洪生锋
佛山市顺德区罗定邦中学 广东 佛山 528300
摘 要:化学平衡的内容较为抽象，学生很难理解透彻。通过选取化学平衡的三道典例，依据证据推理和模型认知的素养水平的三个层次，分别从生活事实、宏观与微观结合和模型和原型的关系三个角度建模，利用思维导图将问题的解决过程可视化，提升证据推理与模型认知素养。
关键词:化学平衡；建模；证据推理；模型认知
“一核四层四翼”的高考评价体系明确了必备知识、关键能力、学科素养、核心价值“四层”考查内容，可见学科素养成为一项重要的考查内容。化学平衡作为化学的主干知识，是高考必考的内容。这部分的内容虽然抽象难懂，但是是培养学生证据推理与模型认知的重要素材。有些教师在讲解习题的时候，殊不知其实质是在引导学生进行“问题模型求解”建模的过程，导致学生很难理解透彻。笔者通过选取了化学平衡的三道典例，分别从生活事实、宏观与微观的结合、模型与原型的关系三个角度建模，利用思维导图将问题的解决过程可视化，提升证据推理与模型认知素养。
一、从生活事实建模
化学是一门来源于生活，又服务于生活的学科。化学知识可以用来解释生活中的现象，生活中的现象又可以用来验证化学知识。证据推理与模型认知素养中素养水平1指出：能从物质及其变化的事实中提取证据，能将化学事实和理论模型之间进行关联和合理匹配。[1]
典例1 在一定温度、恒容下，下列叙述不是可逆反应A(g)+4B(g) 2C(s)达到化学平衡的标志的是（ ）
A.单位时间消耗amol A，同时生成4amol B
B.气体的密度不再变化
C.混合气体的总压强不再变化
D.气体的平均相对分子质量不再变化
解析：根据化学平衡的定义可知，达到化学平衡状态的标志可归纳为两种模型：1、v正=v逆；2、变量不变。A选项可用v正=v逆这种模型解决，BCD选项可用“变量不变”这种模型解决。B选项根据，其中m是变量，V是定值，可知密度是个变量，所以B选项是反应达到化学平衡状态的标志。C选项根据反应物和生成物气体的物质的量不同，可知p总是变量，所以所以C选项是反应达到化学平衡状态的标志。D选项随着反应的正向进行，根据，气体的质量和物质的量都减小，从这个角度不能判断是否为定值。如果我们从生活中寻找模型，把A、B分别看成空气中的O2和N2，生活事实告诉我们，从空气中抽取一部分空气到容器中，空气的平均相对分子质量仍然是29。由此可知选项D中是个定值，其不能作为反应达到化学平衡状态的标志，所以答案选D。如图1所示。
图 1 从生活事实建模
化学知识可用于解释生活中的现象，同时生活事实又是验证化学知识的丰富素材。利用生活事实建模，可以将抽象复杂的化学平衡问题的解决过程具体化、可视化，在解决问题的同时又可以培养学生的证据推理与模型认知素养。
二、从宏观和微观的结合上建模
化学特征之一，就是从微观的角度，揭示物质组成、结构、特性和变化的本质。因此，学化学，要善于将宏观和微观相联系，学会以宏观与微观结合为特征，分析和解决问题的方法。证据推理和模型认知素养中素养水平指出：能够从宏观到微观的角度收集证据，能够根据证据的不同角度对问题进行分析，推出合理结论。[1]
典例2 判断下列说法是否正确：2NO2(g)(红棕色)N2O4(g)(无色) ΔH<0，在平衡后，对平衡体系采取缩小容积、增大压强的措施，因为平衡向正反应方向移动，故体系颜色变浅。
解析：该反应的正反应方向为气体体积减小的方向，部分学生因脱离实验的宏观现象，错误地认为增大压强，化学平衡向正反应方向移动，所以体系的颜色变浅。但是，如果我们从宏观和微观结合的角度进行建模，可知题干的说法是错误的。体系加压后那一瞬间，单位体积内c(NO2)增大，体系颜色变深，根据勒夏特列原理，平衡向着减弱这种改变的方向移动，即向着正反应方向移动，c(NO2)减小，体系颜色变浅，但比加压前要深。如图2所示：
图 2 从宏观和微观的结合上建模
宏观辨识与微观探析是辩证统一的，我们不可以割裂开来。宏观的实验现象是我们进行解题建模的基础，微观探析让我们的理解更加深刻。从宏观和微观结合的角度进行建模，可以更好地透过现象看清问题的本质，从而更好地解决抽象的问题，真正做到“见宏思微，以微窥宏”。
三、从模型和原型的关系上建模
査有梁在论教育建模时认为，建模可以有根据原型进行建模、针对问题解决建模和从理论出发建模等几条路径。[2]根据原型进行建模，其模型的建构过程是“原型模型新型”。证据推理与模型认知素养中素养水平3指出：能对模型和原型的关系进行评价以改进模型。
典例 3 将4mol SO2与2 mol O2的混合气分别置于容积相等的甲、乙两容器中，甲是恒压容器，乙是恒容容器。发生反应：2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) △H<0，在相同温度下，使其均达到平衡状态。下列说法正确的是（ ）
A.SO3体积分数：甲 > 乙
B.平衡常数：甲>乙
C.反应放出的热量：甲<乙
D.保持容积不变，使乙容器升温可以使甲乙容器中SO2物质的量相等
解析：本题主要考查的是恒压（甲）和恒容（乙）条件下，反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)达到平衡时，多个量的大小对比。因为恒容下，随着反应的进行，体系的压强逐渐减小；而恒压下，体系的压强保持不变，所以恒容到恒压的变化，就可以理解为增大体系的压强。其原型就是考查压强变化，平衡移动的问题。A选项中，甲压强较大，正反应程度较大，所以甲中SO3体积分数较大。B选项中，温度不变，平衡常数不变。C选项中，正反应是放热反应，所以甲放出的热量较多。D选项中，乙装置升温，平衡逆向移动，两装置中SO2物质的量差值更大。如图3所示：
图 3 从模型和原型的关系上建模
“原型模型新型”的解题建构过程可分为两个步骤：第一个步骤就是从题目的“新型”出发，寻找“新型”和“原型”的区别和联系，构建解题“模型”，将“新型”转化为熟悉的“原型”；第二个步骤就是利用找到的“原型”通过已建构的“模型”去解决“新型”所提出的问题。
总之,高考对我们的学习是一个“指挥棒”，从2019年全国高考三套化学卷可知，高考更加注重设置真实的问题情境、新颖的试题呈现方式和设问方式。一线教师要从“以题讲题”的应试圈子跳出来，做到精选例题，在讲解例题的过程中要注重从不同的角度引导学生进行读题、审题、解题的建模过程，培养学生证据推理与模型认知素养。
参考文献
[1] 中华人民共和国教育部. 普通高中化学课程标准(2017年版)[S].北京:人民教育出版社,2018.
[2] 陆军. 化学教学中引领学生模型认知的思考与探索[J]. 化学教学, 2017(9):19-23.