张枫

摘要：文章以建模思想在初中化学教学过程中的课堂案例为切入点，以工业炼铁的知识教学为背景，简单阐述了建模思想在教学实践中的尝试。以工业流程的建模与含杂质物质的化学方程式计算建模为例，讲述建模思想在实践中的渗透，介绍教学中建模的背景、过程与方法，并进行了一些改善与反思，使得建模思想在教学中起到重要的作用。

关键词：建模思想;化学教学;工业炼铁

文章编号：1008-0546（ 2019）08-0023-03

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2019.08.007

建模是一种科学的思维方法，是一种认知工具。应用建模思想解决课堂教学中的一些问题是一种很有效的教学方法。初中化学是学生接触化学学习的起始阶段，学生对于常见的化学知识有了初步的了解和认识，但还不能很好地从理解角度去分析问题、解决问题，对于建模思想更是比较懵懂。建模思想对于初中学生的学习能力而言虽然有一定的高度，但是为了学生学习能力的可持续发展和思维素养的螺旋式提升，必须在某些适当的知识内容上进行尝试和渗透。

建模思想可以把常见的化学知识和问题浓缩化，使之以直观、形象的形式呈现，提高学生的学习效率。建模思想的优点之一在于把研究对象的一些次要细节和非本质联系提取或舍去，把主要因素、本质联系、主要特征抽象出来再整合在一起，从而形成一种认知的思想方法。笔者以人教社义务教育教科书九年级化学下册第八单元课题3“金属资源的利用和保护”中有关工业炼铁的内容为案例背景，简单阐述建模思想在课堂教学中的尝试。

一、建模思想在工业炼铁原理与工业流程教学中的尝试

铁是人类从自然界中提取量最大的金属，是一种最主要的金属材料，炼铁工业是国家工业生产的重要支柱产业。初中化学对于工业炼铁主要需要学生了解炼铁的主要原理、设备等。通常情况下教师在教学中偏向于把教材中示意图（如图1所示）讲解清晰，让学生对加入各种原料的作用以及高炉内发生的化学反应弄清楚就基本达成了教学目标。然而工业上铁矿石炼铁是一个复杂的过程，一张示意图只是简单地表示出主要反应原理。仔细观察图，就可以看到高炉底部有出渣口与出铁口，而高炉顶部有高炉气体的排出。这就可以引发学生思考，高炉气体就这样如图所示排放到空气中了吗？在此基础上还可以继续深入思考，工业炼铁在这一个高炉设备中就全部完成了吗？

既然是工业炼铁，就会涉及工业生产的流程问题。在学生学有余力的情况下，进行适当的拓展，可以开拓学生的视野，同时也可以激发学生的学习兴趣和动力，体现化学知识的学习与工业生产的关联，让学生对于化学学习的感受不再是枯燥的，而是与生活息息相关的。初中学习以化学理论知识学习与基础实验学习为主，对于工业生产的实际情况也不是特别了解，直接学习起来可能不能完全理解，需要在讲解工业流程之前做好铺垫，所以笔者就在这里的教学设计中利用建模思想进行了一次尝试。

模型建立：以教材中的高炉炼铁的示意图为出发点，引导学生对于工业生产有所认知，继而建立工业生产的大致流程模型，如图2所示。

学生在依照图2对工业生产流程建立初步的模型之后，思维打开，并对于流程的一些具体细节很感兴趣，所以激发了学生的探究欲望。笔者根据学生的学习情况以及对工业炼铁的相关原理的认知度，布置学生课后查阅各种资料，把课堂上建立的模型以工业炼铁的流程具体化，然后以小组为单位进行展示、交流、学生互评等环节，形成了一个相对清晰直观的工业流程示意图，让学生真正的学以致用，感受化学学习的乐趣。图3展示了完成度比较好的工业炼铁流程图。

通过课本知识的学习，炼铁原理的掌握，工业流程的建模，相关资料的搜索，流程图形的制作，学生不是简简单单地掌握了一些知识，而是通过各种学习活动提升了自身的综合能力与素质，凸显了化学学习与工业生产实际的联系。

二、建模思想在含杂质物质的化学方程式计算教学中的尝试

在实际生产时，所用的原料或产物一般都含有杂质，在计算用料和产量时，应考虑到杂质问题。本课题的学习中学生了解了炼铁所用的铁矿石都是含有杂质的，炼出的生铁中也含有杂质，那么在利用这些物质质量进行化学方程式计算时就不是那么简单地通过比例关系进行解答。学生之前的学习中并没有接触过这种类型的计算，为了让学生弄懂这类计算的关键原理，笔者不再简单地以例题讲解的方式教授给学生，让学生被动地接受解题方法，而是通过先建立模型再解决问题的方式进行学习。

模型建立：以工业炼铁中赤铁矿石冶炼成生铁为例介绍混合物与纯净物之间的转化关系，并以化学反应建立物质之间的质量关系，从而建立模型关系，如图4所示。

模型建立好之后，学生可以在建模的过程中大致得出解决此类计算题时应该注意的地方，如化学方程式表示的是纯净物之间的质量关系，若物质中含有杂质，要把杂质的质量去除，代入纯净物的质量进行计算。此外还能够通过建模掌握混合物与纯净物之间的质量转化关系式：纯净物的质量=含杂质物质的质量×该物质的纯度。

在这样的基础条件下，学生脑中已经对这类计算有了比较清晰的模型框架，结合之前学习过的有关化学方程式的计算步骤及书写格式，就可以比较轻松顺利地完成有关题目。笔者在学生进行课堂练习后展示习题的标准答案与评分细则，让学生参照标准互相评分进行学习成果的评价，提升学生的学习兴趣，体现课堂教学的评价。此外，标准答案的展示其实也是给学生建立了正确解答这类题目的模型，让学生可以根据答题模型进行类似题型的解答。

例：用500t含氧化铁80%的赤铁矿石，理论上可以炼出含铁96%的生铁质量是多少？（计算结果保留一位小数）

x=280t

含鐵96%的生铁的质量为：280t÷96%≈291.7t

1分

答：理论上可以炼出生铁291.7t。

0.5分

模型的建立不是固化学生的思维，要根据实际情况灵活应用。例如在例题展示过程中，有学生的解题方法有些差异，提出自己的观点和想法。如设的是生铁的质量为x，代入到化学方程式计算的铁的质量为96%·x，通过比例式关系一次性求解出生铁的质量。课堂中，笔者表扬提出这种解法的学生，并补充建模方法只是在大体框架上进行建模的，比如通过建模，知道混合物质量与纯净物质量的转化关系，可以在面对具体的问题时学会灵活应用，适当变形与改进，获得最佳的解决问题的方式与途径。

本节课后，在做类似题目的反馈练习时，又有一些学生没有根据化学方程式进行计算，而是通过铁矿石中铁元素质量与生铁中铁元素的质量相等进行了解答。笔者发现这样的情况后，觉得是一个很好的思维拓展的机会，又在课堂上进行了延伸教学，依旧是通过建模的方法进行。这种化学思维方法主要就是化学反应中反应物某元素的质量一定等于生成物中此元素的质量，通过学生的作业反馈展示，让学生建立一种化学反应前后元素质量守恒的模型，并能根据此模型进行相关的计算。同时，在建立这种元素守恒模型后，不能照搬套用，还要再次强调面对具体问题时要灵活使用，如某元素不是只存在一种物质中时，在进行计算时要注意依据化学反应前后此元素的质量之和进行等式计算。

运用建模思想是一种可以解决多种化学问题的有效方法。通过各类建模在课堂教学中尝试，可以帮助学生提高课堂学习效率，发挥想象能力和推理能力，拓宽思维空间，提升化学学科核心素养。笔者通过本节课在课堂教学中对建模思想的简单尝试，发现建模思想其实可以应用在很多课堂教学情境中，并且可以在实践中循序渐进地不断累积、改进、完善，从而使得建模思想真正在教学中起到重要作用。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部.全日制义务教育化学课程标准（2011版）[M].北京：北京师范大学出版社，2012

[2]人民教育出版社课程教材研究所.义务教育教科书化学九年级下册（2012版）[M].北京：人民教育出版社，2012

[3]王敬义.建模思想在化学学习中的几种应用[J].中学化学教学参考，2007（3）：20-21