| 网站首页 | 文章中心 | 下载中心 | 图片中心 | 咨询留言 | 
网站公告列表

  没有公告

您现在的位置: 肇庆市实验中学 >> 文章中心 >> 教师频道 >> 优秀论文 >> 正文
  构造建模培养学生思维能力           ★★★ 【字体:
构造建模培养学生思维能力
作者:苏志通    文章来源:本站原创    点击数:    更新时间:2016-1-3    


 

构造建模培养学生思维能力(点击下载)

 

肇庆市实验中学  苏志通

   

摘要:本文就如何通过运用构造建模来激发学生的学习兴趣,增强学生发散思维能力方面进行了许多有益的尝试,并提出了做、看、想、活、新 等几种建模的具体做法,在如何培养学生的联想和构象能力方面进行了一些探索。  

关键词:化学教学   构造建模    思维能力  

高中化学考试大纲明确提出对原子、分子、化学键等微观结构有一定的三维的想象能力,要求能够通过对实验现象、实物、模型、图形、图表,以及自然界、生产、生活中的化学现象的观察,获取有关感性知识和印象,并对这些感性知识,进行初步加工和记忆。,这些要求不仅符合化学本身发展的需要,也是社会发展的需要,我们的化学教学不仅要使学生获得新的知识,而且要提高学生的思维能力,要培养学生自觉地运用化学知识去解决、解释日常生活、生产中所遇到的问题,从而形成良好的思维品质。而要达到这一目的,在化学教学中构造建模是一个有效的途径。  

一、化学建模的提出  

化学建模,是指对于现实世界的某一特定研究对象,为了某个特定的目的,根据实验、图样放大或缩小做一些必要的简化假设,运用适当的化学工具,并通过化学语言表述出来的一个化学结构。化学的基本概念、理论等都是一些具体的化学模型,近几年高考试题中也多次考查了学生的化学建模意识。  

例如06广东高考化学选择第9题:研究发现,烯烃在合适催化剂作用下可双键断裂,两端基团重新组合为新的烯烃。若CH2=C(CH3)CH2CH3CH2=CHCH2CH3的混合物发生该类反应,则新生成的烯烃中共平面的碳原子数可能为:  

 A234     B345      C456        D567  

又如99全国高考化学选择第17题:下列有机分子中,所有的原子不可能处于同一平面的是:                                     

   

  
    

这类题目是以烃中四种重要代表物(甲烷、乙烯、乙炔、苯)分子空间构型的基础上,考查学生的空间想象能力,但很多学生的大脑中反映的形象是过分具体的甚至是复杂的,他们不能捕捉事物的要害特征,不能抓住解题的关键,这要求教师在平时的教学中要以四种重要代表物的分子间构模的基础上,再逐步增长碳链,空间延伸,引导学生想象一些较为复杂的分子空间模型。  

二、化学建模的具体做法  

1、从“做”入手,培养学生的感性认识  

物质模型在化学教学中是一种不可缺少的直观教具,这是因为物质模型可以形象地向学生展示出物质内部的结构和价健的特征、分子的立体形状、分子内各原子的相对大小的空间与位置。感性认识是人们通过感觉器官直接感受到的关于事物的表面现象和外部联系的认识,平时的教学中可以让学生自己动手通过制作模型得出空间结构。  

例如在讲授烷烃一节课时,教师在课余时间可以指导学生制作12二氯乙烷的分子模型:用直径2~3mm的铁丝(或塑料棍)按分子的立体构型扎好分子骨架,选用不同颜色的橡皮泥在分子骨架的相应结点上按共价的相对大小捏制小球代表各种原子(也可用胶泥代替橡皮泥,待模型阴干后涂以不同的颜色以示不同的原子)。下面是12二氯乙烷的反式结构:  

教师也可以要求学生用以上的材料制作出甲烷、乙烯、乙炔、苯、乙酸、乙醛、氢气分子和二氧化碳分子等的球棍模型,学生通过自己制作有关模型,对有关的分子空间构型必有了较深的感性认识,教师可以让学生对照有关题目,用已有的模型或用已有的材料拼出相关的模型并解决有关的问题,如:甲烷分子是以C原子为中心的正四面体结构,而不是正方形的平面结构,理由是:  

A. CH3Cl只代表一种物质          B. CH2Cl2只代表一种物质  

C. CHCl3只代表一种物质          D. CCl4是非极性分子  

本题主要考查甲烷分子的空间结构。CH4有四个等同的CH键,在空间可能有两种对称分布:正四面体结构和平面正方形结构,教师可在黑板画出草图,并让学生拼出模型,学生很容易得出对于甲烷的正四面体结构,因为其四个顶点的位置完全相同所以它的一氯代物、二氯代物、三氯代物、四氯代物都只有一种结构,而如果甲烷是平面正方形结构,虽然四个CH键都完全相同,但四个顶点的氢原子的位置关系却不同,可能相邻,也可能是对角关系,所以虽然CH3ClCHCl3CCl4、都只有一种,CH2Cl2但却有两种,一种是两个氯原子相邻,另一种是两个氯原子处于对角关系。而CH2Cl2只有一种,从这一点可以判断CH4应为正四面体结构,而不是平面正方形结构。  

教师也可以指导学生用泡沫塑料、硬质木材、不同颜色的乒乓球等材料制作出分子比例模型或氯化钠、氯化铯等物质的晶胞模型,学生通过自己动手制作模型不但增强了学生对这些分子的感性认识,还增强了学生的动手能力,提高学生学习化学的积极性,而学生制作的模型既可以作为教具在课堂上使用,还可以用于课外学生知识的补充,如让学生讨论晶体的分类、离子键、共价健的特性,离子晶体中有无孤立的小分子,还可以引导学生得出原子半径、离子半径的定义以及键长的计算等等。  

2、从“看”入手,培养学生的思维想象力  

爱因斯坦说过想象力比知识更重要,因为知识是有限的,而想象力概括世界上的一切,推动着进步,并且是知识进化的源泉。,教师为了帮助学生在动手构模的基础上从感性认识向理性认识过渡,可以用计算机模拟分子内部结构或展示有关物质图片,例如教师在讲授电子云与原子轨道时,可以让学生观看有关的电子云与原子轨道的有关视频与图片,用计算机模拟氢原子形成氢分子的过程,通过观看,让学生在大脑中建模,培养学生的想象力:电子云在两个原子核间重叠,意味着电子出现在核间的概率增大,电子带负电,因而可以形象地说,核间电子好比在核间架起一座带负电的桥梁,把带正电的两个原子核黏结在一起了  

又如:下列叙述中,结论和对应的解释均不正确的是  

A.金刚石的溶沸点高于晶体硅,因为C-C键能大于Si-Si键能  

B.二氧化硅晶体中不存在SiO2分子,因为它含有硅氧四面体的空间网状结构  

C.稀有气体的晶体属于原子晶体,因为其组成微粒是原子,不存在分子间作用力  

D.空间构型为正四面体结构的分子中,化学键的键角不一定是109°28,有可能为60°  

教师可以用计算机展示出金刚石、二氧化硅的晶体结构,让学生总结出:在原子晶体中,成键原子半径越小,键能越大,熔点就越高  

另外,我们可以展示出甲烷、白磷的分子模型:  

                                                                                                                                           

学生通过观察得出甲烷为正四面体结构,键角为109°28,而白磷是边成四面体,键角为60°  

3、从“想”入手,训练学生构模的流畅性  

构模的流畅性即指学生思维的活跃性,反应的灵敏性,联想的快捷性。在教学中教师通过引导学生思维的发散以期达到从,从特殊一般的飞跃,以期解决其他类似问题。  

不但可以让学生以模型为基础展开想象,还可以以生活中的实物、事例为参照以理想化的思维方式对化学事物进行扼要、近似、形象的摹写,进而揭示其本质和规律,这样可以帮助学生在思维中把化学事物加以高度抽象,突破感官和时空的局限,在思维中把握化学对象原型的内在机制,从而达到更深层的认识。例如取代反应,除了用课本甲烷与氯气反应的例子,还可以让学生想象,全班同学都坐满了(饱和),教师要坐到同学中间,只能让一个同学出来讲台,老师才能坐他的位置,这叫取代反应,又如在讲授加成反应时,想象全班同学没来到齐有一个同学请假了(不饱和)老师可以直接坐到同学当中,加到同学当中,这叫加成反应。又如在讲授化学能与热能时,为了加深学生对键的断裂为吸热,键的形成为放热的理解认识,教师可拿出水分子的球棍模型,过讲过演示,让学生想象这里是一个水分子模型,掰开HO键一定要用力,也就是说要提供能量给它(键的断裂),同样道理如果要形成水分子,HO原子结合一定会碰头释放出能量(键的形成)。  

                                                                                             

   

   

4、从“活”入手,训练学生构模的变通性  

构模的变通性即不受思维定势的约束,思维灵活而不呆板。在教学中要对例题、习题的形式不断变化,克服教学的定势,促使学生从多角度、多方位思考问题,从而达到变通的能力。  

例如在做完了钠与水反应的实验后,提问学生:把钠投入硫酸铜溶液中能不能置换出铜?引导学生想象实验操作、现象,有的学生说可以,有的说不能,这时教师问:硫酸铜溶液中的溶剂是什么?学生回答:水。师问:金属钠与水反应留在溶液中的生成物是什么?学生回答:氢氧化钠。师问:在溶液中,硫酸铜遇氢氧化钠后有何现象?学生想象回答:产生蓝色絮状沉淀。学生写出有关的化学方程式后,要求学生合并两个化学方程式得出2NaCuSO42H2OCu(OH)2Na2SO4H2↑”教师反问学生把金属钠投入水中还会置换出铜吗?并补充做实验,这时学生必情绪高涨,加深了对课本知识的理解。  

又如在讲授化学反应限度时,当化学反应达到平衡时,正反应速率等于逆反应速率,反应物与生成物的浓度不再改变,要学生认真理解平衡是一个动态的平衡,可以让学生想象初中知识:一定温度下的氯化钠饱和溶液加入氯化钠固体,固体会溶解,同时溶液中溶质又会析出,而且溶质的质量不发生变化,这是因为溶解的速率与结晶的速率相同,达到了一个动态平衡的状态。并要学生想象生活中动态平衡的例子,如水池中的进水量与出水量相等时,水池中的水量保持不变,为动态平衡,又如学生举出生态系统的动态平衡,一个健康人体内物质的动态平衡,国家的收支平等等。学生通过想象,模似加深了动态平衡的理解,思维空间有了更广阔的扩展。  

5、从“新”入手,训练学生构模独创性  

构模的独创性即指思维的方法新颖、独特、构造巧妙、富于创新。  

例如在复习氨气的实验室制法的装置时,进一步向学生提问,这个装置还可以用于制取什么气体,你能说出装置略作改变后可用作什么实验用途?  

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        分析:(1)可用于O2CH4NH3等气体制取。  

2)装置略作变换,若试管口向上可用于制取乙酸乙酯;拿掉橡皮塞通入H2CO可用于还原CuO实验;不用加热,竖直试管可用于少量H2CO2的气体制取。  

又如《镁铝》一节时,提出:AlCl3溶液中加入NaOH  

溶液,会有什么现象?为什么?对此问题,学生争议激烈,学生  

甲说:有白色沉淀生成,因为在溶液中发生了下面的离子反应:Al3++3OHAl(OH)3↓”学生乙说:无白色沉淀生成,因为上述反应生成的Al(OH)3遇强碱溶解。学生丙说:先有白色沉淀生成,后沉淀溶解。教师可以继续追问:我们在做实验时可否看到有沉淀产生?让学生想象,并通过学生实验,学生最后总结出:AlCl3溶液浓度稀,加入NaOH溶液的量多,滴入的速度快时,我们是看不到白色沉淀先生成后消失的这一现象的,但在溶液中确是发生了反应两个反应,即应该先有白色沉淀生成,后沉淀溶解。通过这些引导,充分发挥学生的想象能力,加深学生对知识的进一步理解。  

在教学中,构模可以帮助学生加深对知识的理解,想象的思维得到充分扩展,有意想不到的功效。在化学课堂教学中,随时注意学生的反应,当学生进入积极思维状态时教师适时地诱导、引导,帮助学生根据生活实际情况、实际水平和教材的内容,想象构模,促使学生熟悉基本知识技能并能多方设法加以综合利用。众所周知苯分子结构的提出也是来自德国化学家凯库勒的想象与构模,他被苯分子中六个碳原子和六个氢原子如何排布这一难题困扰多时,一天在梦中,他看到六个碳原子组成的,不断地弯弯曲曲地蠕动着,突然间这条蛇似乎被什么东西所激怒,它狠狠地咬住自己的尾巴并就此不动,凯库勒马上醒来,在纸上写下了苯中碳链的环状结构,后来的科学实验证实了凯库勒的这一创见。  

总之,我们在日常的化学教学中,把化学知识与建模有机地结合起来,在教学的各个环节中注意加强学生的建模意识和训练,见到CO2就知道二氧化碳的组成及状态,一个一个的二氧化碳微粒,二氧化碳的分子量及二氧化碳中碳原子与氧原子的个数比等,使学生能自觉地应用知识、方法去观察、分析、解决有关化学问题,在大脑中储存大量的信息,有利于学生形象思维和概念的形成。  

参考文献:  

(1)朱慕菊.《走进新课程—与课程实施者对话》.教育部基础教育司.20026月第1  

(2)冯克诚.《中学化学课堂教学方法实用全书》.内蒙古大学出版社.1999年第1  

(3)齐欣,《中学化学科技活动》.中国科学技术出版社.199210月第1  

(4)刘知新.《化学教学论》.高等教育出版社.19904月第1  

(5)宋心琦.《化学选修3物质结构与性质》.人民教育出版社.200412月第1  

(6)宋心琦.《化学必修1》.人民教育出版社.20045月第1  

(7)宋心琦.《化学必修2》.人民教育出版社.20045月第1  

 

文章录入:张丽丽    责任编辑:谭渊 
  • 上一篇文章:

  • 下一篇文章:
  • 发表评论】【加入收藏】【告诉好友】【打印此文】【关闭窗口
    最新热点 最新推荐 相关文章
    构造建模培养学生思维能力
      网友评论:(只显示最新10条。评论内容只代表网友观点,与本站立场无关!)
    版权所有:肇庆市实验中学
    学校地址:广东省肇庆市高要南岸镇府前大街1号 网站备案号:粤ICP备12025353号