建模思想在高中热化学教学中的应用研究

建模思想在高中热化学教学中的应用研究

李小霞

湛江市第四中学   广东省 湛江市   524000

摘要：“证据推理和模式认知”是化学的重要组成部分。思维建模的目的是构建思维过程的模式，从而使事物的本质得到更清晰的认识。运用数学建模的方法，探讨了高中热化学教学中数学模型的应用。

关键词：模型;建模;反应热大小;盖斯定理

1概述

模型是一种对特定知识的直观描述和对物质的具体表达，以揭示事物的本质。通过化学模型，同学们可以理解对象的特性，使其直观和有组织，并将其分为三类：概念、数学和图形。化学知识是支离破碎和抽象的，很难理解。如果能用模型建立一个生动的模型，使问题具体化，就能解决问题。

2.高中化学数学模型教学的探讨与分析

2.1调查目标

目的：通过对模型方法在高中化学教学中的应用进行深入探讨，为今后的研究提供一定的依据，并对模型方法进行正确的分析，进行深入的探讨，为未来的教学实践提供依据。

对象：广东省湛江市第四中学高中三年级8班和22班学生。共发放了110份问卷，包括56个8班和41个22班。97份问卷的有效值为96，占98.96%。

2.2调查问卷设计

根据模型教学的相关文献，针对当前高校化学专业学生的实际情况，编写了一份调查问卷。共15份调查问卷，分单一选项与多选项。调查内容包括建模，研究教学模式的优点和不足，以及学生对教学内容的预期。此项调查没有标注，其特定的结果是以比较的可能性为基础的。问卷编制思路如表2-1：

表2-1问卷编制思路

2.3调查结果分析

在此基础上，采用问卷法对数据进行调查。得出的结论是：

2.3.1学生对化学学习的兴趣和思考模式的研究

图2-1学生对化学学习兴趣的调查问卷及统计分析

从现阶段的调查可以看出，大多数学生选择化学，但他们对化学的兴趣不高，很少有机会与同学接触。因此，教师在教学时，可以适当地减少一些困难，从而提高他们的学习积极性。

2.3.2学生对模型和模型构建的认知研究

图2-2同学对模型教学的调查问卷和结果统计有何理解

如图所示，大多数学生对模型的概念并不清楚，即目前的数学建模方法在高中化学中的应用非常缓慢，学生在实际教学中对化学建模的应用还不够。

2.3.3化学建模教学的开展情况的调查

图2-3在真实教学情境中使用化学模型的调查和结果统计

通过调查发现，高中化学课程存在许多知识点、难点和知识点。在化学课程的实施中，大多数学生都很紧张，这导致化学教师不愿意花太多时间在课堂上建立化学模型。

2.3.4学生对建模教学开展的态度调查

图2-4调查问卷内容和对模型教学法的评价统计信息

通过对学生对模型教学态度的问卷调查，有助于深入研究该课题在实际教学中的应用。在化学教学中，学生倾向于采用特定的教学方法。化学课程的知识点是抽象的，学生希望教师在教学中使用更直观的数学模型。同时，大多数学生希望通过学习和参与学校的各种活动获得更多的知识。

2.3.5学生对化学课堂教学的意见

表2-2调查问卷的内容与结果统计

由上表可知，在知识学习过程中，教师的动手和思考是第二位的。高中化学知识内容复杂且密集，难点多。

2.4调查结论

利用SPSS21.0对调查结果进行系统整理和分析，得出Kronbach系数为0.779的结论，表明了问卷的可信度和有效性。从实验结果来看，课堂建模教学应包括以下几个方面：

（1）大多数学生对化学课程有高度的偏好；

（2）大多数学生对建模方法没有透彻的理解，很少有教师在实践中使用建模方法；

（3）绝大多数学生认为，模型的引入可以促使他们形成更清晰的化学概念，从而收集分散的知识，形成有效的学习体系。

（4）学生最喜欢的是与老师一起建立一个模型，使学生对模型有一种正面的认识，并能体会到化学试验的乐趣；

3建模思想在高中热化学教学中的应用

3.1概念型模型的应用

概念模式是指运用比较、分析、归纳等思维方法，通过图形、文字、符号等手段，舍弃了研究对象中的小要素。了解化学反应的基本原理是很关键的。在化学教学中，把材料的能量、键的吸收、键的能量、键的释放、键的能量、键的变化等归类为“反应热的基本概念图”。本课程旨在透过模式呈现认知结果，以协助学生了解及提升思考能力。从图1可以看出：

从微观角度来看，反应的热量取决于新键合和新键合释放的能量。

从宏观角度来看，反应热取决于反应物和有机体的总能量。

用概念画出化学反应和能量的图表，使学生能够快速理解和掌握吸热和释放、材料能量和材料键能之间的关系，如图2所示，

由△H计算公式知：

在具体的课堂教学中，教师若能有效地指导、协助学生建构概念模型、形象地表现化学变异、加深对化学反应规律的抽象领悟，就可以使复杂问题得到简化，从而提高教学效果。

3.2图像模型的应用

大多数图像模型都以化学绘画的方式表达被观察对象的认知特征。

例：

则、的大小关系？

首先，绘制反应程序和能量坐标。通过比较这两种反应，结果表明，二者均为燃烧与放热反应，因而其反应能比产品更高。按顺序计算，反应物料的总能量与反应物料的总能量。从反应温度的计算中，反应热量应该与反应产物总能和反应物质总能量的差值相等。然后，第二个反应产品的总能量是由E S(g)>E S(S）来计算的，该总能量比之前的反应产品总能高，并且把它标为第二个反应的反应热。因为这是放热反应，△H 1和△H 2均小于0，而|△H 2|＞|△H 1|，所以△△H 1＞△H 2。

3.3建模思想与热化学方程式书写

思维建模是利用一些特殊的工具，如思维导图，对知识的内部思维过程进行建模，从而实现知识的视觉表达。本文总结了常用热化学方程写作（包括计算H）的测试视角，并从模型构建的角度构建了不同测试类型的思维模型。

3.3.1直接描述型热化学方程式书写

（1）解题关键

把这些信息转化成物质的质量，它相当于热化学方程式ΔH。

（2）思维建模

（3）例题剖析

0.1摩尔的氯气与焦炭、二氧化钛完全反应，形成易水解的的液态化合物，放热4.28千焦，该反应的热化学方程式为

解析：在此基础上，结合物质的有关化学特性和质量守恒定律，确定了一氧化碳为还原气体。易水解成的液态化合物为。写出化学方程式并标明物质的聚集状态

氯气反应放出的热量为，故热化学方程式为

答案：

3.3.2用燃烧热写出热化学方程

（1）解题关键

对“燃烧热”这个概念的正确认识：

（2）思维建模

（3）例题剖析

已知的燃烧热数值为。下列热化学方程式正确的是（）

解析：选项A中应为负号，故选项A错误；选项B中的状态错误，应为，故选项B错误；选项C中由于为，

故，故选项C正确；选项D中，生成物错误，应为。

答案：C

3.3.3从反应热量的测量中和温度的计算

（1）解题关键

中和是指在强酸和强碱发生反应时产生1摩尔稀溶液的反应。这样，反应热Q就被首先计算出来，然后由Q＝（中和热）×n（）计算（中和热）。

（2）思维建模

（3）例题剖析

分别取盐酸与溶液进行中和反应。中和热的测定是由在反应期间所放出的热来计算的。假定盐酸和氢氧化钠的浓度是液态水的浓度，而在中和之后，所得到的溶液的比热容。在试验中，在反应之前，用盐酸和氢氧化钠的平均温度分别为21.5℃和24.9℃。（保留1位小数）。

解析：

答案：

4结论和建议

4.1调查结果

4.1.1模型教学能提高学生的学习兴趣，提高他们的自信心

在化学思维模型的学习中，学生不能被动地去学习，而应该在教师的指导下积极参与化学模型的构建。学生小组模式的成功不仅让他们感受到科学探索的乐趣，而且让他们认识到自己在学习过程中的作用。示范教学的建立也是为了培养学生的自信心，鼓励他们不断探索科学之路，提高他们的示范能力，也加强他们的合作与交流，使学校更加充满活力。

4.1.2建模教学提高了学生的解题能力

许多化学问题只能通过建立精确的数学模型来解决。如果学生在解决问题的过程中注意问题的本质、问题的性质、模型的建立、模型的检查、修改和应用，他们可以将问题从复杂的问题转化为简单的问题，从而使学生能够更好地理解相关的化学知识。经过一段时间的教学实践，实验组的模拟能力和化学学习兴趣有了很大的提高。同时，学生还可以将构建的模型转移到其他模型。通过转移模型，知识的难度降低，复杂的材料简化，学生可以更好地理解和掌握知识。

4.1.3模型教学能有效地提高学生的化学学习质量

在建立数学模型时，学生将积极探索，团队合作，从个人到集体，从整体到积极，从普通到积极，由困难到困难，所有这些都将促进学生对化学的热爱，从而提高他们的学习成绩。

4.2研究建议

必须从发展的角度看待模型方法的教学和模型的构建。模型的建立不是静态的，随着时间的推移和知识的不断更新，所建立的模型也将发生变化。模型和建模的本质不仅仅是建立模型，而是不断改进。目前，新的课程标准对学生的评估提出了新的要求，并强调了不能泛化。这需要综合的参照和分析，而不只是注解。重视对学生的学习过程进行评估，从整体上观察、分析、引导学生发现问题，并采取积极的措施。在课堂教学中，不仅要听老师讲课，还要做笔记。还应该培养学生的独立思考能力，让他们参与讨论，从而提高他们的知识和能力。

本文系湛江市中小学教育科学规划2021年度项目立项重点课题《建模思想在高中热化学教学中的应用研究》编号2021ZJZD009成果。

参考文献

[1]袁子惠.建模思想在高中化学教学中的应用研究[D].西南大学,2021.

[2]杨晗.基于眼动追踪技术的高二学生化学建模能力的差异研究[D].西南大学,2021.

[3]陈金宝.高中化学教学中建模思想的应用[J].高中数理化,2020(S1):66.