建模思想在高中化学原理教学中的应用探究

作者:未知

  【摘 要】 高中化学科目是学生学习的重点,在高中化学中运用建模思想来提高学生的化学学习水平是一种非常好的教学方法。因此,在实际的教学工作中,如何运用这一思想来进行课堂教学,是我们每一个教育工作者应该去思考的问题。所以,本文就以此为目标,结合笔者多年的教学经验和课堂实践,从以下三个方面探讨建模思想在高中化学原理教学中的应用。
  【关键词】 高中化学 建模思想 教学应用
  高中化学的核心素养中提到培养学生的“模型认知”要求,也就是要求学生能认识化学现象与模型之间的联系,能够运用多种模型来描述和解释化学现象等等。建模思想作为化学学习中一种重要的思想,对于学生的化学学习起着至关重要的作用,它能够将一些复杂多变的化学问题通过模型转化为简单易懂的化学知识,让学生找到不同的化学知识之间的共性,从而提高学生的化学学习成绩,因此,我们在教学工作中,要合理运用这一教学方法,来培养学生的化学思维,提高学生化学成绩。
  一、建模的一般过程
  作为一门以实验为基础的学科,化学自身有着不同于其他学科的特点,但是,也正是由于这些限制,让学生在学习化学时,不能够运用其他学科通用的学习方式来进行学习,在面对纷乱复杂的化学现象时,学生不能够遵循以往的规律来进行知识的理解和问题的解答,所以,在这种情况下,学生会觉得很难记忆,因此,我们可以运用建模思想的一般过程来帮助学生进行知识的梳理和简化,提高学生的化学学习能力。
  不同问题的建模方式是不同的,在化学建模工作中,大致可以分为两种情况,一种是“白箱”建模,一种是“灰箱”建模。对于能够从理论上精确描述并知道其运动规则的模型系统我们称之为“白箱”,比如:氧化还原反应中的电子转移、置换反应中的电键断裂等等。而对于一些不能完全掌握信息的化学现象,需要我们根据已知的化学信息去推断的模型,我们将它称之为“灰箱”或者“黑箱”,比如:元素周期律的发现和元素周期表的创建就是一个属于灰箱模型的化学问题。因此,在进行化学建模时,我们首先要清楚这些化学问题属于哪一种建模形式,然后按照它的建模方式进行建模。
  二、“白箱”建模
  “白箱”建模是相對来说比较容易的一种建模形式,它主要的是依据基本的理论知识来进行模型的建立和推导,比如竞争反应的建模。竞争反应是指某个体系中多种化学物质能够跟同一种化学物质进行反应,形成多种产物,如FeBr2与Cl2的反应,FeBr2溶液中的Fe2+和Br-离子都能够和Cl2反应,这就形成了两个离子之间的竞争,对于这类化学反应,我们一般是选择“先弱后强”模型来进行分析研究,但是,对于一些特例,比如氧化还原反应和非氧化还原反应同时发生,我们就不能够运用这一模型进行研究,因此,我们需要建立更加完善的模型来研究这一问题。
  例如,将H2S气体通入Pb(NO3)2溶液中生成PbS沉淀和HNO3和将SO2气体通入Ca(ClO)2溶液中,生成CaSO4和HCl这两个实验中,第一个实验中发生了例子互换反应,而第二个实验中发生的是氧化还原反应。这就导致了这两种反应出现了不符合我们刚刚提到的先弱后强的模型,在这种情况下,我们就需要深入了解这两种反应的本质。我们都知道,化学反应的本质是活化能由活跃转化为稳定的一个过程,那么我们就可以从这方面入手,来建立一个以活化能的高低为基准的竞争反应模型,通过研究不难发现,活化能高的化学反应会优先于活化能低的化学反应,并且当外部能够提供足够的能量时,化学反应会向着生成能力更低的产物迈进。通过这个模型的建立,学生就很容易理解竞争反应以及其他相似的反应的生成现象,并能够完美解释,进而提高学生的化学学习技能。
  三、“灰箱”建模
  灰箱建模相对与白箱建模要复杂一些,因为其本身的信息比较少,我们需要运用一些推理、猜想来将“灰箱”转化为“白箱”然后再进行建模。这时,我们可以利用数学工具来达到这一效果。
  比如,我们可以通过数学猜想的形式来探索海水中盐的析出顺序的规律模型。在高中阶段的化学教学中,学生只知道盐的析出与溶液的浓度有关,浓度饱和后就会析出,但是对于同种溶液中不同盐的析出顺序没有不知道该如何分析,这就是一个典型的“灰箱”模型。这时,我们就需要将主要的问题点抓住,简化未知量的影响,运用合适的方法寻找规律,将灰箱“白化”。那么海水中盐的析出顺序的重点就是盐的溶解度与海水浓度的比值(c/S),该值越大,代表这种盐类越早析出。所以,我们就可以以这一比值为基础建立模型,得出数据,然后进行实际验证,将灰箱模型转化为白箱模型。
  高中化学是学生学习中的重点,我们在日常教学时,不仅要教授学生应该了解的化学知识,还应该培养学生的化学思想,让学生学活用化学问题解决化学问题,提高学生的核心素养,进而为即将到来的高考做好充足的准备。
  参考文献
  [1] 闫慧林.合理应用建模思想促进高中化学教学[J].课程教育研究,2017(10).
  [2] 刘宗华.初探在高中化学学习中运用建模思想[J].中学课程辅导:教学研究,2014(26):99-100.
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