基于模型认知的有机推断题解题策略
分析
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摘要：本文从模型认知的内涵入手，分析模型认知在高中化学问题解决中的重要作用。将模型认知策略应用于有机推断大题问题解决中，通过建立正向思维模型、逆向思维模型、类比思维模型帮助学生突破推断难点，提高问题解决能力，发展模型认知素养。关键字：模型认知；有机推断；解题策略一、模型认知内涵模型模型是人们按照一定的目的，对客观实物、真理所进行的简化了的描述[1]，同时又能突出原型本质特征和规律的结构，是对原型抽象概括化的描述[2]。模型化、结构化的知识能帮助学生更好的理解和运用，促使其解决问题。模型的分类适合化学学科特质的科学模型大体可以分为两类，一是实物模型（也可称为物质模型），如：晶体模型，有机分子球棍模型、分子比例模型等；二是思想模型，包括数学模型、符号模型和理论模型。数字模型如：理想气体状态方程，物质的量计算公式，平衡常数表达式，速率-时间图，转化率-时间图，化合价-物质种类坐标模型等等。符号模型如：原子结构示意图，化学式，化学方程式，离子方程式，热化学方程式等。理论模型如：氧化还原反应理论，盖斯定律，元素周期律，有效碰撞理论，价层电子对互斥理论，勒沙特列原理，有机反应机理（加成反应机理、醇氧化规律）等。对模型认知素养的理解模型与建模是科学学习中不可或缺的认知与能力。模型认知是指人们在研究物质及其变化等问题时，能提出假设，根据实验观察、借助模型认识获得信息（证据），基于证据分析推理，采用模型思维，抽象概括核心要素及相互关系，用简化了的结构再现物质及其变化的本质、规律，并通过实验进一步修正和完善模型[3]。笔者认为学生要发展模型认知素养，一是要能够运用各种已有模型来认知，提高认知水平；二是构建理论模型，达到对知识理解、运用的发展水平，提高素养水平。其中体现高素养水平的是模型建构能力，建模是学生通过化学
方法
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研究物质及其变化，获得大量实验事实和经验积累，对这些结果进行分析比较、归纳总结，抽象概括出核心要素，再用简化的符号、语言、图形、图表等建构模型，使事物的本质、变化规律清晰明朗。模型认知可以理解为通过借助模型，利用模型，建构模型，完善模型和运用模型获得知识和能力，发展认知水平，提升学生的逻辑思维能力、观察分析能力和解决问题的能力。二、有机推断大题结构分析有机化学推断命题，往往以新药（如胃药、高血压药、抗癌药等）、高分子
材料
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等作为目标合成产物，给出部分物质的结构简式和分子式，通过设计物质转化
流程
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图，从知识层面重点考查：①有机物分子式、结构简式的书写；②官能团的识别，性质、反应类型的判断；③化学方程式的书写（取代、加成、氧化、消去反应等）；④限定条件同分异构体的书写；⑤目标有机物合成路线的设计。从能力层面重点考查学生逻辑推理能力、观察分析能力、类比迁移能力等。从问题设置看，一般包含5个小题，分为三个层次，1、2两题属于简单题，考查学生能否根据结构简式计算分子式，是否熟悉官能团（结构）-性质-反应类型之间的相关性，能否根据信息提示，通过正推、逆推相结合，推理出未知物质的结构简式，并正确书写；第3题属于稍难题，考查学生书写有机反应方程式的能力；第4、5两题属于综合难题，要求学生能分析、处理信息，合理写出限定条件下的同分异构体和绘制有机合成路线。知识的综合性非常强，学生在解答此题时，如果没有掌握合适的方法，很难在有限的时间内准确的推理出合理的结构，正确完成相应的题目。从调查结果显示，学生存在解决问题困难的原因，往往是对有机化学知识的掌握比较零碎、片面、不系统，缺乏思维的灵活性和发散性，遇到问题时无法由点及面，建立知识的联系性，又没有方法支撑，往往束手无策。三、有机推断大题解题策略突破——建立模型1、建立条件-类型-官能团相关性模型，掌握有机化学基础知识表1条件-类型-官能团相关性模型反应条件反应类型官能团转化（引入）NaOH/H2O，加热水解反应-X→-OH或-COO→-COOH+-OHNaOH/醇，加热消去反应-X→碳碳双键浓H2SO4，加热消去、酯化、成醚、硝化-OH→碳碳双键、引入酯基、-OH→-O-、引入-NO2卤素单质（X2）加成反应碳碳双键→-X、碳碳叁键→-X卤素单质（X2），光照取代反应烃基上引入-X卤素单质（X2），铁粉取代反应苯环上引入-XH2，Ni加成反应-CHO或-CO-(羰基)→-OHO2，Cu/Ag，加热氧化反应-OH→-CHOⅰ.Cu(OH)2悬浊液或银氨溶液，加热ⅱ.H+氧化反应-CHO→-COOH2、建立正推思维、逆推思维、类比思维模型，突破有机推断难题出题者往往会给出目标产物的结构简式，从目标产物的碳骨架结构逆推，结合反应条件、类型，找到准确断键位置，获得中间产物及原料的碳骨架结构。也可以从原料正推获得中间产物，中间转化过程主要涉及碳链的增长、减少，官能团的转化、保护，成环开环等，对于未知的转化，可以从题给的信息方程式中获取转化途径，从而正确推理得到中间产物。图1建立推断模型，直击目标3、应用模型，提升解题能力例：化合物K是有机光电材料中间体。由芳香族化合物A制备K的合成路线如下，分别推出A到G物质的结构简式。[运用类比模型]，类比信息方程式：RCHO+CH3CHORCH=CHCHO+H2O，推出A类似：RCHO，B类似：RCH=CHCHO，由B的分子式C9H8O推测R为-C6H5。故A：，B：。[运用类比模型]根据K的结构，类比信息方程式：，对K的结构切断：，逆推出反应物，分子式C7H8为，G为。[运用正推模型]B→C→D的推断方法采用正推，结合反应条件-反应类型-官能团相关性模型，由①Cu(OH)2，加热；②H+，推测先进行醛基氧化，成-COONa后再酸化，故C为，比较C与D的分子式，相差2个Br，故D为：。[运用逆推模型]E→F→G的推断方法采用逆推，由G结合条件浓硫酸、乙醇、加热逆推是酯化反应，F为酸：，E→F为酸化过程，逆推E为钠盐。教师首先帮助学生从整体上分析有机大题结构，建立条件-类型-官能团相关性概念。引导学生能从题给方程式中获取信息，类比迁移，能运用逆推模型，找到准确断键位置，获得碳骨架结构；能运用正推模型，结合分子式，实现官能团的转化、碳链的增减、成环和开环。整个思维过程能提高学生分析问题解决问题的能力，诊断并发展证据推理与模型认知素养。参考文献：[1]雷范军．新课程教学中强化训练化学模型方法初探[J]．化学教育，2006．[2]孙小礼．模型——现代科学的核心方法[J]．哲学研究，1993-03-02．[3]徐宾．基于“模型认知”的化学教学策略[J]．中
小学
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教学研究，2018． -全文完-
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