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化学研究性学习中的思维建模,旨在让学生在化学学习过程中,依据现有的学习内容积极主动探索建构化学知识体系和方法体系,在建构知识体系和方法体系的过程中形成思维建模。
一、问题情境的创设是化学思维建模能力培养的首要条件
1.问题情境的构成要素。
问题情境是指个人自己觉察到的一种“有目的但不知如何达到”的心理困境。它与问题不同,问题指的是个人不能理解的事物与确定的客观世界的矛盾。问题与情境是两个不同的概念,但又有联系。问题情境的产生必须依赖于问题。没有了问题,学生也就不会产生心理困境。
2.创设问题情境的途径。
(1)通过实验创设问题情境。
(2)通过学生的错误创设问题情境。
(3)提出猜想并加以检验创设问题情境。
(4)通过将问题“变形”创设问题情境。
(5)通过“开放性”问题创设问题情境。
二、将知识纵、横向统摄整理,使之网络化,变“无序”为“有序”是化学思维建模的重要条件
为了教给学生构建化学知识组块与化学知识网络的策略,有必要探讨在化学知识之间建立联系的方法。化学知识之间联系的建立有两种渠道:一种是通过科学思维把握客观的逻辑联系,另一种是通过联想建立主观的非逻辑联系。
可供构建化学知识组块和知识网络的逻辑与非逻辑关系,可以表示如下(详见表1、表2)。
表1 点击看大图
表2 点击看大图
三、思维模型的建立方法是关键
1.基本的思维模型主要是“联想”思维,包括“相近联想”和“相对联想”。
“相近联想”是从某些事实或条件出发,对相似、相近的原理从形式到内容上进行广泛的联系、对比,实现知识的迁移。“相对联想”也是由某些事实出发,对相关、相对立的概念、原理进行联想,所不同的是它着重从对立的方面进行对比,得出新的结论、规律。化学学科中的许多规律是在联想与对比的分析过程中发现的。
在“盐类水解”的教学中,先由学生测定氯化铵溶液、醋酸钠溶液和食盐溶液的PH值,创设问题情境后,可设计下列问题链,从而引导学生联想水的电离平衡及酸、碱对水的电离平衡的影响规律,总结出盐类水解的概念和规律。
问题1:水是一种什么样的电解质?是否存在电离平衡?酸、碱是如何影响水的电离平衡的?
问题2:盐的组成有何特点?它们溶于水后溶液呈酸、碱性说明什么问题?
问题3:盐溶于水的过程对水的电离平衡有何影响?发生什么变化?实质是什么?与酸碱的中和反应有何关系?
问题4:如何表示以上变化?
问题5:根据以上分析,总结盐溶于水的变化规律。
2.运用化学学科的基本思想建立思维模型。如“结构决定性质”这一思想,对解决物质的性质的问题十分重要。
在有机物性质的教学中,学生普遍觉得难学、难记。为此,我们运用“结构决定性质”这一化学的基本思想,注意引导学生分析各类有机物的结构特点及发生化学反应时化学键的变化情况,总结出各类官能团的反应规律,以官能团的性质来理解、掌握有机物的性质。
3.在化学计算中掌握“联系、搭桥”的思维方法。
化学计算是化学教学的一个难点,学生存在理解容易、应用难的问题。实质是未能掌握基本的思维方法。而计算题的类型较多,教师不可能一一向学生讲解。唯一的出路是掌握基本的思维方法,以不变应万变。化学计算的基本思路就是“联系,搭桥”,对一道复杂的计算题,首先要看所要回答的问题,然后带着问题分析已知的条件,同时联系相关的概念、原理和化学反应,发掘量的关系,建立等量关系式。若条件不充分,则进行讨论。
4.现行中学化学中涉及的思维模型。
理论模型:理论形态思维形式的模型。如化学原子理论、分子结构理论、化学平衡理论、氧化还原理论、电离理论、物质的结构与物质性质和用途之间的关系等。
过程模型:对各种物质之间的化学运动经历抽象出来的科学模型。如化学工业生产的流程、物质之间的相互转化等。
数学模型:数学形态思维形式的模型。如化学中的守恒法、等效法、中间值法、极限思维法等数学方法在化学中的应用。
实验模型:化学实验中的思维形式的模型。如定量实验、定性实验、对比实验等。
理想模型:理想形态思维形式的模型。它是对研究对象的一种简化和理想化。如理想气体阿伏加德罗定律等。
经验模型:建立在科学事实上的具有一般规律的模型。如单中心多原子二元共价化合物分子极性判断等。
由于不同的学生其思维习惯、知识结构、能力水平、学习特点、认知方式等存在差异,不要也不应该要求所有学生用同一种方法来建构综合知识体系或运用相同的思维模型解决问题。这样才能使学生化学学习的过程真正成为其体验的过程、思维积极活动的过程、生活成长的过程。
(作者单位:湖北省黄冈市蕲春一中)
一、问题情境的创设是化学思维建模能力培养的首要条件
1.问题情境的构成要素。
问题情境是指个人自己觉察到的一种“有目的但不知如何达到”的心理困境。它与问题不同,问题指的是个人不能理解的事物与确定的客观世界的矛盾。问题与情境是两个不同的概念,但又有联系。问题情境的产生必须依赖于问题。没有了问题,学生也就不会产生心理困境。
2.创设问题情境的途径。
(1)通过实验创设问题情境。
(2)通过学生的错误创设问题情境。
(3)提出猜想并加以检验创设问题情境。
(4)通过将问题“变形”创设问题情境。
(5)通过“开放性”问题创设问题情境。
二、将知识纵、横向统摄整理,使之网络化,变“无序”为“有序”是化学思维建模的重要条件
为了教给学生构建化学知识组块与化学知识网络的策略,有必要探讨在化学知识之间建立联系的方法。化学知识之间联系的建立有两种渠道:一种是通过科学思维把握客观的逻辑联系,另一种是通过联想建立主观的非逻辑联系。
可供构建化学知识组块和知识网络的逻辑与非逻辑关系,可以表示如下(详见表1、表2)。
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三、思维模型的建立方法是关键
1.基本的思维模型主要是“联想”思维,包括“相近联想”和“相对联想”。
“相近联想”是从某些事实或条件出发,对相似、相近的原理从形式到内容上进行广泛的联系、对比,实现知识的迁移。“相对联想”也是由某些事实出发,对相关、相对立的概念、原理进行联想,所不同的是它着重从对立的方面进行对比,得出新的结论、规律。化学学科中的许多规律是在联想与对比的分析过程中发现的。
在“盐类水解”的教学中,先由学生测定氯化铵溶液、醋酸钠溶液和食盐溶液的PH值,创设问题情境后,可设计下列问题链,从而引导学生联想水的电离平衡及酸、碱对水的电离平衡的影响规律,总结出盐类水解的概念和规律。
问题1:水是一种什么样的电解质?是否存在电离平衡?酸、碱是如何影响水的电离平衡的?
问题2:盐的组成有何特点?它们溶于水后溶液呈酸、碱性说明什么问题?
问题3:盐溶于水的过程对水的电离平衡有何影响?发生什么变化?实质是什么?与酸碱的中和反应有何关系?
问题4:如何表示以上变化?
问题5:根据以上分析,总结盐溶于水的变化规律。
2.运用化学学科的基本思想建立思维模型。如“结构决定性质”这一思想,对解决物质的性质的问题十分重要。
在有机物性质的教学中,学生普遍觉得难学、难记。为此,我们运用“结构决定性质”这一化学的基本思想,注意引导学生分析各类有机物的结构特点及发生化学反应时化学键的变化情况,总结出各类官能团的反应规律,以官能团的性质来理解、掌握有机物的性质。
3.在化学计算中掌握“联系、搭桥”的思维方法。
化学计算是化学教学的一个难点,学生存在理解容易、应用难的问题。实质是未能掌握基本的思维方法。而计算题的类型较多,教师不可能一一向学生讲解。唯一的出路是掌握基本的思维方法,以不变应万变。化学计算的基本思路就是“联系,搭桥”,对一道复杂的计算题,首先要看所要回答的问题,然后带着问题分析已知的条件,同时联系相关的概念、原理和化学反应,发掘量的关系,建立等量关系式。若条件不充分,则进行讨论。
4.现行中学化学中涉及的思维模型。
理论模型:理论形态思维形式的模型。如化学原子理论、分子结构理论、化学平衡理论、氧化还原理论、电离理论、物质的结构与物质性质和用途之间的关系等。
过程模型:对各种物质之间的化学运动经历抽象出来的科学模型。如化学工业生产的流程、物质之间的相互转化等。
数学模型:数学形态思维形式的模型。如化学中的守恒法、等效法、中间值法、极限思维法等数学方法在化学中的应用。
实验模型:化学实验中的思维形式的模型。如定量实验、定性实验、对比实验等。
理想模型:理想形态思维形式的模型。它是对研究对象的一种简化和理想化。如理想气体阿伏加德罗定律等。
经验模型:建立在科学事实上的具有一般规律的模型。如单中心多原子二元共价化合物分子极性判断等。
由于不同的学生其思维习惯、知识结构、能力水平、学习特点、认知方式等存在差异,不要也不应该要求所有学生用同一种方法来建构综合知识体系或运用相同的思维模型解决问题。这样才能使学生化学学习的过程真正成为其体验的过程、思维积极活动的过程、生活成长的过程。
(作者单位:湖北省黄冈市蕲春一中)