳骨架結(jié)構(gòu)必然會在目標(biāo)產(chǎn)物中呈現(xiàn)，比較原料和產(chǎn)物的碳骨架結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)變化，從而對產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理切斷，對不能用已學(xué)知識進(jìn)行切斷的反應(yīng)往往由題給信息類比獲取后切斷，然后由“原料→切斷的中間產(chǎn)物→產(chǎn)物”推導(dǎo)出預(yù)測的合成路線，再與題給的實際合成路線進(jìn)行對比，推斷出各有機物的結(jié)構(gòu)。構(gòu)建的推斷模型如圖4。

這種推斷模型立足于產(chǎn)物合成的整體信息，主要從原料和目標(biāo)產(chǎn)物的碳骨架結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)變化對目標(biāo)產(chǎn)物進(jìn)行切斷和連接的推斷，然后白主構(gòu)思合成路線，再與題給的合成路線相印鑒，從而進(jìn)行推斷。這種推斷方法稱之為整體結(jié)構(gòu)——息分析法。

4有機推斷問題解決中模型認(rèn)知的應(yīng)用案例

下面以浙江省2016年10月選考第32題為例，說明有機推斷認(rèn)知模型的構(gòu)建和應(yīng)用。

運用整體結(jié)構(gòu)一信息分析的推斷模型，通過比較原料和產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)（碳骨架結(jié)構(gòu)、碳原子數(shù)和官能團(tuán)結(jié)構(gòu)），對產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理切斷，再對產(chǎn)物的合成路線和中間產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理推測，最后與題給的實際合成路線進(jìn)行對照，辨析和推斷得到所有物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。運用構(gòu)建的模型解決有機推斷問題時能跳出試題看試題，從解題者向命題者轉(zhuǎn)化，能顯著提高解題的自信心和準(zhǔn)確率。endprint