新课程教学中强化训练化学模型方法初探，本文主要内容关键词为：新课程论文,模型论文,化学论文,方法论文,教学中论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
化学模型方法是化学科学研究中常用的方法，对发展学生的创造性思维是最有效的科学方法之一，有利于学生牢固、准确地建立基本的化学观念。模型法与实验法、逻辑法并称科学三大方法，学生在初中已有所接触，高中化学的学习中更要有意识地强化训练。《普通高中化学课程标准（实验）》中描述模型的地方共有6处（注：中华人民共和国教育部制订.普通高中化学课程标准（实验）.北京人民教育出版社，2003）（见表1），要求高中生知道、理解、初步学会和体验模型方法在化学学习中的应用，强调化学教学应注意模型的制作和运用。
表1 普通高中化学课程标准有关模型的描述
页码主题 活动与探究建议
物质结构基础（化学制作简单有机分子的结构
第12页2，必修） 模型
化学键与物质的性 制作典型的离子晶体结构
第20页质（物质结构与性 模型
质，选修3）
化学键与物质的性 利用模型等分析金刚石晶
第21页质（物质结构与性 体与石墨晶体的结构特点，
质，选修3）
讨论两者性质的差异
研究物质结构的价
第22页值（特质结构与性
讨论模型在探索原子结构
质，选修3）
中的应用
有机化合物的组成
用球棍模型、多媒体软件展
第26页与结构（有机化学基 示有机化合物分子的空间
础，选修5）
结构和异构现象
高中化学课程教学
利用各种模型、图表和现代
第32页策略和教学方法的
信息技术讲解化学基本理论
建议
一、模型含义及其在化学科学研究中的主要类型
1.模型
模型来源于拉丁文的Modulus，意思是尺度、样本、标准。从哲学上说，我们的思想是外部世界在主观意识中的反映，当我们把主观意识再投射回外部世界时，就得到关于外部世界的模型。所以，所谓模型不过是我们思维中的一组关联，就是实际情况在人脑中的想象图。例如，当您用原子和分子的观点去观察和分析物质时，实际上是使用了以熟知的物质粒子为代表的模型。粒子模型是十分有用的，它能解释我们周围世界的许多事实。科学家通过研究构成单质的原子就能解释单质所具有的所有性质，同样，他们通过研究构成化合物的粒子就能解释化合物的性质。
从自然科学本身讲，模型是用来显示复杂事物或过程的表现手段。例如，当你用图画或图表或计算机图像等的方法来帮助别人理解你所说的意思时，这样的图画或图表或计算机图像等就是一种模型。科学家们常常用模型来代表非常庞大或极其微小的事物，比如太阳系中的行星，细的细微结构等。更简单地讲，模型就是指人们为了某种特定目的而对认识对象所做的一种简化的描述。这种描述可以是定性的（如对原子结构的描述），也可以是定量的（如pV=nRT）。有的借助于具体的实物来描述（如分子结构的球棍模型），有的则通过抽象的形式（如符号、文字、公式等）来描棕。
2.模型的分类
化学科学研究中的模型一般可分为特质模型和抽象模型，前者能直观反映真实物体形状的图画和三维结构，故又叫物理（或实物或实在）模型，如教学中使用的食盐等晶体模型、合成塔、转化器、热交换器等化工设备模型；后者则是能描述事物活动规律的数学方程式或者描述性文字，是客观事物在人的头脑中的抽象反映形式，是非物质形态、观念形态的东西，所以又叫观念模型（或思考模型或想象模型或理想模型），有时还把抽象模型看做是“概念”、“假说”或“理论”的同义语。例如，汤姆生曾提出原子均匀结构模型，卢瑟福提出了原子有核结构模型，他们对原子内部的结构情况都做了微观表述。在这里原子是客观存在的微粒，人们对它们内部结构所提出的各种描述和解释就是抽象模型，再如理想气体、理想晶体等（注：刘知新主编.化学教学论.北京高等出版社，1990）。
二、化学模型方法在高中化学新教科书中的应用
2003年教育部颁布了《高中化学课程标准（实验）》，2004年秋季高中化学课程改革已在广东、山东、宁夏和海南等省进行实验，目前被审查通过的新版高中化学教材共有3种，分别由人民教育出版社出版（宋心琦主编，简称人教版），江苏教育出版社出版（王祖浩主编，简称苏教版），山东科学技术出版社出版（王磊主编，简称山东科技版）。学习、比较和分析3种高中化学教科书的2个必修模块6个选修模块共8本教科书，都有大量模型方面的插图或文字（注：孙夕礼，马春生.化学教育，2005.26(7)）。例如人教版教材中有近100处，使新教科书图文并茂，大大增强了可读性和趣味性，为学生认识模型方法对化学研究的作用提供了较好的学习平台，也降低了学生学习化学概念和理论知识的难度。
1.教科书中大量编排物质模型图
统计8本教科书中的模型图共42幅，分别是《化学1》4幅；《化学2》6幅；《化学与生活》2幅；《化学与技术》9幅；《物质结构与性质》7幅；《化学反应原理》3幅；《有机化学基础》8幅；《实验化学》3幅。例如有机化合物的知识，各节均给出各种烃和烃的衍生物的代表物的分子结构模型图，球棍模型图和比例模型图等能帮助学生了解分子的立体结构和原子间的相对位置，使学生更充分地认识物质结构与物质性质之是的关系；晶体结构知识，教科书安排了典型离子晶体、分子晶体、原子晶体和金属晶体的立体结构模型图，如果利用泥巴或橡皮泥、牙签等制作实物模型或用多媒体手段制作物质的立体结构模型，可以使比较复杂的晶体结构形象化。
2.教科书中广泛使用抽象模型
抽象模型可用语言、文字表述，也可用符号、图解、图表、示意图等形式体现出来，教科书中广泛存在。特别是语言文字类的抽象模型，新教科书中约有37处，它们体现了教学语言文字的美，同时也让化学知识带给学生美学意境，散发优美的文学气息。例如，电子云，被想象为核外的电子像一团带负电荷的云雾笼罩在原子核周围；金属晶体的结构，被想象为金属阳离子沉浸在自由电子的海洋中；混合物的分离和提纯，被想象为沙里淘金；物质的量的单位摩尔，被类比为长度、质量及其单位来引入；化学反应进行的方向，被想象为水总是自发地由同处往低处流和有序排列的火柴散落时自发地变成无序排列等等。
抽象模型是一种理想化的形态，表面上似乎脱离了具体事实，实际上却能集中地反映具体、真实事物中的主要矛盾、主要方面和主要特性，因而使人们对具体、真实事物的复杂联系或本质属性有更深刻的理解和认识。抽象模型在化学教学中的应用奶广泛，一个概念、一条定律、一种反应类型、一个假设体系或一个数学公式等都可以成为一个抽象模型（注：王金福.化学教育.2000.9）。
3.教科书中同时使用物质模型和抽象模型
化学教科书中讲到物质的分子结构时，引出的电子式、结构式、分子结构示意图等，这些化学图式都是表示某物质分子结构的抽象模型，其中有的分子结构还可以制成物质模型。上述化学图式、物质模型和模型图，从不同的角度，以不同的形式描述了物质分子的结构，为学生形成分子的概念提供了形象化的东西。
三、新课程教学中如何渗透化学模型方法
模型方法是利用模型来达到特定目的的科学方法，模型方法能增长学生的才干，建立模型能帮助人们理解他们无法直接观察到的事物，新课程教学中可以从以下几个方面渗透模型方法。
1.多种方法利用物质模型，模型概念和理论教学的难度
根据教育心理学实验证明，有50%以上的学生对空间结构的建立可能是有障碍的，如果使用物质模型组织教学则可以使大多数初学者克服困难，例如，学习有机物的分子结构时，学生思考问题总是受到平面知识影响，很不容易理解其空间结构，如果大量利用球棍模型、比例模型组织教学，让学生通过观察，认识有机物的立体结构、同分异构现象和写出有机物的结构式、结构简式，有利于帮助学生了解分子的立体结构和原子间的相对位置，使学生更充分地认识物质结构与物质性质之间的关系；组织学生任意组合含有多个碳原子的烷烃的球棍模型；让学生利用计算机软件Chemsketch制作分子立体模型和离子晶体、原子晶体模型等；信息技术革命的到来，使借助多媒体技术（如电脑动画等）模拟化学反应，分析化学反应的微观过程成为可能，有利于克服学生的思维障碍，突破化学基本理论教学中的重点和难点。
在化学教学中，恰当、灵活地运用物质模型方法，对培养学生的独立思考和创造性思维将是有益的，能使学生更好地发挥运用天赋的才能。学生掌握了这种方法，即使他们离开了学校，也会借助物质模型方法去解决一些面临的新问题，并能在科学知识的不断更新中，恰当地运用科学方法进行再学习，继续获得新知识。
2.恰当借助各种抽象模型，降低新化学知识教学的陌生度
当我们面对一个不熟悉的概念的时候，我们总是在把它分解，重构为我们已经熟悉的概念后才能真正理解它。例如，元素周期表的教学可以进行如下设计，日历是将每月的日子以星期为周期排列而成的，周一是上学的第一天，周六是周末的开始。由于将一年中的每一天都进行了有序排列，因而日历给我们的日常生活提供了便利。在化学中，化学家也对元素进行了有序的排列，方式类似于日历中日期的排列方式，所以说元素周期表就是化学家的“日历”。再如化学键，可以进行这样的设计，一副生动的油画是由许多小色点构成的，艺术家们就是通过许多小色点来展示其创作。就像不同色点的排列可以组成不同的图画一样，原子也能通过不同的排列组合成不同的化合物，将2个原子结合在一起的力称为化学键。大部分原子能够容易地与其他一个或多个原子形成化学键，世界上所有的特质都是由原子这种微小的“建筑砖块”构成的。又例如，元素论之于化学很像字母之于文字，也像积木块之于积木，只要把握住组字或用积木构建某个立体模型时的稳定性原则，就可以拼写出无数的单词和搭出各式各样的模型来。
教学中使用或帮助学生建立抽象模型，能使学生突破感官和时空的局限，充分发挥他们的想象、抽象和推理能力，可以拓宽学生的思维领域，从而提高学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。
3.让学生自制模型，训练学生的创造能力和实践能力
模型是化学教学中重要的工具，在教学实践中有计划地组织学生课外动手自制模型，既能发挥模型的教育作用，又能培养学生的实践能力、创新能力和空间想象能力。例如，笔者在竞赛辅导晶体结构时，讲到晶格的14种形式，有的学生感到无法区分。课后就布置学生分工合作，把14种晶格的模型都做一遍。不久，学生就利用红罗卜和牙签按要求做出来了。像电子云形状、杂化轨道等知识也采用类似的方法，让学生准备好相关材料动手制作各种模型，使学生难度降低，大大调动了学生学习化学的积极性和创造兴趣。
4.运用抽象模型方法培养学生创造性思维能力
调查表明，多数学生缺乏较强的微观想象能力。模型的提出，特别是抽象模型的创立，没有丰富的想象力是不可能的。在想象的过程中，不仅可以创造出客观存在的，而且还可以创造出从来没有被知觉过事物的形象，也还可以创造出不曾存在过的事物的形象。例如，氧化还原反应概念、特征和本质，可想象为“跷跷板”。如果学生学习抽象模型方法，每天都运用它来解决一个问题，那么他们每天都在像科学家一样思考，用到许多科学家也在使用的技能，所以说模型是一种很好的教学媒体，能使学生受益终身。
在教学中学生可以凭借教师的口头讲解、教材上的文字描述、图表、流程图、示意图、模型图、化学符号、化学反应方程式、数学表达式、化学图式等抽象模型以及物质模型等，在头脑中形成新的形象，想象出物质结构的形态，解释某种现象产生的原在、某种变化发生的过程和可能产生的结果等，以形成正确的概念和理论知识。模型能够用来解释一些现象，能帮助人们认识研究对象的某些变化过程和某方面的本质属性。对于学生接受化学知识，培养与提高想象力、创造性思维能力都起着重要作用。
四、高中化学教学中运用模型方法基本要求
1.教师要转变教育观念，重视化学模型方法教育
进行科学方法教育是在新课程标准形势下培养学生能力，提高学生科学素质所不可忽视的一个重要方面。高中化学课程是科学教育的重要组成部分，它对提高学生的科学素养，促进学生全面发展有着不可替代的作用。学生在学习化学的过程中，为实现从感性认识跃进到理性认识，即获得化学概念和化学理论的过程中，常常需要用到模型等科学方法。在化学教学中进行模型方法教育是在新形势下培养学生能力，提高学生的科学素质所不可忽视的一个重要方面。化学教师在教学中通过适当的模型开展教学，就能进行有效地教学活动，并能促进学生有效地学习化学，运用化学，学好化学。
2.要用发展的眼光看待模型
我们所意识到的一切都是模型，无论它与真实情况的差距有多大。我们所能区分的只是什么是一个“好”的模型，什么是一个“坏”的模型。模型本身是否正确其实并不一定如想象中的那么重要，一旦初始的模型建立。我们的认知就有了一个不断发展和积累的基础，最终就可能得到超越我们最初期望的结果。例如原子结构模型，从道尔顿原子模型—汤姆生原子模型—卢瑟福原子模型—玻尔原子模型—电子云模型的演变历史中，说明人类对客观事物认识的阶段性，今后还会不断深入，不断发展。所以，模型的交流和表达具有根本的意义，而其优劣与否只在其次。
3.创造性地处理各个模块的教科书，运用模型要防止绝对化
教师要钻研高中化学教科书，熟悉教科书，熟练地掌握教科书，这是应用模型方法的前提条件。化学教科书是化学知识的载体，是知识本身与获得化学知识过程、方法的集合体。因此，教师要深入教科书，体会科学的方法论思想，也要注意科学概念的严密性和完整性，并依此对化学教学进行设计、运用，才能充分地发挥模型在化学教育中的功能。无论教师采用什么模型，其最终目的就是使学生更准确、更完整地理解和掌握化学概念和理论。
模型方法对学生获得化学知识和基本技能，发展智力，培养能力，进行辩证唯物主义教育，提高科学素质，养成科研能力和科学态度等方面起着重要作用。因此，化学教师在化学模块教学中，有计划、有步骤、循序渐进地结合教学的具体内容和学生的实际，对学生进行模型方法等理性认识的科学方法的培养与训练是十分必要的，是在新形势下培养新型人才、提高学生素质和有效教学所不可忽视的重要教育内容。