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摘要:由于初高中教学目标的差异,致使高一新生普遍感到从初中到高中化学学习台阶较高、难度较大。文章针对高一上学期所学知识,从概念学习、元素化合物学习、化学计量和化学计算四个方面,引导学生进行思维方式的转变,以快速实现初高中的转接。
关键词:转变;思维方式;初高中转型
文章编号:1008-0546(2015)04-0075-03 中图分类号:G632.41 文献标识码:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2015.04.028
对比《义务教育化学课程标准》与《高中化学课程标准》可以发现,初中化学是化学教育的启蒙,注重定性分析,以形象思维为主,从具体、直观的自然现象和实验入手建立化学概念和规律,使学生掌握一些最基础的化学知识和技能,很大程度上是记忆型的,其知识层面以“知其然”为主,欠缺独立思考能力的培养,习惯于被动接受知识。而高中化学则是在义务教育基础上实施的较高层次的基础教育,既与义务教育衔接,又为高校选拔人才打好基础。知识逐渐向系统化、理论化靠近,对所学化学知识有相当大一部分不仅要“知其然”,而且要“知其所以然”。除定性分析外,还有定量分析,除形象思维外,更侧重抽象思维,在抽象思维基础上建立化学概念和规律,使学生主动地接受和自觉获取知识,以形成化学学科观念和发展智能为最终目标。由于教学目标的差异,致使高一新生普遍感到初中到高中化学学习台阶较高、难度较大。笔者认为,在教学中,教师应该引导高一学生转变思维习惯,以快速实现初高中的转型。
一、概念学习由“概念记忆”向“概念建构”的转变
康德认为,所有的知识都来自与概念之间不可分解的微妙的自觉的连接。化学概念是化学学科知识体系的基础,化学概念教学组织得好,对学生建构化学学科观念,甚至对于其一生的概括、提炼和总结能力的提高都有重要的影响。
化学概念往往是宏观与微观相结合,抽象难懂,导致教师难教、学生难懂而不愿意学。长期以来,死记硬背是学习化学概念的主要方式,对概念的内涵和外延只是从概念定义的字面意思去掌握,教师教学也容易从概念到概念,从理论到理论[1]。这不但使学习概念变得枯燥无味,而且容易使概念与实践脱节。
因此,教师在引导学生学习概念的过程中,要充分利用多种教学手段、多种渠道,根据学生的现有认知水平,着眼于学生的“最近发展区”,帮助学生建构核心学科概念,让学生能够真正理解概念,形成学科知识。
以电解质概念的形成为例来分析。初三化学中,通过导电性实验,已经知道有些物质溶于水能生成自由移动的离子而导电;《化学1》在此基础上结合图片从微观上进行了分析,引入电解质和非电解质的概念,初步由“宏观—微观”认识;在离子反应一节则利用电解质在水溶液中存在导电性的差异,又将其分为强电解质和弱电解质,进而学习离子反应以及离子方程式的书写,从“宏观—微观—符号”三重表征来建构电解质的概念,由“表面—实质”来认识化学反应,并且在后续元素化合物的学习中逐渐渗透和强化;《化学2》在学习了微粒之间的相互作用力后,认识到电解质电离的条件与化学键之间的关系,在微观认识上更进一层;在《物质结构与性质》的学习中则从“微观—实质”来认识电解质的电离;最后在《化学反应原理》中从“定性—定量”完全建构好了电解质这个核心概念。电解质的学习前后跨跃四年,使得概念不断得到理解、运用、巩固和深化,学生掌握的知识逐渐趋于系统、完善。
从实践开始,通过分析、综合、分类、类比、抽象和概括上升为理性认识,再回到实践中来指导实践,形成认识过程的飞跃,在应用概念的过程中发展学生灵活运用概念的能力[2]。同时,也要避免概念教学一步到位,应符合学生的认知规律,全面研究与分析教材,准确地理解教材编写意图逐渐深化建构概念。
二、元素化合物学习由“物质本身”向“元素观”的转变
初中化学中,没有物质结构及化学基本概念和基本理论的引领,有关元素化合物知识的学习基本上是零散的、杂乱无章的,大多是靠死记硬背来完成学习的。高中阶段,全国使用的三个版本的教材里,在《化学1》集中编排了氯、钠、铝、铁、铜、硅、硫和氮8大元素及其化合物的内容,如果教师仍然停留在具体知识层面教学,那么在短短两个多月的教学时间内,很难把这些知识讲“深”讲“透”,学生对这些元素及其化合物的认识将会零散的、支离破碎的,没有形成系统,不能从一种物质迁移到一类物质。
基于目前提倡的观念建构思想,学习元素化合物知识,首要的是促进“元素观”的建构和发展。“元素观”是指从元素视角来认识物质及其转化所形成的相关认识的概括性观念[3]。以苏教版教材“氯、溴、碘及其化合物”为例,专题1学习了“物质的分类”及用化合价升降法判断氧化还原反应,而氯气之后才从电子转移的观点分析氧化还原反应的本质,理解其概念。学生已经能够运用概念进行物质氧化性、还原性的判断,但是面对陌生物质时,还不能自觉从元素价态研究物质的性质。教材的编写通常是以知识的传承为明线,化学基本观念常常是内隐的。因此,笔者在教学中,不失时机地引导学生以具体知识的为载体建构化学观念。如在引入时,介绍海水中蕴藏着氯、溴、碘(称为卤素),为后面类比学习溴、碘打下基础;在学习氯气的性质时,从化合价角度来分析化学反应,为进一步学习氧化还原反应作下铺垫;在学习溴、碘的提取时,运用物质的分类和元素化合价的视角来研究提取和性质,初步培养学生的“元素观”。在后续的课程中还要不断强化“元素观”,以期达成并内化“元素观”。
因此,在教学中教师要引导学生从两个方面发展:一是要“转换视角”,将认识物质的视角从“物质本身”转变到组成元素,从对单一物质的认识发展到对以某元素为核心的物质组的认识;二是要重点发展从核心元素化合价研究物质性质的视角[3]。在教学过程中,不仅盯住具体物质的性质,还要设计驱动性任务(或问题),让学生通过化学实验体验这些具体知识,在体验中形成从元素组成、价态来研究物质性质的视角,建立从元素组成、化合价两个视角研究物质性质的二维立体坐标图,并将其迁移到其他元素化合物的学习中去,将知识学“深”学“透”,从而深化学生对化学学科的理解,形成化学观念。 三、化学计量由“克”向“摩尔”的转变
进入高中引入了“物质的量”,对学生的思维方式和计算能力提出了很高的要求,可是学生仍然自觉或不自觉地以“克”为中心进行计算。学生并一定是不理解“摩尔”的含义,只是受习惯、定势思维的影响,总想以惯用的方式解决新问题。因此,在教学中强制的观念转换是有必要的:除非以“克”为单位进行计算有明显的简捷之外,否则统统以“摩尔”为中心进行计算,设未知量时,绝大多数情况下应设为“摩尔”[4]。
[例1]标准状况下,6.72LCH4和CO混合气体的质量为6g,该混合气体中有 gCO, molCH4。
解析:本题给数据为两气体共6g,而第一空要求CO质量,因而相当多的学生是设CO为xg,CH4的质量为(6-x)g,则有 =,这个方程恐怕难解。
若以“物质的量”为中心进行计算:设原混合气体中CH4、CO的物质的量分别为x、y。
列方程组为:16x 28y=6
22.4(x y)=6.72
解得:x=0.2mol,y=0.1mol,则CO质量为0.1mol×28g·mol-1=2.8g。
显然,以“摩尔”为计量单位进行计算思路清晰、方法得当,不反复换算,计算简洁。
四、化学计算由“方程式”向“关系式”的转变
初中时学生已养成利用方程式进行列式计算的固有格式,而到了高中,往往涉及多个方程式多步连续进行反应,有的还会以信息形式出现新方程式,采用关系式法可以化繁为简,一步解决。关系式法解化学计算题是必须具备的计算能力,而找关系式常用到守恒思想(原子守恒、电荷守恒和电子得失守恒)。
[例2](2013四川卷)1.52g铜镁合金完全溶解于50mL密度为1.40 g·mL-1、质量分数为63%的浓硝酸中,得到NO2和N2O4的混合气体1120 mL(标准状况),向反应后的溶液中加入1.0 mol·L-1 NaOH溶液,当金属离子全部沉淀时,得到2.54 g沉淀。下列说法不正确的是
A. 该合金中铜与镁的物质的量之比是2∶1
B. 该浓硝酸中HNO3的物质的量浓度是14.0 mol·L-1
C.NO2和N2O4的混合气体中,NO2的体积分数是80%
D.得到2.54 g沉淀时,加入NaOH溶液的体积是600 mL
解析:本题涉及化学反应多,过程复杂,如果学生还停留在写化学方程式进行计算的水平恐怕难以应对。教学中必须引导学生转换思维方式,采用有效的分析手段和化学思想方可顺利解答。
浓硝酸物质的量浓度:c=
==14.0mol·L-1,故B正确。
n(HNO3)=14.0mol·L-1×0.05L=0.700mol
混合气体的物质的量:n==0.05mol
该题的反应流程示意图如下:
通过上述分析可知,金属离子全部沉淀时,得到2.54g沉淀为氢氧化铜、氢氧化镁,故沉淀中氢氧根的质量为2.54g-1.52g=1.02g,氢氧根的物质的量为=0.06molmol,根据电荷守恒,金属提供的电子的物质的量等于氢氧根的物质的量。设合金中Cu、Mg的物质的量分别为x、y,则有2x 2y=0.06mol
64x 24y=1.52,解得x=0.02mol,y=0.01mol,故合金中铜与镁的物质的量之比为是0.02mol∶0.01mol=2∶1,故A正确。
设二氧化氮的物质的量为a,则四氧化二氮的物质的量为(0.05-a),根据电子守恒可知,a×1 (0.05-a)×2×1=0.06,解得a=0.04mol,故NO2体积分数是×100%=80%,故C项正确。
得到2.54g沉淀时,溶液中的溶质为NaNO3,根据钠离子守恒可知,氢氧化钠的物质的量等于反应溶液中硝酸根钠的物质的量,根据氮元素守恒可知,硝酸钠的物质的量为0.05L×14.0mol·L-1-0.04mol-(0.05mol - 0.04mol)×2=0.64mol,故需要氢氧化钠溶液的体积为=0.64L=640mL,故D错误。
反应流程示意法是按题目的知识结构,绘制简单明了、脉络清楚、能启迪思维又能反映数量关系隐含化学原理的思维流程,表示出变化过程,使学生对题目有一个清晰的印象,将一些反应复杂、抽象问题直观化、具体化,帮助找出解题的突破口。然后运用电子守恒、原子守恒等化学基本思想,找出关系式,从而便于寻求合理的解决途径。
进入高中后,学生会在一段时间内保留初中化学思维方式,针对高一上学期所学内容,我们可以通过强化训练、强制纠正转变以上四种思维方式,缩短学生的高中化学学习适应期,以快速实现初高中转型。
参考文献
[1] 肖彬清.新课程高中化学”概念教学”的有效策略[J].中学化学教学参考,2014,(9):14-15
[2] 吴海霞.基于观念建构的化学概念教学[J].中学化学教学参考,2014,(1-2):20-23
[3] 白建娥,何彩霞.论促进学生“元素观”发展的铁及其化合物的教学[J].中学化学教学参考,2014,(10):1,5,6
[4] 李德刃.高一化学计算的三个强化转变[J].中学化学教学参考,2008,(9):58-59
[5] 蒋洁.元素化合物知识“易学难记”的解决策略[J].化学教学,2013,(5):14-17
关键词:转变;思维方式;初高中转型
文章编号:1008-0546(2015)04-0075-03 中图分类号:G632.41 文献标识码:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2015.04.028
对比《义务教育化学课程标准》与《高中化学课程标准》可以发现,初中化学是化学教育的启蒙,注重定性分析,以形象思维为主,从具体、直观的自然现象和实验入手建立化学概念和规律,使学生掌握一些最基础的化学知识和技能,很大程度上是记忆型的,其知识层面以“知其然”为主,欠缺独立思考能力的培养,习惯于被动接受知识。而高中化学则是在义务教育基础上实施的较高层次的基础教育,既与义务教育衔接,又为高校选拔人才打好基础。知识逐渐向系统化、理论化靠近,对所学化学知识有相当大一部分不仅要“知其然”,而且要“知其所以然”。除定性分析外,还有定量分析,除形象思维外,更侧重抽象思维,在抽象思维基础上建立化学概念和规律,使学生主动地接受和自觉获取知识,以形成化学学科观念和发展智能为最终目标。由于教学目标的差异,致使高一新生普遍感到初中到高中化学学习台阶较高、难度较大。笔者认为,在教学中,教师应该引导高一学生转变思维习惯,以快速实现初高中的转型。
一、概念学习由“概念记忆”向“概念建构”的转变
康德认为,所有的知识都来自与概念之间不可分解的微妙的自觉的连接。化学概念是化学学科知识体系的基础,化学概念教学组织得好,对学生建构化学学科观念,甚至对于其一生的概括、提炼和总结能力的提高都有重要的影响。
化学概念往往是宏观与微观相结合,抽象难懂,导致教师难教、学生难懂而不愿意学。长期以来,死记硬背是学习化学概念的主要方式,对概念的内涵和外延只是从概念定义的字面意思去掌握,教师教学也容易从概念到概念,从理论到理论[1]。这不但使学习概念变得枯燥无味,而且容易使概念与实践脱节。
因此,教师在引导学生学习概念的过程中,要充分利用多种教学手段、多种渠道,根据学生的现有认知水平,着眼于学生的“最近发展区”,帮助学生建构核心学科概念,让学生能够真正理解概念,形成学科知识。
以电解质概念的形成为例来分析。初三化学中,通过导电性实验,已经知道有些物质溶于水能生成自由移动的离子而导电;《化学1》在此基础上结合图片从微观上进行了分析,引入电解质和非电解质的概念,初步由“宏观—微观”认识;在离子反应一节则利用电解质在水溶液中存在导电性的差异,又将其分为强电解质和弱电解质,进而学习离子反应以及离子方程式的书写,从“宏观—微观—符号”三重表征来建构电解质的概念,由“表面—实质”来认识化学反应,并且在后续元素化合物的学习中逐渐渗透和强化;《化学2》在学习了微粒之间的相互作用力后,认识到电解质电离的条件与化学键之间的关系,在微观认识上更进一层;在《物质结构与性质》的学习中则从“微观—实质”来认识电解质的电离;最后在《化学反应原理》中从“定性—定量”完全建构好了电解质这个核心概念。电解质的学习前后跨跃四年,使得概念不断得到理解、运用、巩固和深化,学生掌握的知识逐渐趋于系统、完善。
从实践开始,通过分析、综合、分类、类比、抽象和概括上升为理性认识,再回到实践中来指导实践,形成认识过程的飞跃,在应用概念的过程中发展学生灵活运用概念的能力[2]。同时,也要避免概念教学一步到位,应符合学生的认知规律,全面研究与分析教材,准确地理解教材编写意图逐渐深化建构概念。
二、元素化合物学习由“物质本身”向“元素观”的转变
初中化学中,没有物质结构及化学基本概念和基本理论的引领,有关元素化合物知识的学习基本上是零散的、杂乱无章的,大多是靠死记硬背来完成学习的。高中阶段,全国使用的三个版本的教材里,在《化学1》集中编排了氯、钠、铝、铁、铜、硅、硫和氮8大元素及其化合物的内容,如果教师仍然停留在具体知识层面教学,那么在短短两个多月的教学时间内,很难把这些知识讲“深”讲“透”,学生对这些元素及其化合物的认识将会零散的、支离破碎的,没有形成系统,不能从一种物质迁移到一类物质。
基于目前提倡的观念建构思想,学习元素化合物知识,首要的是促进“元素观”的建构和发展。“元素观”是指从元素视角来认识物质及其转化所形成的相关认识的概括性观念[3]。以苏教版教材“氯、溴、碘及其化合物”为例,专题1学习了“物质的分类”及用化合价升降法判断氧化还原反应,而氯气之后才从电子转移的观点分析氧化还原反应的本质,理解其概念。学生已经能够运用概念进行物质氧化性、还原性的判断,但是面对陌生物质时,还不能自觉从元素价态研究物质的性质。教材的编写通常是以知识的传承为明线,化学基本观念常常是内隐的。因此,笔者在教学中,不失时机地引导学生以具体知识的为载体建构化学观念。如在引入时,介绍海水中蕴藏着氯、溴、碘(称为卤素),为后面类比学习溴、碘打下基础;在学习氯气的性质时,从化合价角度来分析化学反应,为进一步学习氧化还原反应作下铺垫;在学习溴、碘的提取时,运用物质的分类和元素化合价的视角来研究提取和性质,初步培养学生的“元素观”。在后续的课程中还要不断强化“元素观”,以期达成并内化“元素观”。
因此,在教学中教师要引导学生从两个方面发展:一是要“转换视角”,将认识物质的视角从“物质本身”转变到组成元素,从对单一物质的认识发展到对以某元素为核心的物质组的认识;二是要重点发展从核心元素化合价研究物质性质的视角[3]。在教学过程中,不仅盯住具体物质的性质,还要设计驱动性任务(或问题),让学生通过化学实验体验这些具体知识,在体验中形成从元素组成、价态来研究物质性质的视角,建立从元素组成、化合价两个视角研究物质性质的二维立体坐标图,并将其迁移到其他元素化合物的学习中去,将知识学“深”学“透”,从而深化学生对化学学科的理解,形成化学观念。 三、化学计量由“克”向“摩尔”的转变
进入高中引入了“物质的量”,对学生的思维方式和计算能力提出了很高的要求,可是学生仍然自觉或不自觉地以“克”为中心进行计算。学生并一定是不理解“摩尔”的含义,只是受习惯、定势思维的影响,总想以惯用的方式解决新问题。因此,在教学中强制的观念转换是有必要的:除非以“克”为单位进行计算有明显的简捷之外,否则统统以“摩尔”为中心进行计算,设未知量时,绝大多数情况下应设为“摩尔”[4]。
[例1]标准状况下,6.72LCH4和CO混合气体的质量为6g,该混合气体中有 gCO, molCH4。
解析:本题给数据为两气体共6g,而第一空要求CO质量,因而相当多的学生是设CO为xg,CH4的质量为(6-x)g,则有 =,这个方程恐怕难解。
若以“物质的量”为中心进行计算:设原混合气体中CH4、CO的物质的量分别为x、y。
列方程组为:16x 28y=6
22.4(x y)=6.72
解得:x=0.2mol,y=0.1mol,则CO质量为0.1mol×28g·mol-1=2.8g。
显然,以“摩尔”为计量单位进行计算思路清晰、方法得当,不反复换算,计算简洁。
四、化学计算由“方程式”向“关系式”的转变
初中时学生已养成利用方程式进行列式计算的固有格式,而到了高中,往往涉及多个方程式多步连续进行反应,有的还会以信息形式出现新方程式,采用关系式法可以化繁为简,一步解决。关系式法解化学计算题是必须具备的计算能力,而找关系式常用到守恒思想(原子守恒、电荷守恒和电子得失守恒)。
[例2](2013四川卷)1.52g铜镁合金完全溶解于50mL密度为1.40 g·mL-1、质量分数为63%的浓硝酸中,得到NO2和N2O4的混合气体1120 mL(标准状况),向反应后的溶液中加入1.0 mol·L-1 NaOH溶液,当金属离子全部沉淀时,得到2.54 g沉淀。下列说法不正确的是
A. 该合金中铜与镁的物质的量之比是2∶1
B. 该浓硝酸中HNO3的物质的量浓度是14.0 mol·L-1
C.NO2和N2O4的混合气体中,NO2的体积分数是80%
D.得到2.54 g沉淀时,加入NaOH溶液的体积是600 mL
解析:本题涉及化学反应多,过程复杂,如果学生还停留在写化学方程式进行计算的水平恐怕难以应对。教学中必须引导学生转换思维方式,采用有效的分析手段和化学思想方可顺利解答。
浓硝酸物质的量浓度:c=
==14.0mol·L-1,故B正确。
n(HNO3)=14.0mol·L-1×0.05L=0.700mol
混合气体的物质的量:n==0.05mol
该题的反应流程示意图如下:
通过上述分析可知,金属离子全部沉淀时,得到2.54g沉淀为氢氧化铜、氢氧化镁,故沉淀中氢氧根的质量为2.54g-1.52g=1.02g,氢氧根的物质的量为=0.06molmol,根据电荷守恒,金属提供的电子的物质的量等于氢氧根的物质的量。设合金中Cu、Mg的物质的量分别为x、y,则有2x 2y=0.06mol
64x 24y=1.52,解得x=0.02mol,y=0.01mol,故合金中铜与镁的物质的量之比为是0.02mol∶0.01mol=2∶1,故A正确。
设二氧化氮的物质的量为a,则四氧化二氮的物质的量为(0.05-a),根据电子守恒可知,a×1 (0.05-a)×2×1=0.06,解得a=0.04mol,故NO2体积分数是×100%=80%,故C项正确。
得到2.54g沉淀时,溶液中的溶质为NaNO3,根据钠离子守恒可知,氢氧化钠的物质的量等于反应溶液中硝酸根钠的物质的量,根据氮元素守恒可知,硝酸钠的物质的量为0.05L×14.0mol·L-1-0.04mol-(0.05mol - 0.04mol)×2=0.64mol,故需要氢氧化钠溶液的体积为=0.64L=640mL,故D错误。
反应流程示意法是按题目的知识结构,绘制简单明了、脉络清楚、能启迪思维又能反映数量关系隐含化学原理的思维流程,表示出变化过程,使学生对题目有一个清晰的印象,将一些反应复杂、抽象问题直观化、具体化,帮助找出解题的突破口。然后运用电子守恒、原子守恒等化学基本思想,找出关系式,从而便于寻求合理的解决途径。
进入高中后,学生会在一段时间内保留初中化学思维方式,针对高一上学期所学内容,我们可以通过强化训练、强制纠正转变以上四种思维方式,缩短学生的高中化学学习适应期,以快速实现初高中转型。
参考文献
[1] 肖彬清.新课程高中化学”概念教学”的有效策略[J].中学化学教学参考,2014,(9):14-15
[2] 吴海霞.基于观念建构的化学概念教学[J].中学化学教学参考,2014,(1-2):20-23
[3] 白建娥,何彩霞.论促进学生“元素观”发展的铁及其化合物的教学[J].中学化学教学参考,2014,(10):1,5,6
[4] 李德刃.高一化学计算的三个强化转变[J].中学化学教学参考,2008,(9):58-59
[5] 蒋洁.元素化合物知识“易学难记”的解决策略[J].化学教学,2013,(5):14-17