化学原子共面问题技巧范文

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篇1

关键词： 化学教学 相关学科思想 渗透

化学被科学家誉为“中心科学”，处在其上游的学科有数学、物理学，位于其下游的学科有生物学和医学，化学在中游起着承上启下的作用[1]。化学学科综合性、实践性强，在教学中，化学教师除了要善于应用本学科的专业知识开展教学外，还必须具备丰富的相关学科知识，而且能够根据教学内容灵活穿插使用相关学科知识，使相关学科思想渗透于化学学科教学实践中。这样开展的教学活动形式独特，理解化学原理的思维方式、掌握化学知识的角度和解题技巧的探讨都突破固有的模式。不同的学科知识横向有迁移，学生学习兴趣高，对知识的理解和掌握效果明显，学科思维素养更容易建立，提高了化学课堂教学的有效性。

笔者在多年的教学实践中，针对不同的教学内容，渗透相关学科的学科思想开展风格各异的教学活动，现在做一整理，借此与各位同仁探讨交流。

一、数学思想渗透于化学教学中

数学位于自然科学之首，是学习科学知识的必备工具，在化学教学中，尤其是在习题的教学过程中，如果灵活应用数学知识，把学生的数学思维及时迁移到化学题目中来，用数学思想构建化学科解题的学科素养，在实际教学中，就能收到非常明显的教学效果。

如学生刚上高一，化学必修一模块就涉及“物质的量”，这是一个很抽象的概念，这对于刚入高中的学生来说很难弄懂，接下来是相关的计算，涉及几个基本的公式：n===，学生在应用公式的时候经常搞错，在该用乘法时用了除法，而该用除法时用了乘法。在教学中除了让学生正确理解公式中概念的内涵外，还启发学生联想小学的公式：总量=数量×单位量，引导学生把新公式对号入座：n就是数量，N、m、V就是总量，而N、M、V就是单位量，这样就把高中抽象公式向小学形象公式靠拢，降低了认知的台阶，学生易于接受。在这一章还涉及混合物计算，这是高中化学计算常见的类型，此类题主要渗透了数学的方程思想，其解题过程可分为两个阶段，第一阶段利用化学知识找出题目中各物质或量的关系，第二阶段列出方程计算得出结果。最后，在教学中又和学生共同总结出解题口诀“设出摩尔，列出方程组”，记忆和理解效果更佳。在混合物计算教学中难免涉及十字交叉法，十字交叉法是在化学中应用比较广泛的简化的计算方法，在解决某些二元混合体系所产生的具有线性平均意义的计算问题时，表现出了思路简单，运算简便等优点。学生对十字交叉法理解出现偏差，为什么交叉相减，再相比较，就能得到组分的比？这时可以设出两个未知数，但是只列出一个方程，通过数学推导，得出同样的结果，最后再指出十字交叉法就是简化方程的解法，也是加权平均值的简单解法。例如：在标准状况下，11.2LCO与CO的混合气体的质量为20.4g，求混合气体中CO与CO的体积之比为多少？解析：在标准状况下，11.2LCO与CO的混合气体的物质的量为0.5mol，混合气体的平均摩尔质量为20.4g/0.5mol=40.8g·mol

28 44 40.8 44-40.8=3.2 40.8-28=12.8

V（CO）/V（CO）=3.2/12.8=1/4，即混合气体中CO与CO的体积之比为1：4。解释十指交叉法时，我们可以设CO和CO的物质的量分别为xmol和ymol，根据质量守恒：28x+44y=40.8（x+y），整理得（40.8-28）x=（44-40.8）y，x：y=（44-40.8）：（40.8-28）=1：4，这样的推导解法跟十指交叉法是殊途同归的。通过推导，学生对十字交叉法会欣然接受并且能灵活运用。

又如选修四模块《化学反应原理》中有两个重要的知识点：盖斯定律和原电池，在教学时，指出应用盖斯定律解题就是做数学证明题，根据数学中的代数式相加减的原则，从已知的热化学方程式，通过代数运算处理，注意H也同样进行运算，得出目标方程式，也就证明成功；原电池教学中涉及已知原电池总反应和一个电极反应式，求另外一个电极反应式，也是代数式相减的思想，减完之后再把方程式中带负号的物质移到化学方程式对侧，得出正确的电极反应式。如果题目中给了正极和负极的电极反应式，通过相加也就自然得到原电池的总反应。

再如选修五模块《有机化学》，同分异构体是一个重要的知识点，烃分子的一卤取代物的个数，关键是找出等效氢的个数，这是就需要借助数学上的中心对称、轴对称的知识，先确定对称中心，然后找出等效碳原子，确定等效氢，这样可以使等效氢原子数确定得更准确。如：丙烷的一氯代物有几种？如图所示：HHH，先找出对称轴，对称轴上的碳原子是一种，另外2个端点碳原子位置对称，成为等效碳原子，是第二种碳原子，因此等效氢原子有2种，一氯代物有2种。烃分子的二卤取代物的个数，除了用碳原子之间两两连线的“连线法”确定之外，还可以利用排列组合的知识，用数学的方法将具体问题抽象化，可以简化解题过程，如：丙烷的二氯代物有几种？因为丙烷有2种碳原子，所以可以列式子：C×C=2×2=4，求得有4种二氯代物。有机物分子共线共面问题，由于涉及空间立体的知识，学生单纯从化学角度想象空间结构，认知难度很大。如果应用立体几何的知识，帮助学生借助数学思维思考化学问题，学生站在数学的台阶上接受化学知识就更为得心应手。例如：H-H=H--F分子中6个碳原子可以共面吗？首先根据双键的平面模型，确定一个前1-4号碳原子共面，再根据三键的直线模型确定后3-6号碳原子共线，然后根据几何学公理“一条直线上有2个点（3、4号碳原子）位于一个平面，那么这条直线（包含5、6号碳原子）就在这个平面上”，从而得出6个碳原子可以共面。通过严谨的数学推导得出的结论，教学说服力非常强大，学生对老师的教学和知识的认可度大大提高。求一系列有机物含碳量的最大（最小）值的题目时，先根据同系物的分子式的差别，利用等差数列求出通项公式，再代入极限公式求出结果。如：同系物C1H（萘）、CH（芘）、CH（苯并芘）……中，求碳的最大百分含量。解析：根据萘、芘、苯并芘的分子式发现碳原子数和氢原子数递增呈等差数列。碳原子数：公差为6，首项是10：a=a+（n-1）d=10+（n-1）×6=6n+4，同理可得氢原子数：a=2n+6，因此通式为CH，带入极限公式：ω（C）====97.3%

二、物理学思想渗透于化学教学中

“理化不分家”。物理和化学同样是两门重要的自然科学，学科之间总是存在内在联系，知识体系也是有相通的部分。如在选修四模块《化学反应原理》中的“化学反应速率和化学平衡”教学中，首先引导学生思考，物理上衡量运动快慢的物理量是速度和速率，前者是矢量，既有大小，又有方向，后者是只有大小的标量。再追问学生化学反应的快慢需要有方向吗？自然得出衡量化学反应快慢的物理量应该是只有正值的化学反应速率，而不是化学反应速度。再通过化学反应速率的计算公式v=c/t，联想物理学上的公式v=x/t（v表示平均速率，x表示位移，t表示时间），学生不难得出化学反应速率是一段反应时间内的平均速率，对于化学反应来说，平均速率更具有实际表达意义。物理上v-t图像，图线与时间轴围成的图形面积表示在该时间段的位移x，引导学生迁移到化学上v-t图像，图线与时间轴围成图形的面积表示在该时间段的物质的量浓度的变化量c。

例：在容积固定的4L密闭容器中，进行可逆反应：X（气）+2Y（气）？葑2Z（气）并达到平衡，在此过程中，以Y的浓度改变表示的反应速率υ（正）、υ（逆）与时间t的关系如右图，如图中阴影部分面积表示（ ）

A.X的浓度的减少 B.Y的物质的量的减少

C.Z的浓度的增加 D.X的物质的量的减少

解析：v（正）曲线下围成的图形的面积应该是Y物质浓度的减少值，v（逆）曲线下围成图形的面积应该是Y物质浓度的增加值，图中阴影部分即以上二者之差，也就是Y物质浓度的减少值的净值，因此B项正确。

学习化学平衡时，首先启发学生回忆物理上的不受外力的平衡态：匀速直线运动和静止。然后指出化学平衡不是静止的平衡，而是类似于物理上的匀速直线运动的动态平衡。物理知识进行思维迁移，有助于掌握化学新知。又如，平衡移动原理（勒夏特列原理）中的关键词“减弱改变”，学生很难理解实质，物理上的楞次定律中的关键词“阻碍变化”和“减弱改变”的概念内涵是完全相同的，具有异曲同工的迁移效果，在教学中及时抛出楞次定律中的“阻碍变化”，对“减弱改变”的理解也就毫无悬念。再如，电解池中阴阳离子的运动方向，完全是遵循带电粒子在电场中的运动规律的。物理上金属导体的导电是自由电子的定向移动的结果，对比到电解质溶液的导电，则是阴阳离子的定向运动形成的。在化学教学中有意识渗透物理学思想，学生会领悟到自然科学之间是相互交叉和渗透的，在学习知识的时候才能自觉关注学科之间的联系。

三、哲学思想渗透于化学教学中

哲学上的三个基本的规律：“对立统一规律”、“量变质变规律”、“否定之否定规律”。这三个规律是指导人们认识世界和改造世界的方法论。在化学教学的三维目标中，情感态度与价值观这一维目标也要求教师在教学中不但教授学生学科知识，而且注意培养学生学习知识的学科思维和认识问题的哲学思维。如在教学“氧化还原”时，氧化是失去电子，还原是得到电子，氧化剂氧化了还原剂，还原剂还原了氧化剂，氧化剂和还原剂行为是完全对立的，但是对立的行为统一在同一个氧化还原反应中，密不可分，氧化和还原“既对立，又统一”。氧化还原反应是“对立统一规律”一个很好的例证，在教学氧化还原反应时，要不失时机地培养学生的“对立统一”思想，而且在进行“氧化还原”的概念教学时，初中学习氧化还原反应只是停留于表面的“得氧失氧”，在高中教学中，先通过几个氧化还原反应方程式，总结出氧化还原反应的共同特征是“元素化合价升降”，最后再追溯到氧化还原反应内在本质为“电子转移”，为学生的学习搭建思维平台，通过支架式教学，学生的认知台阶逐渐上升。又如在教学“元素周期律”时，元素的性质随着原子序数的递增到一定的程度，性质就会发生周期性的变化，也就是元素之间不是孤立的，是存在着随着数量的变化而性质发生递变的内在规律——元素周期律。数量积累到一定程度，就会发生质的飞跃，完美地诠释了“量变质变规律”。再如，在进行必修一模块“元素化合物”教学时，对原来初中学习的燃烧概念做了“否定”，指出燃烧不一定要有氧气，只要是有发光发热现象的剧烈的氧化还原反应，就是燃烧。把对燃烧的判断从外在的反应现象和反应的内在实质这两个方面界定，这样修正补充后再重新定义概念，使知识更为科学完整。“否定”不是全盘抛弃，而是为了“肯定”，这也符合事物发展的规律：螺旋式上升，波浪式前进。通过化学概念的动态教学，学生真切地体会到知识乃至真理的生成，是一个不断补充修正的科学发展过程。

四、诗词美学思想渗透于化学教学中

科学是严谨的，也就难免枯燥，然而化学这门自然科学与生活密切相关，如果能够把教学与文学生活中的诗词联系起来，也就在严谨的科学中引入了美学，这样的教学体现了科学与人文内涵的统一，展现了化学教学的艺术美，给学生提供了主动探究知识的美的意境，开启了学生审美的想象和思维，也发挥了化学课程对培养学生人文精神的积极作用。如在教学碳酸盐性质时，明代诗人于谦的《石灰吟》：“千锤万凿出深山，烈火焚烧若等闲。粉身碎骨浑不怕，要留清白在人间。”于谦不经意以自己诗人的视角，用凝练的语言描绘了石灰石分解生产石灰的过程。从科学的角度来解读这首诗，原料的存在，反应的条件，反应的产物一一从诗中体现出来。从艺术的角度来看，这首诗体现了诗人宁折不弯，为追求理想和真理可以献身的可贵品质。在学习中，学生不仅接收了科学知识，还被作者的高贵的人生信仰所打动，教师不仅传授知识，而且完成了育人责任。又如在教学硅酸盐时可选择杜甫诗云“大邑烧瓷轻且坚，扣如哀玉锦城传”，以及唐代陆龟蒙在《秘色瓷器》中的“九秋风露越窑过，夺得千峰翠色来”[2]，让学生在学习知识的同时，感受古代劳动人民的无穷智慧。在教学中引入诗词等文学元素，能够改变沉闷的课堂教学气氛，使课堂氛围变得活跃而富有文学气息，激发学生的学习兴趣，使学生在提高文学素养的同时提高了科学素养。

五、历史学思想渗透于化学教学中

法国著名科学家朗之万说：“在科学教育中，加入历史的观点是有百利而无一弊的。”化学与人文科学从来都是紧密联系的，许多伟大的科学成就都是科学家的科学素养和人文精神的结晶[3]。在教学中，教师应该不拘泥于教科书上的知识和结论，还应该关注知识和结论生成的过程和历史，了解科学家发现科学事实、形成化学概念、建立化学原理和理论的艰辛过程。化学发展史中蕴含的科学思想和科学方法，是难能可贵的课程资源。在教学设计中把握恰当的时机，引入相关的历史事件和历史人物，不仅有利于学科教学的开展，还能在教学中培养学生探索知识的科学品质和爱国奉献的人文精神。

如在教学化学必修二模块苯时，首先介绍了英国化学家法拉第发现了苯之后，后来日拉尔等人确定了苯的分子式为CH，随后在确定苯分子结构时，当时的科学家并没有意识到苯是环状结构，德国化学家凯库勒深入地研究了苯的性质，尝试反推结构，通过精心探索研究，最后提出了苯的结构模型——凯库勒式。据说环状结构的发现是从梦中获得的启发，凯库勒工作很晚就睡着了，在睡梦中出现了一条蛇，蜿蜒盘绕，突然蛇头衔住蛇尾，形成了一个环，凯库勒梦醒后恍然大悟，最后按照环状分子的思想确立了苯的真实结构。介绍完苯分子结构的探索史，学生的课堂气氛马上活跃起来，我又不失时机地抛出问题：做梦真的能解决科学问题吗？学生也就马上回到理性思维的层面，科学问题的解决是科学家成果积累到一定程度的必然结果。

又如在教学碳酸钠时，介绍碳酸钠的俗名有纯碱、口碱等。清末民初，工业所需的碳酸钠主要是从河北、内蒙古盐湖取得的天然碱，并以张家口、古北口为集散地销往全国，故称口碱。但是天然碱远远满足不了民族轻工业的发展需要，只能进口纯碱。而进口纯碱价格很高，且外国技术封锁，国内不能生产。我国近现代化学家侯德榜热爱祖国，献身科学，发明了联合制碱法，并且把制碱技术公布，打破了外国封锁，在国内生产纯碱，满足了民族工业发展的需要。通过这部分历史的介绍，学生深切地感受到：就要挨欺负，要想强国富民，离不开科学技术的掌握，只有努力学习，才能报效祖国。同时，科学家侯德榜的献身科学的伟大爱国精神，增强了学生的民族自尊心和自豪感，实现了对学生的爱国主义的思想教育。

参考文献：

[1]王换荣.化学教师教学风格的培养和形成[J].化学教育，2012，（1）：48-51.