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一、應(yīng)充分認(rèn)識到兩種粒子物質(zhì)的量換算關(guān)系的計(jì)算價(jià)值
大家都知道初中化學(xué)計(jì)算以質(zhì)量為中心,高中應(yīng)構(gòu)建以物質(zhì)的量為中心的計(jì)算體系。物質(zhì)的量在高中化學(xué)計(jì)算中的中心地位體現(xiàn)在哪些方面呢?我認(rèn)為主要體現(xiàn)在兩個方面:首先體現(xiàn)在物質(zhì)的量處于同一種粒子不同量換算關(guān)系網(wǎng)絡(luò)的中心,這是大家所熟知的;其次體現(xiàn)在物質(zhì)的量之比是兩種粒子各種換算關(guān)系的中心。即兩種粒子的換算關(guān)系無論是同種量之比,如質(zhì)量之比、氣體體積之比(同溫同壓下)以及溶質(zhì)與對應(yīng)離子的物質(zhì)的量濃度之比(同一溶液中)等,還是不同種量之比,如物質(zhì)的量與質(zhì)量之比、質(zhì)量與氣體體積(標(biāo)準(zhǔn)狀況)之比,等等,都可以在物質(zhì)的量之比基礎(chǔ)上推算得出。同時,由于物質(zhì)的量之比在既定兩種粒子的各種換算關(guān)系中數(shù)值最小、計(jì)算最便捷,導(dǎo)致物質(zhì)的量之比成為換算關(guān)系運(yùn)用的主流形式。高中化學(xué)計(jì)算究其本質(zhì)主要是兩種不同粒子之間的計(jì)算,正確構(gòu)建兩種粒子的量關(guān)系是進(jìn)行兩種不同粒子量之間換算的橋梁和關(guān)鍵。由此可見,正確構(gòu)建兩種粒子(或物質(zhì))之間物質(zhì)的量換算關(guān)系在化學(xué)計(jì)算中起著至關(guān)重要的作用。
二、掌握構(gòu)建兩種粒子物質(zhì)的量換算關(guān)系的基本方法
在人教版初中化學(xué)中,化學(xué)式和化學(xué)方程式的定量意義可用微觀粒子個數(shù)和宏觀質(zhì)量兩種量揭示。實(shí)際計(jì)算中,沒有單純利用粒子個數(shù)關(guān)系進(jìn)行的計(jì)算,主要是依據(jù)化學(xué)式和化學(xué)方程式中蘊(yùn)藏的兩種粒子質(zhì)量關(guān)系進(jìn)行的計(jì)算。但提取出粒子個數(shù)關(guān)系是推算質(zhì)量關(guān)系的基礎(chǔ)和必經(jīng)之路(事實(shí)上物質(zhì)的量關(guān)系在其中起橋梁作用)。由此可見,有關(guān)化學(xué)式和化學(xué)方程式的計(jì)算雖然用到的是質(zhì)量關(guān)系,但離不開粒子個數(shù)關(guān)系的奠基。
中學(xué)化學(xué)計(jì)算體系中,計(jì)量粒子數(shù)目多少的方式有兩種:一種是以單個的方式來計(jì)量叫粒子個數(shù),習(xí)慣上稱為粒子數(shù);另一種是以集合體的方式來計(jì)量叫物質(zhì)的量,并且兩者之間存在固定的換算關(guān)系即阿伏加德羅常數(shù)。由此可知,在一定情形下如化學(xué)式或化學(xué)方程式等一定時,只要同時采用相同的計(jì)量方式,其中任意兩種不同粒子的數(shù)目關(guān)系就一定,即在一定情形下,任意兩種不同粒子的粒子個數(shù)之比等于物質(zhì)的量之比。而平時從定量的角度認(rèn)識物質(zhì)的構(gòu)成及其發(fā)生的化學(xué)變化,往往從微觀粒子之間的個數(shù)關(guān)系著手,并且在微粒之間的多種量關(guān)系中個數(shù)關(guān)系涉及的知識最基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)最簡單、得出最方便。因此,首先從化學(xué)式或化學(xué)方程式等條件中提取出粒子個數(shù)關(guān)系,進(jìn)而轉(zhuǎn)化為物質(zhì)的量關(guān)系,是構(gòu)建兩種粒子物質(zhì)的量換算關(guān)系的基本方法和主要途徑。
三、精心設(shè)計(jì)構(gòu)建兩種粒子物質(zhì)的量換算關(guān)系的起始形成教學(xué)
1. 起始形成教學(xué)中存在的問題
無論是從人教版、蘇教版和魯教版這三種新教材的編排來看,還是從實(shí)際教學(xué)的安排來看,關(guān)于兩種不同粒子的個數(shù)之比等于物質(zhì)的量之比這一結(jié)論的起始形成與運(yùn)用教學(xué),基本上都安排在“阿伏加德羅常數(shù)”之后、“摩爾質(zhì)量”之前,而且都是以化學(xué)式作為研究對象,即本質(zhì)上把物質(zhì)的量應(yīng)用于化學(xué)式的計(jì)算教學(xué)作為粒子個數(shù)之比等于物質(zhì)的量之比這一結(jié)論的起始教學(xué)。但從實(shí)際教學(xué)過程與效果來看,這部分教學(xué)內(nèi)容的選擇、組織以及安排等方面還存在不少問題,致使教學(xué)效果不夠理想。那么現(xiàn)行物質(zhì)的量應(yīng)用于化學(xué)式的計(jì)算教學(xué)究竟存在哪些問題?經(jīng)歸納后得出問題主要有:
(1)物質(zhì)的量應(yīng)用于化學(xué)式計(jì)算的教學(xué)隱性化
很多教師把物質(zhì)的量應(yīng)用于化學(xué)式的計(jì)算教學(xué),與物質(zhì)的量與粒子個數(shù)的換算教學(xué)混雜在一起,并隱藏于其中,導(dǎo)致為形成物質(zhì)的量與粒子個數(shù)換算公式所舉的例證類型不單一,嚴(yán)重干擾了物質(zhì)的量與粒子個數(shù)換算公式的自然生成。同時由于物質(zhì)的量應(yīng)用于化學(xué)式的計(jì)算教學(xué)環(huán)節(jié)沒有在教學(xué)中單列凸顯,導(dǎo)致學(xué)生對物質(zhì)的量應(yīng)用于化學(xué)式的計(jì)算內(nèi)容認(rèn)識模糊、膚淺。
(2)忽視結(jié)論的起始形成教學(xué)
有的教師把由物質(zhì)的量與粒子個數(shù)換算公式推導(dǎo)出的粒子個數(shù)之比等于物質(zhì)的量之比(同種粒子),直接用于化學(xué)式的計(jì)算(不同種粒子之間),學(xué)生感到非常突兀。缺失結(jié)論粒子個數(shù)之比等于物質(zhì)的量之比的形成教學(xué),必然致使學(xué)生對結(jié)論缺乏透徹全面的理解,運(yùn)用難以靈活自如。事實(shí)上物質(zhì)的量用于化學(xué)式的計(jì)算依據(jù)雖然表述與前者相同,但形成過程以及適用范圍是不同的。
2. 立足教材解決問題的方法
那么立足教材現(xiàn)狀如何解決實(shí)際教學(xué)存在的主要問題呢?筆者認(rèn)為,應(yīng)把物質(zhì)的量應(yīng)用于化學(xué)式的計(jì)算教學(xué),與物質(zhì)的量應(yīng)用于化學(xué)方程式的計(jì)算教學(xué)同等對待,進(jìn)行主題顯性化教學(xué)。這樣做不僅可有效解決問題,而且可促進(jìn)相關(guān)計(jì)算整體教學(xué)效果的提升。具體做法如下。
(1)通過比較吃透教材
如果圍繞研究主題對三種教材先逐一分析再進(jìn)行比較將發(fā)現(xiàn),盡管三種教材正文對物質(zhì)的量應(yīng)用于化學(xué)式的計(jì)算內(nèi)容處理方式與編排內(nèi)容各不相同,如蘇教版凸顯結(jié)論粒子個數(shù)比等于物質(zhì)的量比在化學(xué)式計(jì)算中的應(yīng)用,魯教版凸顯結(jié)論粒子個數(shù)比等于物質(zhì)的量比的形成過程,人教版保持了老教材原有省略的做法;但共同點(diǎn)是正文末尾的習(xí)題中都安排了相關(guān)習(xí)題。這些事實(shí)充分說明了三種教材都一致認(rèn)為物質(zhì)的量應(yīng)用于化學(xué)式計(jì)算教學(xué)的必要性和重要性。事實(shí)上,物質(zhì)的量應(yīng)用于化學(xué)式的計(jì)算與物質(zhì)的量應(yīng)用于化學(xué)方程式的計(jì)算同等重要,兩者是高中化學(xué)計(jì)算中的兩種重要的基礎(chǔ)性計(jì)算類型。
(2)運(yùn)用整合設(shè)計(jì)教學(xué)
如何進(jìn)行物質(zhì)的量應(yīng)用于化學(xué)式計(jì)算的起始教學(xué)呢?由于單一粒子物質(zhì)的量與粒子個數(shù)的換算與物質(zhì)的量應(yīng)用于化學(xué)式的計(jì)算是兩類不同的計(jì)算,宜應(yīng)采用先分類后綜合的教學(xué)策略。分類教學(xué)顯然先單一粒子物質(zhì)的量與粒子個數(shù)換算后物質(zhì)的量應(yīng)用于化學(xué)式的計(jì)算。下面就圍繞物質(zhì)的量應(yīng)用于化學(xué)式計(jì)算的起始教學(xué)設(shè)計(jì)這一主題將自己實(shí)踐與思考介紹如下。
①從物質(zhì)的量的視角認(rèn)識化學(xué)式結(jié)論的形成教學(xué)
從三種教材的編排來看,只有魯教版呈現(xiàn)了引導(dǎo)學(xué)生從物質(zhì)的量視角認(rèn)識化學(xué)式獲取新認(rèn)識的過程。魯教版旨在用“圖”引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用剛學(xué)的物質(zhì)的量與粒子個數(shù)的換算關(guān)系,以及初三所學(xué)化學(xué)式的微觀定量意義,通過自主、探究和合作的學(xué)習(xí)方式解決問題。但“圖”中由于采用了3個可逆符號,導(dǎo)致推導(dǎo)線路思路不明確、難分辨。為此,實(shí)際教學(xué)時,筆者將“圖”中可逆符號換成單向箭頭符號,并將水分子個數(shù)由已知還原為未知。改進(jìn)后的“圖”為:
不難看出,改進(jìn)后的“圖”較原圖問題指向明確,解決問題線路清晰。然而實(shí)際教學(xué)中如何用“圖”效果好呢?教學(xué)實(shí)踐表明,教學(xué)中可先不提供“圖”,而讓學(xué)生充分思考:1molH2O中有多少mol的H,多少mol的O?當(dāng)獨(dú)立想到上“圖”思路的學(xué)生介紹后,再投影改進(jìn)后的“圖”。這樣做能有效激活學(xué)生的思維,更好地落實(shí)新課程理念。同時教師逐步板書:
H2O——2H——O
粒子個數(shù)之比 1 ∶ 2 ∶ 1
物質(zhì)的量之比 1mol ∶ 2mol ∶1mol
引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論:對于任意兩種粒子,粒子個數(shù)之比等于物質(zhì)的量之比。
②結(jié)論的應(yīng)用教學(xué)
化學(xué)式主要包含共價(jià)分子的分子式,離子化合物的化學(xué)式以及復(fù)雜離子的離子符號等。物質(zhì)的量應(yīng)用于化學(xué)式計(jì)算的基本類型,從已知與未知粒子的大小差異來細(xì)分,主要包括由大粒子(整體)求小粒子(部分)和由小粒子(部分)反求大粒子(整體)兩種涉及物質(zhì)的量計(jì)算的類型。為了提高結(jié)論應(yīng)用教學(xué)的有效性,必須加強(qiáng)練習(xí)選擇的針對性和組織的層次性。具體習(xí)題分層安排如下:
題組I(運(yùn)用化學(xué)式中任意兩種粒子個數(shù)比等于物質(zhì)的量比的計(jì)算)
⒈5mol CO2含有 mol C, mol O。
⒉把1mol Al2(SO4)3溶解于水后,溶液中有
mol Al3+,有 mol ■。
⒊ mol Fe3O4中含有1mol O,含有 mol Fe。
題組II(運(yùn)用同種粒子物質(zhì)的量與粒子個數(shù)換算關(guān)系以及化學(xué)式中任意兩種粒子個數(shù)比等于物質(zhì)的量比的綜合計(jì)算)
⒈1mol NaCl中的氯離子數(shù) 。
⒉1mol H2SO4中的氧原子數(shù) 。
⒊0.1mol ■中含有 N,含有 個H。
⒋ mol Al2O3中含有6.02×1023個Al原子。
題組III(依據(jù)粒子個數(shù)比等于物質(zhì)的量比運(yùn)用化歸方法的計(jì)算)
⒈3mol O2和2mol O3中分子個數(shù)比是 ,原子個數(shù)比是 。
⒉5mol O2、1mol N2、2mol H2中含分子數(shù)由大到小的順序是 。
⒊ mol CO2中含有的氧原子數(shù)跟1.806×1024個H2O分子中含有的氧原子數(shù)相同。
這里只是物質(zhì)的量應(yīng)用于化學(xué)式計(jì)算的起始教學(xué),事實(shí)上物質(zhì)的量應(yīng)用于化學(xué)式的計(jì)算以及結(jié)論粒子個數(shù)之比等于物質(zhì)的量之比應(yīng)用范圍都很廣,為提高計(jì)算教學(xué)的整體效果,應(yīng)采用整體規(guī)劃統(tǒng)籌安排分步實(shí)施的策略。
四、充分重視兩種粒子物質(zhì)的量換算關(guān)系構(gòu)建方法的訓(xùn)練環(huán)節(jié)
關(guān)鍵詞:認(rèn)知價(jià)值 情意價(jià)值 應(yīng)用價(jià)值 物質(zhì)的量
中圖分類號:G64 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1007-3973(2010)09-148-02
在應(yīng)試教育中我們對于知識的教育教學(xué)價(jià)值是非常忽略的,導(dǎo)致老師更多的停留在純粹知識的教學(xué)上。例如我們學(xué)習(xí)了物質(zhì)的量一節(jié),學(xué)生只知道物質(zhì)的量的定義、摩爾是物質(zhì)的量的基本單位以及與物質(zhì)的量相關(guān)的幾個公式,在計(jì)算題中會應(yīng)用。然而我們卻很少思考為什么要學(xué)習(xí)這個概念,學(xué)習(xí)了這個概念對學(xué)生的認(rèn)識會有什么發(fā)展。實(shí)際上,建構(gòu)主義認(rèn)為,知識不是獨(dú)立于認(rèn)知主體而存在的各種規(guī)則、定律和理論的集合,它是人類永無止境的探索和研究過程,其中蘊(yùn)涵著特定的科學(xué)過程和科學(xué)精神。因此任何知識都具有不同角度和不同層面的教育教學(xué)價(jià)值。這種多重價(jià)值具體表現(xiàn)為知識具有認(rèn)知價(jià)值、情意價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。
物質(zhì)的量是化學(xué)教學(xué)中的一個十分重要的概念,它貫穿于高中階段(包括普通高中和中等職業(yè)教育)化學(xué)學(xué)習(xí)的始終,在化學(xué)計(jì)算中處于核心地位。本文擬以物質(zhì)的量為例,分別從知識的認(rèn)知價(jià)值、情意價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值三個方面來探討知識的教學(xué)在發(fā)展學(xué)生的科學(xué)認(rèn)識方面具有的重要價(jià)值。
1、知識的認(rèn)知價(jià)值
1.1 認(rèn)知價(jià)值的涵義
心理學(xué)認(rèn)為,一般地,人根據(jù)自己對事物的認(rèn)識或已有的知識來做事,而人在做事的過程中又不斷地形成(積累)新的認(rèn)識(知識),因此我們認(rèn)為知識具有認(rèn)知價(jià)值。從某種意義上說,學(xué)生的學(xué)習(xí)過程是一個認(rèn)知加工過程,是學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)和情意品質(zhì)不斷豐富和完善的過程。科學(xué)知識的認(rèn)知價(jià)值主要是指科學(xué)知識在個體的認(rèn)知結(jié)構(gòu)的完善和認(rèn)知過程的發(fā)展過程中所起的促進(jìn)作用??茖W(xué)知識在認(rèn)知過程上的價(jià)值并不只是在知識本身,而是指學(xué)生在主動接受知識過程的中,在已有知識經(jīng)驗(yàn)和未知世界之間架起一座橋梁,不斷豐富、拓展和改組自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。
1.2 物質(zhì)的量教學(xué)中的認(rèn)知價(jià)值分析
作為國際單位制中七個基本單位之一,“物質(zhì)的量”起著聯(lián)系微觀與宏觀物質(zhì)世界的重要作用。
物質(zhì)的量、物質(zhì)的量單位“摩爾”、摩爾質(zhì)量、氣體摩爾體積、物質(zhì)的量濃度、阿伏加德羅常數(shù)等化學(xué)量概念構(gòu)成了聯(lián)系密切的完整的概念體系,我們稱之為“物質(zhì)的量”概念系統(tǒng)。該概念系統(tǒng)是一套全新的量度物質(zhì)量多少的系統(tǒng)。學(xué)生明確“物質(zhì)的量”是國際單位制七個基本物理量之一,是新接觸的一種物理量,可以利用它來度量物質(zhì),這在學(xué)生的認(rèn)知上是一個發(fā)展?!拔镔|(zhì)的量”在宏觀物質(zhì)和物質(zhì)微粒數(shù)之間搭建起了一架橋梁,使學(xué)生能夠運(yùn)用宏觀和微觀相結(jié)合的思維方法思考化學(xué)問題,使化學(xué)與實(shí)際結(jié)合得更緊密。物質(zhì)的量與質(zhì)量、氣體體積、微粒數(shù)、物質(zhì)的量濃度建立起的聯(lián)系,我們可用下圖表示出來:
從上圖可以看出宏觀的質(zhì)量、氣體體積、物質(zhì)的量濃度均可通過“物質(zhì)的量”這一“橋梁”與微觀的微粒數(shù)建立起聯(lián)系。物質(zhì)的量及其相關(guān)概念的教育教學(xué)價(jià)值在知識的觀念取向方面擴(kuò)展了學(xué)生度量物質(zhì)的新視角,定量認(rèn)識化學(xué)物質(zhì)的微觀組成的新視角。學(xué)習(xí)了物質(zhì)的量濃度使學(xué)生對于溶液的濃度表示方法的認(rèn)識上升到一個新的高度。
另外物質(zhì)的量的學(xué)習(xí)完善了學(xué)生認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)的視角,之前學(xué)生已經(jīng)可以從質(zhì)量和微粒數(shù)的角度來認(rèn)識化學(xué)反應(yīng),現(xiàn)在又可以從物質(zhì)的量的角度來認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)。例如,對于化學(xué)反應(yīng)2H2+02=2H20的認(rèn)識:在初中階段學(xué)生可以從質(zhì)量和微粒數(shù)的角度來認(rèn)識化學(xué)反應(yīng),知道4g氫氣和32克氧氣反應(yīng)生成36克水,2個氫氣分子和1個氧氣分子反應(yīng)可生成2個水分子。但很難將分子個數(shù)與質(zhì)量之間建立起聯(lián)系。學(xué)習(xí)了物質(zhì)的量之后,學(xué)生可以從物質(zhì)的量的角度來認(rèn)識該反應(yīng):2mol氫氣和1mol氧氣反應(yīng)生成2mol水。利用公式n=N/NA(n表示物質(zhì)的量,N表示微粒數(shù),NA為阿伏伽德羅常數(shù))將物質(zhì)的量與微粒數(shù)建立起聯(lián)系,通過n=m/M(m表示物質(zhì)質(zhì)量,M表示物質(zhì)的摩爾質(zhì)量),n=V/Vm(V表示氣體體積,Vm表示氣體摩爾體積)與宏觀的質(zhì)量、體積之間建立起聯(lián)系。這樣就使宏觀、微觀和化學(xué)符號三重表征有機(jī)融合起來,是學(xué)生更進(jìn)一步的認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)和化學(xué)學(xué)科。
2、知識的情意價(jià)值
2.1 情意價(jià)值的涵義
學(xué)習(xí)既是一種認(rèn)知的過程,也是一種情感熏陶的過程。知識對人的作用一方面它能啟迪人的智慧,另一方面它也可以熏陶人的情感。當(dāng)然,有些科學(xué)知識本身就具有啟迪智慧、熏陶情感的作用。而有些知識雖然本身不具有啟迪或熏陶作用,但是個體在習(xí)得這些知識的過程中會受到極大的啟迪和熏陶。我們將知識本身或知識習(xí)得過程中所具有的這種能夠啟迪人、熏陶人的作用界定為知識的情意價(jià)值。
知識之所以具有情意價(jià)值,可以從兩個方面來考察。一方面,從靜態(tài)的角度來看,每一種理論、觀點(diǎn)都體現(xiàn)了科學(xué)家的智慧、思想和觀點(diǎn),也展示了他們的情感和態(tài)度,對學(xué)生具有良好的教育意義。另一方面,從動態(tài)的角度來看,學(xué)習(xí)者能夠在學(xué)習(xí)的過程中獲得豐富的情感體驗(yàn),成功的喜悅,這樣會帶給他們更強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)動機(jī)和積極的學(xué)習(xí)態(tài)度。所以,知識的學(xué)習(xí)有助于培養(yǎng)學(xué)生正確的學(xué)習(xí)態(tài)度、高尚的道德情操和健康的審美情趣正確的價(jià)值觀和積極的人生態(tài)度等情意內(nèi)容。
2.2 物質(zhì)的量教學(xué)中的情意價(jià)值分析
物質(zhì)的量的單位“摩爾”一詞來源于拉丁文moles,原意為大量和堆集。早在本世紀(jì)40至50年代,就曾在歐美的化學(xué)教科書中作為克分子量的符號。1961年,化學(xué)家E.A.guggen-helm將摩爾稱為“化學(xué)家的物質(zhì)的量”,并闡述了它的涵義。同年,在美國《化學(xué)教育》雜志上展開了熱烈的討論,大多數(shù)化學(xué)家發(fā)表文章表示贊同使用摩爾。直到1971年,在由41個國家參加的第14屆國際計(jì)量大會上,正式宣布了國際純粹和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會、國際純粹和應(yīng)用物理聯(lián)合會和國際標(biāo)準(zhǔn)化組織關(guān)于必須定義一個物質(zhì)的量的單位的提議,并作出了決議。從此,“物質(zhì)的量”就成為了國際單位制中的一個基本物理量。
根據(jù)摩爾的定義,12g12C中所含的碳原子數(shù)目就是lmol,即摩爾這個單位是以12g12C中所含原子的個數(shù)為標(biāo)準(zhǔn),來衡量其他物質(zhì)中所含基本單元數(shù)目的多少。摩爾跟其他的基本計(jì)量單位一樣,也有它的倍數(shù)單位。1Mmol=1000kmol,1kmol=1000mol,1mol=1000mmol。
這樣通過“摩爾”一詞的來歷介紹將我們今天看來理所當(dāng)然的化學(xué)概念還原到當(dāng)初產(chǎn)生它的社會文化背景中,使學(xué)生意識到知識是在怎樣的理論水平和技術(shù)條件下發(fā)展起來的,在理解知識的同時學(xué)會用歷史的觀點(diǎn)辯證地看待科學(xué)的發(fā)展幫助
學(xué)生建立科學(xué)發(fā)展觀。同時讓學(xué)生獲得了理性的、情感的深層次的發(fā)展,激發(fā)學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)的熱情,培養(yǎng)其科學(xué)精神品質(zhì)。
通過物質(zhì)的量這一聯(lián)系微觀與宏觀的物理量的學(xué)習(xí),引導(dǎo)學(xué)生以化學(xué)的眼光、從微觀的角度認(rèn)識豐富多彩的物質(zhì)世界,認(rèn)識到宏觀和微觀的相互轉(zhuǎn)化是研究化學(xué)的科學(xué)方法之一。在教學(xué)過程中,可以通過模擬科學(xué)家解決實(shí)際問題的探究活動,讓學(xué)生感受科學(xué)家在面對實(shí)際問題時,如何分析、聯(lián)想、類比、遷移、概括和總結(jié),如何建立數(shù)學(xué)模型,培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。例如,引入“物質(zhì)的量”概念時,很多教師都采用了非常巧妙的方法,例如,從“曹沖稱象”到“數(shù)一簍一元硬幣的個數(shù)”;從“化整為零”思想,到“聚零為整”的思想。讓學(xué)生思考如何建立“模具”來度量“一大堆”微小的原子、分子、離子等。這樣做的意義就在于把人類已經(jīng)建好的模型進(jìn)行還原,讓孩子們自己去建立模型。通過模擬科學(xué)家解決實(shí)際問題的探究活動,激發(fā)學(xué)生探索未知世界的興趣,讓他們享受到探究未知世界的樂趣。
另外,通過配制一定物質(zhì)的量濃度溶液的實(shí)踐活動,培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和精神。
總之,“物質(zhì)的量”概念教學(xué),不僅為其它化學(xué)知識的教學(xué)奠定基礎(chǔ),同時還為培養(yǎng)學(xué)生的辯證唯物主義觀點(diǎn)、觀察能力、思維能力、分析能力和自學(xué)能力等起著積極的作用。
3、知識的應(yīng)用價(jià)值
3.1 應(yīng)用價(jià)值的涵義
知識不是獨(dú)立于認(rèn)知主體而存在的,知識具有重要的實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值。從科學(xué)知識的基本屬性而言,任何知識總是為人所用,總必然地具有某種效用性,正是由于這種效用性,人們才試圖通過接受和掌握知識去提高社會行為或個體行為的質(zhì)量,并在知識的運(yùn)用過程中不斷超越知識本身的目標(biāo),追求更高的價(jià)值。知識的應(yīng)用價(jià)值是與指導(dǎo)個體的具體行為相聯(lián)系的一種價(jià)值,指知識的的學(xué)習(xí)對學(xué)生分析和解決實(shí)際問題的能力所產(chǎn)生的影響。
3.2 物質(zhì)的量教學(xué)中的應(yīng)用價(jià)值分析
物質(zhì)的量是學(xué)習(xí)化學(xué)的重要工具。物質(zhì)的量的引入,將一定數(shù)目的原子、分子、離子等微觀粒子與可稱量的物質(zhì)聯(lián)系起來,實(shí)現(xiàn)了化學(xué)的微觀研究到宏觀應(yīng)用的飛躍。對學(xué)生而言。從最初的對分子、原子等微粒的定性認(rèn)識上升為借助物質(zhì)的量這一工具,從量的層次上理解、分析宏觀與微觀概念并加以運(yùn)用,既是學(xué)生認(rèn)識不斷深化的必然路徑,也是學(xué)生思維方式從以感性認(rèn)識為主向以邏輯思維為主轉(zhuǎn)向的具體表現(xiàn),更是學(xué)生將來學(xué)習(xí)其他相關(guān)概念、進(jìn)行化學(xué)計(jì)算以及相關(guān)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。
我們可以來做一個簡單的關(guān)于化學(xué)方程式的計(jì)算,如CI2+2NaOH=NaCI+NaCIO+H2O,實(shí)驗(yàn)室里有配制好的NaOH溶液,一瓶所貼標(biāo)簽為4.0mol?L-1,另一瓶所貼標(biāo)簽為14%(密度為1.14g?mL-1),問這兩種溶液各多少升才能分別2.24L(STP)的氯氣恰好完全反應(yīng)?(計(jì)算過程略)其實(shí)這兩種溶液的濃度一樣大,但是用物質(zhì)的量濃度表示卻給計(jì)算帶來了很大的方便。這樣更凸顯了將“物質(zhì)的量”作為一種學(xué)習(xí)化學(xué)的基本工具的應(yīng)用價(jià)值。
學(xué)生在掌握配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液的實(shí)驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上理解引入物質(zhì)的量濃度的重要意義,實(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)與生活實(shí)踐的有機(jī)銜接,體會化學(xué)理論知識在實(shí)際生活生產(chǎn)中的應(yīng)用。
任何科學(xué)知識都具有多重教育教學(xué)價(jià)值。物質(zhì)的量知識如此,其它知識也是如此。只要我們?nèi)フJ(rèn)真思考、深入挖掘,設(shè)計(jì)有效的教學(xué)方案,就可以實(shí)現(xiàn)知識的多重價(jià)值,從而提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng),促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。
參考文獻(xiàn):
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創(chuàng)新能力是一種非常重要的能力,不論是對于學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí),還是以后的工作生活,都有很重要的意義。在高中化學(xué)教學(xué)教學(xué)中,教師應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維??梢酝ㄟ^以下幾點(diǎn)加強(qiáng)創(chuàng)新思維的培養(yǎng):
1)傳統(tǒng)的教學(xué)方式比較保守,對于課堂教學(xué)太過重視,導(dǎo)致教師一味的進(jìn)行“填鴨式”知識灌輸,學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣索然,再加上教師的主體地位,讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中處在比較被動的地位,學(xué)習(xí)動力和思維都受到了一定限制。所以說,教師應(yīng)該緊跟“新課改”和“素質(zhì)教育”的步伐,改變教學(xué)方式,讓學(xué)生的思維得到解放。
2)進(jìn)行課堂教學(xué)時,不能將時間都用在知識傳授上,而應(yīng)該留出一定量時間,讓學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和思考,一開始,可以由教師引導(dǎo)學(xué)生的思維發(fā)展方向,然后逐漸讓學(xué)生進(jìn)行自主思維的建立。這種方式能夠增加學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣,如果通過自主思考,得到了比較好的方法、見解,還會因此受到鼓舞,提高自己在學(xué)習(xí)中的自信心,這種方式能夠極大的增加學(xué)生自主學(xué)習(xí)的動力。
3)輕松活潑的課堂教學(xué)能夠讓學(xué)生保持學(xué)習(xí)熱情,高中生的求知欲和好奇心仍然很強(qiáng),可以針對他們的這個特點(diǎn),進(jìn)行情境課堂的建設(shè)。化學(xué)知識豐富多彩,趣味性較強(qiáng),各種各樣有趣的化學(xué)反映,能夠讓學(xué)生輕松的了解到各種化學(xué)原理。例如在“化學(xué)族”的學(xué)習(xí)中,因?yàn)橥蛔宓幕瘜W(xué)元素,性質(zhì)上都有相似性,在學(xué)生學(xué)習(xí)時,可以根據(jù)這個特點(diǎn)進(jìn)行記憶和理解,通過一種物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng),推斷出同一族中另一種物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象,這種方式能夠很好的培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。按照傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方法,雖然同一族元素有相似性,但是進(jìn)行推斷的時候,難免發(fā)生偏差,創(chuàng)新思維能夠讓學(xué)生的化學(xué)思維得到延伸,清楚的認(rèn)識到同一族元素雖然相似但是也有不同。
2建模思維在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用
在工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,有很多用到化學(xué)的地方。所以,要培養(yǎng)學(xué)生的“化學(xué)建模”思維,什么是建模思維,就是通過建立一個模型,對抽象化學(xué)反映的具體過程進(jìn)行分析,達(dá)到解決問題的目的。距離來說,“差量法”是應(yīng)用很多的一種思維方法,在化學(xué)問題中,找到“理論差值”,可以是質(zhì)量茶、體積差或者壓強(qiáng)差等等,通過這個差值,作為問題的解決入口,借助差值和其他量之間的比例關(guān)系,進(jìn)行解題,能夠?qū)⒎爆嵉幕瘜W(xué)問題變得容易解決?!安盍糠ā钡脑?,就是數(shù)學(xué)中經(jīng)常用到的比例式,在化學(xué)問題中,一般一種物質(zhì)的量發(fā)生變化,另一種物質(zhì)的量也會呈比例的變化,用數(shù)學(xué)比例式表達(dá)就是:x1/x2=y1/y2=(x1-y1)(/x2-y2),應(yīng)該注意這幾個變量的單位應(yīng)該保持一致。
同樣的建模方法還有“守恒法”,這是化學(xué)解題中經(jīng)常用到的方法,主要原理是利用化學(xué)變化中一種物質(zhì)量不變作為解題突破點(diǎn),能夠減少化學(xué)解題的繁瑣步驟,繞開題目中給出的繁雜條件,直接找到各種物質(zhì)的守恒關(guān)系,列出等式進(jìn)行解題。在化學(xué)反應(yīng)中,有很多的守恒關(guān)系,例如“物質(zhì)的量”“、元素化合價(jià)升降”等守恒。在化學(xué)學(xué)習(xí)中有幾種常見守恒,其中“電荷守恒”是在混合物、化合物中,負(fù)電荷數(shù)目和正電荷數(shù)目是相同的,代數(shù)和為零。還有“元素守恒”,化學(xué)反應(yīng)遵循“物質(zhì)守恒定律”,即化學(xué)反應(yīng)前后,物質(zhì)的總質(zhì)量。總的物質(zhì)的量。原子、離子數(shù)目等,都是不變的,在解題時,只需要找到守恒的物質(zhì)或者離子,列出關(guān)系式,就能夠很容易的解決問題。
3化學(xué)教學(xué)中其他思維的培養(yǎng)
除了上面說到的化學(xué)思維,教師在教學(xué)過程中,應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合生活實(shí)際進(jìn)行學(xué)習(xí)。可以看到,許多化學(xué)知識,在我們的日常生活中都有體現(xiàn),學(xué)生學(xué)習(xí)的最終目標(biāo)就是“學(xué)以致用”,在“有機(jī)化合物”的學(xué)習(xí)中,有關(guān)乙醇的知識,學(xué)生們在生活中就很常見,例如醫(yī)用酒精、無水酒精等,都是乙醇為主要原料制作的,在學(xué)習(xí)的時候,學(xué)生也可以自己動手,找到乙醇這種物質(zhì),進(jìn)行觀察和實(shí)驗(yàn),在生活中獲取化學(xué)知識。
關(guān)鍵詞:示意圖法;滴定分析教學(xué);應(yīng)用
在滴定分析教學(xué)中,常常需要判斷滴定方式和明確待測物的物質(zhì)的量與滴定劑物質(zhì)的量的關(guān)系。一般情況下,這些問題是通過文字?jǐn)⑹鲆约皩懗鱿鄳?yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式來解決的(以下簡稱反應(yīng)式法)。這種方法在滴定反應(yīng)比較簡單時,應(yīng)用效果較好;但如果滴定反應(yīng)比較復(fù)雜時,則顯得十分繁瑣,且容易出錯。因此在教學(xué)當(dāng)中,反應(yīng)式法的實(shí)際效果不是很好。而用示意圖法來處理上述問題時,由于其直觀、簡潔的描述方式,有利于獲得良好的教學(xué)效果。在本文中,示意圖法指的是根據(jù)文字?jǐn)⑹?,將滴定反?yīng)中各反應(yīng)物之間的關(guān)系用方框表示出來,以確定待測物與滴定劑之間物質(zhì)的量的關(guān)系的一種方法。需要注意的是,為了簡化計(jì)算,在方框中的反應(yīng)物是以適當(dāng)?shù)幕締卧男问絹泶_定其物質(zhì)的量的,且對于參加不同反應(yīng)的同一種物質(zhì),其基本單元要一致。以下通過反應(yīng)式法和示意圖法的比較,來說明示意圖法的一些具體應(yīng)用及優(yōu)點(diǎn)。
滴定方式主要有四種,即:直接滴定法、返滴定法、置換滴定法和間接滴定法。
以上兩個例子和表1中四種經(jīng)典滴定方式在形式上是不同的,可以認(rèn)為是經(jīng)過組合式處理的滴定分析方式。因此在確定待測物與滴定劑之間物質(zhì)的量的關(guān)系時,會比較困難。但是如果使用示意圖法來處理,就會顯得很簡單而明確。
綜上所述,示意圖法在判斷滴定方式和確定待測物與滴定劑之間物質(zhì)的量的關(guān)系方面比反應(yīng)式法更簡單和有效,便于教與學(xué),是十分有用的教學(xué)手段。
參考文獻(xiàn):
一、解題模型1――關(guān)系式法
在實(shí)際化工生產(chǎn)中或化學(xué)工作者進(jìn)行科學(xué)研究時,往往涉及到多步反應(yīng),從原料到產(chǎn)品可能要經(jīng)過若干步反應(yīng)。測定某一物質(zhì)的含量可能要經(jīng)過若干步中間過程。對于多步反應(yīng)體系,依據(jù)若干化學(xué)反應(yīng)方程式,找出起始物質(zhì)與最終物質(zhì)的量的關(guān)系,并據(jù)此列比例式進(jìn)行計(jì)算求解的方法,稱為“關(guān)系式”法。
關(guān)系式法常常應(yīng)用于多步進(jìn)行的連續(xù)反應(yīng)。在多步反應(yīng)中,第一步反應(yīng)的產(chǎn)物,即是下一步反應(yīng)的反應(yīng)物。根據(jù)化學(xué)方程式,每一步反應(yīng)的反應(yīng)物和生成物之間有一定的量的關(guān)系,即物質(zhì)的量之比是一定的。所以,可以利用某中間物質(zhì)作為“中介”,找出已知物質(zhì)和所求物質(zhì)之間的量的關(guān)系。它是化學(xué)計(jì)算中的基本解題方法之一,利用關(guān)系式法可以將多步計(jì)算轉(zhuǎn)化為一步計(jì)算,免去逐步計(jì)算中的麻煩,簡化解題步驟,減少運(yùn)算量,且計(jì)算結(jié)果不易出錯,準(zhǔn)確率高。
用關(guān)系式法解題的關(guān)鍵是建立關(guān)系式,而建立關(guān)系式一般途徑是:(1) 利用化學(xué)方程式之間的化學(xué)計(jì)量數(shù)間的關(guān)系建立關(guān)系式;(2) 利用化學(xué)方程式的加合建立關(guān)系式;(3) 利用微粒守恒建立關(guān)系式。
點(diǎn)評 對于多步反應(yīng),可根據(jù)各種的關(guān)系(主要是化學(xué)方程式、守恒等),列出對應(yīng)的關(guān)系式,快速地在要求的物質(zhì)的數(shù)量與題目給出物質(zhì)的數(shù)量之間建立定量關(guān)系,從而免除了涉及中間過程的大量運(yùn)算,不但節(jié)約了運(yùn)算時間,還避免了運(yùn)算出錯對計(jì)算結(jié)果的影響,是最經(jīng)常使用的計(jì)算方法之一。
二、解題模型2――差量法
差量法是根據(jù)化學(xué)變化前后物質(zhì)的量發(fā)生的變化,找出所謂的“理論差值”。這個差值可以是質(zhì)量、氣體物質(zhì)的體積、壓強(qiáng)、物質(zhì)的量、反應(yīng)過程中熱量的變化等。該差值的大小與參與反應(yīng)的有關(guān)量成正比。差量法就是借助于這種比例關(guān)系,解決一定量變的計(jì)算題。用差量法進(jìn)行化學(xué)計(jì)算的優(yōu)點(diǎn)是化難為易、化繁為簡。
解此類題的關(guān)鍵是根據(jù)題意確定“理論差值”,再根據(jù)題目提供的“實(shí)際差值”,列出比例式,求出答案。
1。原理:
2。注意:
點(diǎn)評 只與反應(yīng)前后相應(yīng)的差量有關(guān),不必追究各成分在反應(yīng)前和后具體的量,能更深刻地抓住本質(zhì),提高思維能力。
三、解題模型3――守恒法
守恒法是一種中學(xué)化學(xué)典型的解題方法,它利用物質(zhì)變化過程中某一特定的量固定不變來列式求解,可以免去一些復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算,大大簡化解題過程,提高解題速度和正確率。它的優(yōu)點(diǎn)是用宏觀的統(tǒng)攬全局的方式列式,不去探求某些細(xì)微末節(jié),直接抓住其中的特有守恒關(guān)系,快速建立計(jì)算式,巧妙地解答題目。物質(zhì)在參加反應(yīng)時,化合價(jià)升降的總數(shù),反應(yīng)物和生成物的元素,各種微粒所帶的電荷總和等等,都必須守恒。所以守恒是解計(jì)算題時建立等量關(guān)系的依據(jù),守恒法往往穿插在其它方法中同時使用,是各種解題方法的基礎(chǔ)。利用守恒法可以很快建立等量關(guān)系。在高中化學(xué)計(jì)算題中,??嫉氖睾阌校?/p>
1。元素守恒:
即化學(xué)反應(yīng)前后各元素的種類不變,各元素的原子個數(shù)不變,其物質(zhì)的量、質(zhì)量也不變。元素守恒包括原子守恒和離子守恒: 原子守恒法是依據(jù)反應(yīng)前后原子的種類及個數(shù)都不變的原理,進(jìn)行推導(dǎo)或計(jì)算的方法。離子守恒是根據(jù)反應(yīng)(非氧化還原反應(yīng))前后離子數(shù)目不變的原理進(jìn)行推導(dǎo)和計(jì)算。用這種方法計(jì)算不需要化學(xué)反應(yīng)式,只需要找到起始和終止反應(yīng)時離子的對應(yīng)關(guān)系,即可通過簡單的守恒關(guān)系,計(jì)算出所需結(jié)果。
2。電荷守恒:
即對任一電中性的體系,如化合物、混合物、濁液等,電荷的代數(shù)和為0,即正電荷總數(shù)和負(fù)電荷總數(shù)相等。電荷守恒是利用反應(yīng)前后離子所帶電荷總量不變的原理,進(jìn)行推導(dǎo)或計(jì)算。常用于溶液中離子濃度關(guān)系的推斷,也可用此原理列等式進(jìn)行有關(guān)反應(yīng)中某些量的計(jì)算。
3。電子得失守恒:
是指在氧化還原反應(yīng)中,氧化劑得到的電子數(shù)一定等于還原劑失去的電子數(shù)。它廣泛應(yīng)用于氧化還原反應(yīng)中的各種計(jì)算,甚至還包括電解產(chǎn)物的計(jì)算。
例3 銅和鎂的混合物4。6 g完全溶于一定量濃硝酸中,反應(yīng)后只生成NO2 0。2 mol和N2O4 0。015 mol,往與硝酸反應(yīng)后的溶液中加入足量的NaOH溶液,求生成沉淀的質(zhì)量。
四、解題模型4――極值法
極值法是一種重要的數(shù)學(xué)思想和分析方法?;瘜W(xué)上所謂“極值法”就是對數(shù)據(jù)不足而感到無從下手的計(jì)算或混合物組成判斷的題目,采用極端假設(shè)(即為某一成分或者為恰好完全反應(yīng))的方法以確定混合體系中各物質(zhì)的名稱、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、體積分?jǐn)?shù),這樣使一些抽象的復(fù)雜問題具體化、簡單化,可達(dá)到事半功倍之效果。
例4 向300 mL KOH溶液中緩慢通入2。24 L CO2氣體(標(biāo)準(zhǔn)狀況),充分反應(yīng)后,在減壓低溫下蒸發(fā)溶液,得到11。9 g白色固體。請通過計(jì)算確定此白色固體的組成及其質(zhì)量各為多少克?所用KOH溶液的物質(zhì)的量濃度是多少?
五、其他解題模型
化學(xué)計(jì)算的方法很多,除了上述4種方法外,還有估算法、討論法、平均值法、十字交叉法、終態(tài)法、等效平衡法等。此外在近幾年的上海高考中,還多次出現(xiàn)了借助數(shù)學(xué)工具解決化學(xué)問題的計(jì)算題,測試學(xué)生將化學(xué)問題抽象成數(shù)學(xué)問題,利用數(shù)學(xué)工具,通過計(jì)算和推理,解決化學(xué)問題的能力。主要包括數(shù)軸的應(yīng)用、函數(shù)的思想、討論的方法、空間想象的能力以及不等式的遷移等方面的知識。此類題目的解題模型是:運(yùn)用所掌握的數(shù)學(xué)知識,通過分析化學(xué)變量之間的相互關(guān)系,建立一定的數(shù)學(xué)關(guān)系(等式、函數(shù)、圖像關(guān)系、不等式、數(shù)列等)來解題。