張楓

摘要：文章以建模思想在初中化學(xué)教學(xué)過程中的課堂案例為切入點(diǎn)，以工業(yè)煉鐵的知識教學(xué)為背景，簡單闡述了建模思想在教學(xué)實(shí)踐中的嘗試。以工業(yè)流程的建模與含雜質(zhì)物質(zhì)的化學(xué)方程式計(jì)算建模為例，講述建模思想在實(shí)踐中的滲透，介紹教學(xué)中建模的背景、過程與方法，并進(jìn)行了一些改善與反思，使得建模思想在教學(xué)中起到重要的作用。

關(guān)鍵詞：建模思想;化學(xué)教學(xué);工業(yè)煉鐵

文章編號：1008-0546（ 2019）08-0023-03

中圖分類號：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2019.08.007

建模是一種科學(xué)的思維方法，是一種認(rèn)知工具。應(yīng)用建模思想解決課堂教學(xué)中的一些問題是一種很有效的教學(xué)方法。初中化學(xué)是學(xué)生接觸化學(xué)學(xué)習(xí)的起始階段，學(xué)生對于常見的化學(xué)知識有了初步的了解和認(rèn)識，但還不能很好地從理解角度去分析問題、解決問題，對于建模思想更是比較懵懂。建模思想對于初中學(xué)生的學(xué)習(xí)能力而言雖然有一定的高度，但是為了學(xué)生學(xué)習(xí)能力的可持續(xù)發(fā)展和思維素養(yǎng)的螺旋式提升，必須在某些適當(dāng)?shù)闹R內(nèi)容上進(jìn)行嘗試和滲透。

建模思想可以把常見的化學(xué)知識和問題濃縮化，使之以直觀、形象的形式呈現(xiàn)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。建模思想的優(yōu)點(diǎn)之一在于把研究對象的一些次要細(xì)節(jié)和非本質(zhì)聯(lián)系提取或舍去，把主要因素、本質(zhì)聯(lián)系、主要特征抽象出來再整合在一起，從而形成一種認(rèn)知的思想方法。筆者以人教社義務(wù)教育教科書九年級化學(xué)下冊第八單元課題3“金屬資源的利用和保護(hù)”中有關(guān)工業(yè)煉鐵的內(nèi)容為案例背景，簡單闡述建模思想在課堂教學(xué)中的嘗試。

一、建模思想在工業(yè)煉鐵原理與工業(yè)流程教學(xué)中的嘗試

鐵是人類從自然界中提取量最大的金屬，是一種最主要的金屬材料，煉鐵工業(yè)是國家工業(yè)生產(chǎn)的重要支柱產(chǎn)業(yè)。初中化學(xué)對于工業(yè)煉鐵主要需要學(xué)生了解煉鐵的主要原理、設(shè)備等。通常情況下教師在教學(xué)中偏向于把教材中示意圖（如圖1所示）講解清晰，讓學(xué)生對加入各種原料的作用以及高爐內(nèi)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)弄清楚就基本達(dá)成了教學(xué)目標(biāo)。然而工業(yè)上鐵礦石煉鐵是一個(gè)復(fù)雜的過程，一張示意圖只是簡單地表示出主要反應(yīng)原理。仔細(xì)觀察圖，就可以看到高爐底部有出渣口與出鐵口，而高爐頂部有高爐氣體的排出。這就可以引發(fā)學(xué)生思考，高爐氣體就這樣如圖所示排放到空氣中了嗎？在此基礎(chǔ)上還可以繼續(xù)深入思考，工業(yè)煉鐵在這一個(gè)高爐設(shè)備中就全部完成了嗎？

既然是工業(yè)煉鐵，就會涉及工業(yè)生產(chǎn)的流程問題。在學(xué)生學(xué)有余力的情況下，進(jìn)行適當(dāng)?shù)耐卣?，可以開拓學(xué)生的視野，同時(shí)也可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動力，體現(xiàn)化學(xué)知識的學(xué)習(xí)與工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)聯(lián)，讓學(xué)生對于化學(xué)學(xué)習(xí)的感受不再是枯燥的，而是與生活息息相關(guān)的。初中學(xué)習(xí)以化學(xué)理論知識學(xué)習(xí)與基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)為主，對于工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況也不是特別了解，直接學(xué)習(xí)起來可能不能完全理解，需要在講解工業(yè)流程之前做好鋪墊，所以筆者就在這里的教學(xué)設(shè)計(jì)中利用建模思想進(jìn)行了一次嘗試。

模型建立：以教材中的高爐煉鐵的示意圖為出發(fā)點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生對于工業(yè)生產(chǎn)有所認(rèn)知，繼而建立工業(yè)生產(chǎn)的大致流程模型，如圖2所示。

學(xué)生在依照圖2對工業(yè)生產(chǎn)流程建立初步的模型之后，思維打開，并對于流程的一些具體細(xì)節(jié)很感興趣，所以激發(fā)了學(xué)生的探究欲望。筆者根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況以及對工業(yè)煉鐵的相關(guān)原理的認(rèn)知度，布置學(xué)生課后查閱各種資料，把課堂上建立的模型以工業(yè)煉鐵的流程具體化，然后以小組為單位進(jìn)行展示、交流、學(xué)生互評等環(huán)節(jié)，形成了一個(gè)相對清晰直觀的工業(yè)流程示意圖，讓學(xué)生真正的學(xué)以致用，感受化學(xué)學(xué)習(xí)的樂趣。圖3展示了完成度比較好的工業(yè)煉鐵流程圖。

通過課本知識的學(xué)習(xí)，煉鐵原理的掌握，工業(yè)流程的建模，相關(guān)資料的搜索，流程圖形的制作，學(xué)生不是簡簡單單地掌握了一些知識，而是通過各種學(xué)習(xí)活動提升了自身的綜合能力與素質(zhì)，凸顯了化學(xué)學(xué)習(xí)與工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際的聯(lián)系。

二、建模思想在含雜質(zhì)物質(zhì)的化學(xué)方程式計(jì)算教學(xué)中的嘗試

在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，所用的原料或產(chǎn)物一般都含有雜質(zhì)，在計(jì)算用料和產(chǎn)量時(shí)，應(yīng)考慮到雜質(zhì)問題。本課題的學(xué)習(xí)中學(xué)生了解了煉鐵所用的鐵礦石都是含有雜質(zhì)的，煉出的生鐵中也含有雜質(zhì)，那么在利用這些物質(zhì)質(zhì)量進(jìn)行化學(xué)方程式計(jì)算時(shí)就不是那么簡單地通過比例關(guān)系進(jìn)行解答。學(xué)生之前的學(xué)習(xí)中并沒有接觸過這種類型的計(jì)算，為了讓學(xué)生弄懂這類計(jì)算的關(guān)鍵原理，筆者不再簡單地以例題講解的方式教授給學(xué)生，讓學(xué)生被動地接受解題方法，而是通過先建立模型再解決問題的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)。

模型建立：以工業(yè)煉鐵中赤鐵礦石冶煉成生鐵為例介紹混合物與純凈物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，并以化學(xué)反應(yīng)建立物質(zhì)之間的質(zhì)量關(guān)系，從而建立模型關(guān)系，如圖4所示。

模型建立好之后，學(xué)生可以在建模的過程中大致得出解決此類計(jì)算題時(shí)應(yīng)該注意的地方，如化學(xué)方程式表示的是純凈物之間的質(zhì)量關(guān)系，若物質(zhì)中含有雜質(zhì)，要把雜質(zhì)的質(zhì)量去除，代入純凈物的質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算。此外還能夠通過建模掌握混合物與純凈物之間的質(zhì)量轉(zhuǎn)化關(guān)系式：純凈物的質(zhì)量=含雜質(zhì)物質(zhì)的質(zhì)量×該物質(zhì)的純度。

在這樣的基礎(chǔ)條件下，學(xué)生腦中已經(jīng)對這類計(jì)算有了比較清晰的模型框架，結(jié)合之前學(xué)習(xí)過的有關(guān)化學(xué)方程式的計(jì)算步驟及書寫格式，就可以比較輕松順利地完成有關(guān)題目。筆者在學(xué)生進(jìn)行課堂練習(xí)后展示習(xí)題的標(biāo)準(zhǔn)答案與評分細(xì)則，讓學(xué)生參照標(biāo)準(zhǔn)互相評分進(jìn)行學(xué)習(xí)成果的評價(jià)，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，體現(xiàn)課堂教學(xué)的評價(jià)。此外，標(biāo)準(zhǔn)答案的展示其實(shí)也是給學(xué)生建立了正確解答這類題目的模型，讓學(xué)生可以根據(jù)答題模型進(jìn)行類似題型的解答。

例：用500t含氧化鐵80%的赤鐵礦石，理論上可以煉出含鐵96%的生鐵質(zhì)量是多少？（計(jì)算結(jié)果保留一位小數(shù)）

x=280t

含鐵96%的生鐵的質(zhì)量為：280t÷96%≈291.7t

1分

答：理論上可以煉出生鐵291.7t。

0.5分

模型的建立不是固化學(xué)生的思維，要根據(jù)實(shí)際情況靈活應(yīng)用。例如在例題展示過程中，有學(xué)生的解題方法有些差異，提出自己的觀點(diǎn)和想法。如設(shè)的是生鐵的質(zhì)量為x，代入到化學(xué)方程式計(jì)算的鐵的質(zhì)量為96%·x，通過比例式關(guān)系一次性求解出生鐵的質(zhì)量。課堂中，筆者表揚(yáng)提出這種解法的學(xué)生，并補(bǔ)充建模方法只是在大體框架上進(jìn)行建模的，比如通過建模，知道混合物質(zhì)量與純凈物質(zhì)量的轉(zhuǎn)化關(guān)系，可以在面對具體的問題時(shí)學(xué)會靈活應(yīng)用，適當(dāng)變形與改進(jìn)，獲得最佳的解決問題的方式與途徑。

本節(jié)課后，在做類似題目的反饋練習(xí)時(shí)，又有一些學(xué)生沒有根據(jù)化學(xué)方程式進(jìn)行計(jì)算，而是通過鐵礦石中鐵元素質(zhì)量與生鐵中鐵元素的質(zhì)量相等進(jìn)行了解答。筆者發(fā)現(xiàn)這樣的情況后，覺得是一個(gè)很好的思維拓展的機(jī)會，又在課堂上進(jìn)行了延伸教學(xué)，依舊是通過建模的方法進(jìn)行。這種化學(xué)思維方法主要就是化學(xué)反應(yīng)中反應(yīng)物某元素的質(zhì)量一定等于生成物中此元素的質(zhì)量，通過學(xué)生的作業(yè)反饋展示，讓學(xué)生建立一種化學(xué)反應(yīng)前后元素質(zhì)量守恒的模型，并能根據(jù)此模型進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算。同時(shí)，在建立這種元素守恒模型后，不能照搬套用，還要再次強(qiáng)調(diào)面對具體問題時(shí)要靈活使用，如某元素不是只存在一種物質(zhì)中時(shí)，在進(jìn)行計(jì)算時(shí)要注意依據(jù)化學(xué)反應(yīng)前后此元素的質(zhì)量之和進(jìn)行等式計(jì)算。

運(yùn)用建模思想是一種可以解決多種化學(xué)問題的有效方法。通過各類建模在課堂教學(xué)中嘗試，可以幫助學(xué)生提高課堂學(xué)習(xí)效率，發(fā)揮想象能力和推理能力，拓寬思維空間，提升化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。筆者通過本節(jié)課在課堂教學(xué)中對建模思想的簡單嘗試，發(fā)現(xiàn)建模思想其實(shí)可以應(yīng)用在很多課堂教學(xué)情境中，并且可以在實(shí)踐中循序漸進(jìn)地不斷累積、改進(jìn)、完善，從而使得建模思想真正在教學(xué)中起到重要作用。

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