模型方法与高中化学教学《化学教育》.docxVIP

2 2 模型方法与高中化学教学 张建国 内容提要：在髙中化学里，模型方法具有重要的价值和功能，但由于种种原因而受到忽视。 本文从方法论的角度阐述了模型、模型方法的概念和特点，归纳了高中化学教学中的模型 问题，并提出了教学中应注意的若干问题。 主题词：模型 模型方法 高中化学教学 模型是化学知识特别是化学理论的主要表达方式，模型方法是解决化学问题的重要手 段，它能为而对问题的研究提供有效的程序，并具有一泄综合性，对培养学生分析问题、 解决问题的能力和进行研究性学习具有独特的价值。在中学化学里，模型俯拾皆是一一物 理的、数学的、概念的、符号的，不一而足。但教师对此却普遍缺乏敏感，对它的理解、 运用缺乏研究，处于一种不自觉的状态，这不能不说是一种遗憾。本文拟就模型、模型方 法及其在高中化学教学中的应用作一些探讨。 1模型方法的意义 研究事物的前提是通过观察来感知这个事物，人们可以直接观察的事物或过程应该具 有以下特点： 在时间和空间上与人的观察力相匹配。人对事物观察能持续的时间以及人的生命周期 是有限的，不能观察历时过长或过短的过程：人的视野和感知力也是有限的，不能直接观 察过大或过小或过远的事物。随着观察工具的不断发明，人的官能在不断延伸。天文望远 镜、射电望远镜的发明使我们能看到离我们更远的东西；卫星摄影可以使我们看到更大的 东西：显微镜、隧道扫描仪的发明使我们能够看到更小的东西；髙速摄影技术的发明使我 们能够看到转瞬即逝过程的细节。可以说，自从有了对自然的观察和研究以来，人们就没 有停止过提高自身观察力的努力。然而这种官能的延伸已经对观察的直接性打了折扣。 事物的结构和演进过程足够外显。隐藏着的事物和过程难以直接观察和感知。玻璃仪 器的引用使化学反应过程中变化一览无余，这对化学研究，特别是对化学学习来说具有划 时代的意义。不难想象，如果我们仍然在使用着类似炼丹炉那样的器皿，我们今天的化学 研究和化学教学将是一个怎样的情景。 事物的结构和过程的因果关系不太复杂。人的思维对事物进行直接处理的能力是有限 的。一个现象往往是由具有一泄独立性的多个部件和过程协同作用的结果。我们认识事物 和进行教学惯用由浅入深、先简后繁、循序渐进原则与方法实在是明智之举。 高中是基础教育的最髙层次，与髙等教育相衔接，这一阶段的科学教冇在内容上有着 明显的加深和拓宽，而不是也不应该停留在过于浅显的水平上。要处理的问题在空间和时 间上与人的官能不再那么匹配，结构和演进过程不再那么外显，因果关系不再那么简单， 而是逐渐复杂化、理论化了。这就需要有更强的能力和更加综合化的方法。经过九年的义 务教育，奇中生已经积累了一左的知识和经验，掌握了一泄的科学方法。他们学习了初步 的观察、分析、综合、比较，为更高层次方法的学习奠定了基础。 在这样的背景下提出模型方法，英必要性和可能性是显而易见的。 2模型方法及其特点 模型是对事物的简化模拟，模型的价值在于能够解释事物是如何运转的，一个模型既 可以是一个装巻、一个计划、一份草图、一个等式、一个计算机程序，甚至也可以仅仅是 一种想象。模型方法是认识的工具，人们借助模型可以加深对事物的理解。 模型是怎样帮助人们来认识事物的呢？ 物理模型通常是指一个真实的装置或一个真实的过程。这个装置或过程的特性与被模 拟的现象十分相似，通过它来模拟我们希望了解的东西。“模型”这个词，最常见的意思是 指物理模型。可以通过对过程延续性的拉伸或挤压，对事物体积的放大或缩小来突破时间 和空间的限制。太阳系在空间上的巨大使人类难于观察，人们通过缩小的模型可以“观察” 到它的全貌：太阳系中各天体的运动周期与人能够持续观察的时间不相匹配，甚至与人的 生命周期不相匹配，人们可以通过模型，使它的运动加速”，在几分钟的时间里“观察” 到它在几十年，甚至成千上万年的运动过程。我们无法想象将一个真正的炼铁炉搬到教室 里来研究它的构造，即使把课堂搬到了炼铁厂，你也无法观察它内部运行和反应的过程。 这不可能，其实也没有必要，因为模型可以帮助你完成这样的任务。 数学横型是从客观实际事物中髙度抽象出来的，是一种完全形式化和符号化了的模型。 它可以是字母、数字和与之相关的数学符号建立起来的公式，也可以是图表、图像、框图 等。通过数学模型对原型事物的左量刻画而使得该事物的某些方而在我们头脑中的反映更 加精确、精致，使我们对事物发展的预期和控制成为可能。化学方程式应该算作化学中数 学模型的典型代表，它所表达的不仅是关于“何种物质”的质的问题，还揭示了 “多少物 质”的量的问题，以及反应中各种物质的比例关系，为化工生产中确定最为经济的投料比 例奠泄了理论基础。 理论横型常以假说或学说的形式岀现。在实践中这样的事情反复发生，即具有某种结 构的事物，会具有某种特泄的性质和功能；改变它的