思維模型建構(gòu)在高三化學(xué)復(fù)習(xí)中的實(shí)踐

林立豪

[摘? ?要]模型建構(gòu)是理性思維培養(yǎng)的有效載體，模型建構(gòu)過(guò)程就是理性思維的具體體現(xiàn)和落實(shí)過(guò)程。通過(guò)典型例題的剖析使學(xué)生感知思維模型，引導(dǎo)學(xué)生自主分析、歸納提煉出解題的思維模型，并進(jìn)行針對(duì)性練習(xí)以檢驗(yàn)和調(diào)整思維模型，讓學(xué)生在實(shí)踐中不斷理解和完善思維模型，提升高三化學(xué)復(fù)習(xí)的質(zhì)量和效率。

[關(guān)鍵詞]思維模型;氧化還原反應(yīng);離子方程式;高三化學(xué)復(fù)習(xí)

[中圖分類號(hào)]? ?G633.8? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? ?A? ? ? ? [文章編號(hào)]? ?1674-6058（2019）17-0066-03

化學(xué)教學(xué)的目標(biāo)是通過(guò)化學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握相應(yīng)的知識(shí)技能，形成化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。高三復(fù)習(xí)階段，教師應(yīng)重視激發(fā)學(xué)生思維，引導(dǎo)學(xué)生深入理解所學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移和應(yīng)用，提升化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。但是，在教學(xué)實(shí)踐中會(huì)發(fā)現(xiàn)學(xué)生在復(fù)習(xí)之后并不能有效掌握和應(yīng)用所復(fù)習(xí)的知識(shí)，更不用說(shuō)掌握方法和提升技能了。產(chǎn)生這些問(wèn)題的主要原因是教師在教學(xué)過(guò)程中忽略對(duì)學(xué)生思維方法的指導(dǎo)，導(dǎo)致學(xué)生只是機(jī)械地掌握知識(shí)，沒(méi)有形成程序性和有效性的解決問(wèn)題方法，當(dāng)遇到知識(shí)的遷移和應(yīng)用時(shí)往往無(wú)法精準(zhǔn)抓住問(wèn)題的關(guān)鍵，也就無(wú)法厘清解決問(wèn)題的思路，找不到解決問(wèn)題的突破口。

教學(xué)實(shí)踐表明，思維模型的建構(gòu)能有效地提高高三化學(xué)復(fù)習(xí)的質(zhì)量和效率。理性思維是具有明確的思維指向和充分的思維依據(jù)，并建立在證據(jù)和邏輯基礎(chǔ)上的思維方式。模型是以客觀事實(shí)為依據(jù)建立起來(lái)的，是對(duì)事物及其變化所做的一種簡(jiǎn)化描述或模擬。思維模型建構(gòu)是一種重要的科學(xué)研究方法，它是指學(xué)習(xí)者通過(guò)分析、推理、比較、歸納等方法認(rèn)識(shí)研究對(duì)象，由此建立思維模型并運(yùn)用思維模型揭示問(wèn)題的本質(zhì)和規(guī)律，從而解決相關(guān)問(wèn)題。本文以“陌生情境下氧化還原反應(yīng)離子方程式的書寫”的復(fù)習(xí)課為例簡(jiǎn)要闡述思維模型建構(gòu)在高三化學(xué)復(fù)習(xí)中的應(yīng)用。

一、剖析典型例題，感知思維模型

氧化還原反應(yīng)是化學(xué)的基本原理和核心概念，它是元素及其化合物學(xué)習(xí)的重要理論載體。在高考卷中有關(guān)氧化還原反應(yīng)離子方程式書寫的試題涉及的情境陌生度較大，加之學(xué)生沒(méi)有掌握正確的思維方法，對(duì)題干信息的閱讀和提取能力欠缺，對(duì)此類題目常無(wú)從下手，錯(cuò)誤率較高。高三復(fù)習(xí)過(guò)程中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生在已有知識(shí)的基礎(chǔ)上通過(guò)思維模型建構(gòu)強(qiáng)化對(duì)氧化還原反應(yīng)的認(rèn)識(shí)、理解和應(yīng)用。

【例題】和硅同一主族的鍺也是重要的半導(dǎo)體材料，鍺應(yīng)用于航空航天測(cè)控、光纖通訊等領(lǐng)域。一種提純二氧化鍺粗品（主要含GeO2、As2O3）的工藝如下：

“氧化除砷”的過(guò)程是將NaAsO2氧化為Na3AsO4，其反應(yīng)的離子方程式為： 。

本題是氧化還原反應(yīng)離子方程式書寫的典型例題，這類題目大多以化學(xué)工藝流程為載體，要求學(xué)生從流程圖中獲取信息、整合有效信息，進(jìn)而分析和解決問(wèn)題。由問(wèn)題可知“氧化除砷”過(guò)程中AsO2-轉(zhuǎn)化為AsO43-，其中砷元素化合價(jià)升高作為還原劑，在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生分析題干信息，獲知“氧化除砷”反應(yīng)前還存在Na+、ClO3-、OH-，結(jié)合微粒的性質(zhì)分析可得ClO3-作為反應(yīng)的氧化劑，反應(yīng)產(chǎn)物為Cl-，初步的離子方程式為：AsO2-+ ClO3-—AsO43-+Cl-。緊接著讓學(xué)生分析反應(yīng)前后元素化合價(jià)的升降數(shù)量，給各微粒標(biāo)上相應(yīng)的計(jì)量系數(shù)：3AsO2-+ ClO3-—3AsO43-+ Cl-。而后分析反應(yīng)前后陰陽(yáng)離子所帶的電荷總數(shù)，左側(cè)為四個(gè)單位的負(fù)電荷，右側(cè)為十個(gè)單位的負(fù)電荷，結(jié)合反應(yīng)前“堿浸”的步驟確定溶液所處的環(huán)境為堿性條件，補(bǔ)充方程式為：6OH-+3AsO2-+ ClO3-—3AsO43-+ Cl-。最后計(jì)算反應(yīng)前后各原子數(shù)目，據(jù)此在方程的右側(cè)補(bǔ)上三個(gè)水分子，從而完成離子方程式的書寫：6OH-+3AsO2-+ ClO3-=3AsO43-+ Cl-+3H2O。借助典型例題引導(dǎo)學(xué)生自主分析，再結(jié)合教師的講解，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到陌生情境下氧化還原反應(yīng)離子方程式書寫存在著程序性的步驟和方法，初步感知方程書寫的思維模型，為后續(xù)思維模型的建構(gòu)奠定基礎(chǔ)。

二、提煉解題思路，建構(gòu)思維模型

著名科學(xué)家錢學(xué)森先生說(shuō)：“模型就是通過(guò)對(duì)問(wèn)題現(xiàn)象的分解，利用我們考慮得來(lái)的原理吸收一切主要的因素，略去一切不主要的因素，所創(chuàng)造出來(lái)的一幅圖畫……”思維模型是理性思維的結(jié)晶，其本質(zhì)是一種最簡(jiǎn)化的圖形。借助模型建構(gòu)明確思維的方向，并將較小的知識(shí)模塊進(jìn)行整合優(yōu)化，形成切實(shí)可行的操作方法，用最簡(jiǎn)的模塊規(guī)律去解決各種各樣的問(wèn)題。

在剖析典型例題的基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生自主梳理、思考、歸納陌生情境下氧化還原反應(yīng)離子方程式的書寫規(guī)律。

1.找變價(jià)、寫四物——基礎(chǔ)

根據(jù)題干的信息，列出反應(yīng)前后所存在的微粒，并結(jié)合微粒中元素的價(jià)態(tài)特點(diǎn)找出變價(jià)元素，進(jìn)而確定方程式中的氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物。

2.標(biāo)升降、乘系數(shù)——關(guān)鍵

根據(jù)化合價(jià)升降守恒，標(biāo)出反應(yīng)物和生成物中變價(jià)元素的化合價(jià)升降數(shù)目，乘上最小公倍數(shù)，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)過(guò)程中化合價(jià)升高的總數(shù)等于化合價(jià)降低的總數(shù)。

3.算電荷、補(bǔ)粒子——難點(diǎn)

根據(jù)電荷守恒，結(jié)合題干信息判斷溶液所處的環(huán)境，補(bǔ)上相應(yīng)的離子，從而實(shí)現(xiàn)反應(yīng)前后的陰陽(yáng)離子所帶的電荷總數(shù)相等。

在離子方程式中補(bǔ)上相應(yīng)離子時(shí)應(yīng)遵守以下幾個(gè)原則：

①酸性溶液中，H+可做反應(yīng)物也可做生成物，但不可出現(xiàn)OH-。

②堿性溶液中，OH-可做反應(yīng)物也可做生成物，但不可出現(xiàn)H+。

③中性溶液中，OH-、H+不做反應(yīng)物但可以是生成物。

④H2O可以在任意溶液的配平過(guò)程中靈活使用。

4.據(jù)守恒、定方程——保證

根據(jù)元素守恒，再次配平方程式，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)前后各元素的原子數(shù)目相同。

在教學(xué)過(guò)程中，讓學(xué)生自主建構(gòu)思維模型，有助于學(xué)生理解氧化還原反應(yīng)的核心概念，掌握核心知識(shí)，增強(qiáng)探究能力，提高解題的正確率和速度，提升思維品質(zhì)。

三、巧設(shè)課堂訓(xùn)練，完善思維模型

思維模型建構(gòu)的目的在于，借助建構(gòu)過(guò)程抓住事物的本質(zhì)特征，建立解決問(wèn)題的方案。對(duì)此，應(yīng)借助相關(guān)練習(xí)實(shí)現(xiàn)模型應(yīng)用，在實(shí)際的操作過(guò)程中對(duì)模型進(jìn)行檢驗(yàn)、調(diào)整和完善，提煉出能反映問(wèn)題本質(zhì)的模型，以普遍適用于相似問(wèn)題情境，解決一類相似的問(wèn)題。

【練習(xí)1】（節(jié)選）氯化亞銅（CuCl）廣泛應(yīng)用于化工、印染、電鍍等行業(yè)。CuCl難溶于醇和水，可溶于氯離子濃度較大的體系，在潮濕空氣中易水解氧化。以海綿銅（主要成分是Cu和少量CuO）為原料，采用硝酸銨氧化分解技術(shù)生產(chǎn)CuCl的工藝過(guò)程如下：

（2）寫出步驟③中主要反應(yīng)的離子方程式：

。

根據(jù)已有思維模型先分析題干信息和流程圖，確定反應(yīng)的氧化劑為Cu2+，還原劑為SO32-，根據(jù)“回收硫酸銨”確定氧化產(chǎn)物為SO42-，根據(jù)烘干所得確定還原產(chǎn)物為CuCl，接著通過(guò)化合價(jià)的升降守恒配上相應(yīng)的計(jì)量系數(shù)。此時(shí)如果學(xué)生利用電荷守恒進(jìn)行配平則較難準(zhǔn)確書寫出反應(yīng)的離子方程式，這是由于還原產(chǎn)物為CuCl，對(duì)比反應(yīng)前后可知反應(yīng)前缺少氯元素，因此在利用電荷守恒配平前應(yīng)先根據(jù)元素守恒補(bǔ)上兩個(gè)氯離子，而后才可通過(guò)電荷守恒結(jié)合溶液所處環(huán)境補(bǔ)上相應(yīng)的粒子，最后根據(jù)元素守恒完成方程式的配平。雖然練習(xí)1中溶液所處的環(huán)境為酸性，但是方程式中氫離子并不是反應(yīng)物而是生成物，同樣的，若溶液為堿性環(huán)境，氫氧根離子也不一定是反應(yīng)物，從而改變學(xué)生的定式思維。通過(guò)課堂訓(xùn)練可促進(jìn)學(xué)生對(duì)思維模型進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和完善，使它適用于不同情境下氧化還原反應(yīng)離子方程式的書寫。因此，任何一個(gè)思維模型都有特定的使用對(duì)象，結(jié)合相應(yīng)的條件適當(dāng)調(diào)整模型是模型應(yīng)用的關(guān)鍵。

四、細(xì)研高考真題，鞏固思維模型

思維模型建構(gòu)不能僅僅停留在模型本身結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的探索上，而應(yīng)通過(guò)建構(gòu)得出合理的思維模型，使學(xué)生的知識(shí)和能力得到鞏固和提升，促進(jìn)學(xué)生學(xué)科思維的發(fā)展。教師在思維模型建構(gòu)的基礎(chǔ)上精選出具有代表性和針對(duì)性的練習(xí)題，訓(xùn)練強(qiáng)化學(xué)生觀察、比較、分析、歸納等思維方法，使學(xué)生加深對(duì)思維模型的理解和應(yīng)用。

（2）寫出第二次氧化時(shí)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?。

練習(xí)2與例題相同，目的是讓學(xué)生再次厘清知識(shí)線索，明確解題方法和步驟，規(guī)范執(zhí)行細(xì)節(jié)和注意事項(xiàng)，幫助學(xué)生理解和內(nèi)化氧化還原反應(yīng)離子方程式的書寫模型，提高運(yùn)用模型快速、準(zhǔn)確、有效解決相關(guān)問(wèn)題的能力。練習(xí)3中氧化過(guò)程的反應(yīng)物和生成物都是已知的，本題的難點(diǎn)是反應(yīng)物OCN-中各元素化合價(jià)的判斷，根據(jù)題中“HCN、HOCN中N元素的化合價(jià)相同”并結(jié)合CN-的結(jié)構(gòu)和電負(fù)性強(qiáng)弱判斷氮元素化合價(jià)為-3價(jià)，進(jìn)而確定OCN-中N、O、C三種元素的化合價(jià)?？梢?jiàn)，運(yùn)用思維模型書寫離子方程式，可突破離子方程式書寫的難點(diǎn)，提升思維廣度。通過(guò)針對(duì)性練習(xí)，有助于學(xué)生形成對(duì)陌生情境下氧化還原反應(yīng)離子方程式書寫的深刻理解，即“為理解而學(xué)習(xí)”。

思維模型的建構(gòu)和運(yùn)用既是化學(xué)教學(xué)的重要目標(biāo)，又是理性思維的有效載體。在高三化學(xué)復(fù)習(xí)過(guò)程中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思維模型的建構(gòu)，使學(xué)生掌握解決問(wèn)題的程序性知識(shí)，獲得解決問(wèn)題的“支架”，形成清晰的思路和優(yōu)化的思維，從而使高三復(fù)習(xí)跳出題海戰(zhàn)術(shù)的誤區(qū)，提高復(fù)習(xí)的質(zhì)量，讓復(fù)習(xí)備考事半功倍。

[? 參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ]

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（責(zé)任編輯 羅? ?艷）