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【摘要】基于对思维模型的理解，按照思维模型构建的三个过程，并以二氧化碳制取的研究为例，阐述如何将思维模型运用到气体制取的实验教学中。
【关键词】思维模型；思维建模；气体制取
化学科学和化学教学中涉及到的模型，从其表现形式看主要分为以下三种类型：实物模型、符号模型、思维模型 。而思维模型认知法在具体教学运用上主要体现在“建立解决复杂化学问题的思维框架”，即思维模型构建简称思维建模上。思维建模主要包括分析、建模和解模三个过程。本文主要是利用思维模型建构方法对实验室制取氧气这一已有知识进行分析，从而建立气体制取的思维模型并将该思维模型匹配到二氧化碳实验室制取这一新知识上，再进行解模，从而达到解决新问题、掌握新知识的目的。
一、思维模型认知在二氧化碳制取的研究教学上的运用
氧气、二氧化碳和氢气的制取是初中化学的重要知识，该部分知识不仅承担着这三种气体的物理、化学性质知识的强化和运用的任务，更重要的还在于帮助学生建立一套完整的气体制取的思维模型。在建立气体制取思维模型过程上，学生最早接触的氧气的制取知识可以看作是给学生提供气体制取的初体验，掌握制取气体的相关知识，为建立思维模型做好知识储备。而二氧化碳制取的研究这一内容在整个思维建模过程上则是至关重要的一环，具体建模过程如下。
1.分析过程
学生是信息加工的主体，让学生将其所掌握的旧知识进行回忆、整理、归纳和概括，进而提取出可用于解决同类型问题的思维框架是完成思维建模的关键。通过回忆和分析，可以总结得出实验室制取某气体需要考虑的五大环节分别是：药品和反应原理、发生装置、收集装置、验满方法和检验方法。至此，制取气体的思维框架基本建立，但还需要对每一个环节进行仔细分析：环节（1）药品的选择：①可以用来制取氧气的药品必须含有氧元素，常见易得；②反应最好是常温，反应条件不能太苛刻；③产生的氧气不能混有其他的气体杂质；④反应能连续进行，速率要适中，便于收集氧气；环节（2）发生装置的选择：①反应物的状态；②反应发生的条件；环节（3）收集装置的选择：①氧气的密度比空气大，故可以使用向下排空气法；②氧气不易溶于水故可以用排水法收集；环节（4）、（5）验满方法和检验方法的选择主要是利用氧气有助燃性这一特性来确定的。
2.建模过程
根据上述分析，可以建立以下的思维模型。
（1）实验室制取某气体的五大环节分别是：药品和反应原理、发生装置、收集装置、验满方法和检验方法。
（2）药品的选择主要考虑：药品必须常见易得、反应条件不能太苛刻、产生的气体必须纯净和反应速率要适中等要素。
（3）发生装置的选择主要根据反应物的状态和反应发生的条件两要素来确定。
（4）收集装置的选择主要根据待收集气体的密度和水溶性两要素来确定。
（5）验满方法和检验方法的选择主要是利用待收集气体某一特定的化学性质来确定。
3.解模过程
利用上述获得思维模型，对二氧化碳制取的研究进行模型匹配和解模以解决新问题。根据气体制取的五大环节进行逐一研究。
（1）药品的选择。引导学生回忆在学过的知识中有哪些物质能反应产生二氧化碳，反应方程式如何书写等，学生的回答可能有：碳的充分燃烧可获得二氧化碳；高温煅烧碳酸钙可获得二氧化碳等等。接着逐步梳理出待选的物质，再根据药品选择需要考虑的要素进行筛选。因为碳燃烧产生的二氧化碳不纯净和煅烧碳酸钙条件比较苛刻，因此上述两种方案都不可行，最后帮助学生回到课本，找出合适的药品及反应原理。
（2）发生装置的选择。药品确定后，可以根据大理石和稀盐酸的状态为固体和液体，反应条件为常温等要素确定发生装置为“固液常温型”。
（3）收集装置的选择。根据课本介绍的知识，知道二氧化碳能溶于水并与水反应且密度比空气大等要素确定可以采用向上排空气法收集二氧化碳。
（4）验满方法的确定。根据二氧化碳不支持燃烧的性质，可以仿照验满氧气的操作方法，在集气瓶口放一根燃着的木条，若观察到木条熄灭则二氧化碳已经集满。
（5）检验方法的确定。根据二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊的性质，可以向集气瓶中加入适量的澄清石灰水，振荡，若观察到澄清石灰水变浑浊则证明收集到的气体是二氧化碳。
至此，利用通过对制取氧气知识分析建立的思维模型，成功地匹配到二氧化碳制取的研究上，并通过解模过程很好地完成了探究过程。最后，我还会给出表格1让学生填写，巩固新获取的知识。
二、气体制取思维模型认知在其他方面的运用
1.有助于理解和掌握实验室制取氢气。
第七单元课题2燃料的合理利用和开发中有实验室制取氢气的内容，利用气体制取的思维模型认知可以帮助学生理解该部分知识：（1）药品选择上选用硫酸而不选用盐酸是因为盐酸具有挥发性，会造成氢气不纯；选用金属锌而不选用其他金属是因为锌与酸反应速率适中，便于收集氢气；（2）由于锌是固体，硫酸是液体，反应条件为常温故发生装置应用“固液常温型”；（3）由于氢气是密度最小的气体，又难溶于水，故氢气既可用向下排空气法也可用排水法收集；（4）氢气具有可燃性和还原性，但这两个性质都不适用于氢气的验满，故若采用向下排空气法收集氢气，验满方法不做要求。若采用排水法收集则以水槽水面出现气泡为氢气集满的标志；（5）利用氢气可以在空气中燃烧并产生水的性质对氢气进行检验。
2.在完成练习中的运用
例，下图是实验室常见的制取气体的装置：
（1）……；（2）……；（3）……；（4）氨气密度比空气小，极易溶于水，某兴趣小组用氯化铵固体和氢氧化钙固体加热反应制取氨气，可选用的气体发生装置是_________，收集装置是__________。
分析：发生装置的选择主要考虑反应物的状态和反应条件，制取氨气的两种反应物都是固体，反应条件为加热，故发生装置应选A；收集装置主要考虑待收集气体的密度和水溶性，氨气密度比空气小且极易溶于水，故只能用向下排空气法收集，选E。
三、模型认知的教学中的心得体会
1.模型认知是初中学生的核心素养之一，是学生重要的学习工具，许多老师都在使用，但是对模型认知进行深入研究，对初中化学知识进行系统地建模研究做得还很少，在这方面的研究大有可为。
2.化学学习与教学中的认知模型有多种，要根据实际教学情况加以分析和运用，有效地帮助学生掌握难点知识。比如，在学习第三单元物质构成的奥秘中分子和原子的相关知识时，就可以利用认知模型中的实物模型，使用实物模型，可以将微观现象宏观化，抽象事物具体化，学生比较容易接受原型、理解原型。
3.在教学过程中，应注重对学生模型认知核心素养的培养，主要从理解模型、运用模型和构建模型三个层次来落实。让学生在学习过程中，主动认识模型，亲身经历模型的形成、建构到应用发展过程，最终形成模型认知核心素养。
參考文献：
[1]李鹏鸽，龚文慧，秦蕊，王旭，夏志卿.模型认知素养及其在化学概念教学中的落实[J].教学与管理，2018（2）：64-66.
[2]王云生.基础教育阶段学科核心素养及其确定——以化学学科核心素养为例[J].福建基础教育研究，2016（2）：7-9.
[3]张尔华.谈初中化学思维建模——以空气成分测定实验为例[J].课程与教学，2013（11）：79-80.
【关键词】思维模型；思维建模；气体制取
化学科学和化学教学中涉及到的模型，从其表现形式看主要分为以下三种类型：实物模型、符号模型、思维模型 。而思维模型认知法在具体教学运用上主要体现在“建立解决复杂化学问题的思维框架”，即思维模型构建简称思维建模上。思维建模主要包括分析、建模和解模三个过程。本文主要是利用思维模型建构方法对实验室制取氧气这一已有知识进行分析，从而建立气体制取的思维模型并将该思维模型匹配到二氧化碳实验室制取这一新知识上，再进行解模，从而达到解决新问题、掌握新知识的目的。
一、思维模型认知在二氧化碳制取的研究教学上的运用
氧气、二氧化碳和氢气的制取是初中化学的重要知识，该部分知识不仅承担着这三种气体的物理、化学性质知识的强化和运用的任务，更重要的还在于帮助学生建立一套完整的气体制取的思维模型。在建立气体制取思维模型过程上，学生最早接触的氧气的制取知识可以看作是给学生提供气体制取的初体验，掌握制取气体的相关知识，为建立思维模型做好知识储备。而二氧化碳制取的研究这一内容在整个思维建模过程上则是至关重要的一环，具体建模过程如下。
1.分析过程
学生是信息加工的主体，让学生将其所掌握的旧知识进行回忆、整理、归纳和概括，进而提取出可用于解决同类型问题的思维框架是完成思维建模的关键。通过回忆和分析，可以总结得出实验室制取某气体需要考虑的五大环节分别是：药品和反应原理、发生装置、收集装置、验满方法和检验方法。至此，制取气体的思维框架基本建立，但还需要对每一个环节进行仔细分析：环节（1）药品的选择：①可以用来制取氧气的药品必须含有氧元素，常见易得；②反应最好是常温，反应条件不能太苛刻；③产生的氧气不能混有其他的气体杂质；④反应能连续进行，速率要适中，便于收集氧气；环节（2）发生装置的选择：①反应物的状态；②反应发生的条件；环节（3）收集装置的选择：①氧气的密度比空气大，故可以使用向下排空气法；②氧气不易溶于水故可以用排水法收集；环节（4）、（5）验满方法和检验方法的选择主要是利用氧气有助燃性这一特性来确定的。
2.建模过程
根据上述分析，可以建立以下的思维模型。
（1）实验室制取某气体的五大环节分别是：药品和反应原理、发生装置、收集装置、验满方法和检验方法。
（2）药品的选择主要考虑：药品必须常见易得、反应条件不能太苛刻、产生的气体必须纯净和反应速率要适中等要素。
（3）发生装置的选择主要根据反应物的状态和反应发生的条件两要素来确定。
（4）收集装置的选择主要根据待收集气体的密度和水溶性两要素来确定。
（5）验满方法和检验方法的选择主要是利用待收集气体某一特定的化学性质来确定。
3.解模过程
利用上述获得思维模型，对二氧化碳制取的研究进行模型匹配和解模以解决新问题。根据气体制取的五大环节进行逐一研究。
（1）药品的选择。引导学生回忆在学过的知识中有哪些物质能反应产生二氧化碳，反应方程式如何书写等，学生的回答可能有：碳的充分燃烧可获得二氧化碳；高温煅烧碳酸钙可获得二氧化碳等等。接着逐步梳理出待选的物质，再根据药品选择需要考虑的要素进行筛选。因为碳燃烧产生的二氧化碳不纯净和煅烧碳酸钙条件比较苛刻，因此上述两种方案都不可行，最后帮助学生回到课本，找出合适的药品及反应原理。
（2）发生装置的选择。药品确定后，可以根据大理石和稀盐酸的状态为固体和液体，反应条件为常温等要素确定发生装置为“固液常温型”。
（3）收集装置的选择。根据课本介绍的知识，知道二氧化碳能溶于水并与水反应且密度比空气大等要素确定可以采用向上排空气法收集二氧化碳。
（4）验满方法的确定。根据二氧化碳不支持燃烧的性质，可以仿照验满氧气的操作方法，在集气瓶口放一根燃着的木条，若观察到木条熄灭则二氧化碳已经集满。
（5）检验方法的确定。根据二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊的性质，可以向集气瓶中加入适量的澄清石灰水，振荡，若观察到澄清石灰水变浑浊则证明收集到的气体是二氧化碳。
至此，利用通过对制取氧气知识分析建立的思维模型，成功地匹配到二氧化碳制取的研究上，并通过解模过程很好地完成了探究过程。最后，我还会给出表格1让学生填写，巩固新获取的知识。
二、气体制取思维模型认知在其他方面的运用
1.有助于理解和掌握实验室制取氢气。
第七单元课题2燃料的合理利用和开发中有实验室制取氢气的内容，利用气体制取的思维模型认知可以帮助学生理解该部分知识：（1）药品选择上选用硫酸而不选用盐酸是因为盐酸具有挥发性，会造成氢气不纯；选用金属锌而不选用其他金属是因为锌与酸反应速率适中，便于收集氢气；（2）由于锌是固体，硫酸是液体，反应条件为常温故发生装置应用“固液常温型”；（3）由于氢气是密度最小的气体，又难溶于水，故氢气既可用向下排空气法也可用排水法收集；（4）氢气具有可燃性和还原性，但这两个性质都不适用于氢气的验满，故若采用向下排空气法收集氢气，验满方法不做要求。若采用排水法收集则以水槽水面出现气泡为氢气集满的标志；（5）利用氢气可以在空气中燃烧并产生水的性质对氢气进行检验。
2.在完成练习中的运用
例，下图是实验室常见的制取气体的装置：
（1）……；（2）……；（3）……；（4）氨气密度比空气小，极易溶于水，某兴趣小组用氯化铵固体和氢氧化钙固体加热反应制取氨气，可选用的气体发生装置是_________，收集装置是__________。
分析：发生装置的选择主要考虑反应物的状态和反应条件，制取氨气的两种反应物都是固体，反应条件为加热，故发生装置应选A；收集装置主要考虑待收集气体的密度和水溶性，氨气密度比空气小且极易溶于水，故只能用向下排空气法收集，选E。
三、模型认知的教学中的心得体会
1.模型认知是初中学生的核心素养之一，是学生重要的学习工具，许多老师都在使用，但是对模型认知进行深入研究，对初中化学知识进行系统地建模研究做得还很少，在这方面的研究大有可为。
2.化学学习与教学中的认知模型有多种，要根据实际教学情况加以分析和运用，有效地帮助学生掌握难点知识。比如，在学习第三单元物质构成的奥秘中分子和原子的相关知识时，就可以利用认知模型中的实物模型，使用实物模型，可以将微观现象宏观化，抽象事物具体化，学生比较容易接受原型、理解原型。
3.在教学过程中，应注重对学生模型认知核心素养的培养，主要从理解模型、运用模型和构建模型三个层次来落实。让学生在学习过程中，主动认识模型，亲身经历模型的形成、建构到应用发展过程，最终形成模型认知核心素养。
參考文献：
[1]李鹏鸽，龚文慧，秦蕊，王旭，夏志卿.模型认知素养及其在化学概念教学中的落实[J].教学与管理，2018（2）：64-66.
[2]王云生.基础教育阶段学科核心素养及其确定——以化学学科核心素养为例[J].福建基础教育研究，2016（2）：7-9.
[3]张尔华.谈初中化学思维建模——以空气成分测定实验为例[J].课程与教学，2013（11）：79-80.