理科思維融合對(duì)提高化學(xué)教學(xué)實(shí)效性的研究

劉子宏

論文摘要：新課程背景下，學(xué)科之間的相互交叉滲透已是發(fā)展的主要趨勢(shì)。本文旨通過化學(xué)教學(xué)中數(shù)學(xué)思維的滲透、物理學(xué)原理及技術(shù)對(duì)理解化學(xué)概念的輔助作用、生物學(xué)知識(shí)與化學(xué)知識(shí)的對(duì)比學(xué)習(xí)，說明在化學(xué)教學(xué)中理科思維的融合對(duì)于提高高中化學(xué)課堂實(shí)效性，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用能力，實(shí)現(xiàn)素質(zhì)教育的作用。

關(guān)鍵詞：化學(xué)教學(xué)，數(shù)學(xué)，物理，生物

目前，體現(xiàn)我國基礎(chǔ)教育改革理念的高中化學(xué)新課程已在全國范圍內(nèi)試用，它對(duì)于學(xué)生培養(yǎng)的重點(diǎn)是—源于生活，培養(yǎng)學(xué)生利用所學(xué)的各科知識(shí)進(jìn)行遷移，以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的目的。《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》第二部分課程目標(biāo)知識(shí)和技能的目標(biāo)中明確指出：重視化學(xué)與其他學(xué)科之間的聯(lián)系，能綜合運(yùn)用有關(guān)知識(shí)、技能與方法分析和解決一些化學(xué)問題。

在化學(xué)新課程的教學(xué)中，融入數(shù)學(xué)、物理、生物思維和知識(shí)，不僅適應(yīng)新課程的理念，能夠培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)思維能力，而且往往收到“立竿見影”的效果。

一、化學(xué)教學(xué)中數(shù)學(xué)思維的滲透

錢學(xué)森教授指出：“教育工作的最終機(jī)智在于人腦的思維過程”。而“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（結(jié)合化學(xué)知識(shí)）解決化學(xué)問題”是一種高層次的思維活動(dòng)，也是教育部考試中心要求高考考生必須具備的能力之一。

1.集合思想

利用集合中的圖示對(duì)化學(xué)物質(zhì)或者是化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行分類，在加強(qiáng)學(xué)科間聯(lián)系的同時(shí)，能夠讓學(xué)生體會(huì)知識(shí)的靈活運(yùn)用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

例：設(shè)U={純凈物}，A={化合物}，CUA={單質(zhì)}，B={電解質(zhì)}，A中除去B的部分（用陰影表示）即A∩CUB={非電解質(zhì)}

從圖1中可以看出，無論是電解質(zhì)還是非電解質(zhì)，一定都是化合物，從而幫助學(xué)生走出“不是電解質(zhì)就一定是非電解質(zhì)”這個(gè)概念上的誤區(qū)。

集合還可以用于化學(xué)反應(yīng)分類以及有機(jī)物概念的理解，如：在講解氧化還原反應(yīng)與四種基本反應(yīng)類型之間的關(guān)系以及芳香族化合物、芳香烴、苯的同系物、烴等概念時(shí)，若能與全集、補(bǔ)集、交集、并集等知識(shí)結(jié)合起來，會(huì)更有利于學(xué)生掌握它們之間的區(qū)別與聯(lián)系。

2.數(shù)學(xué)推導(dǎo)的思想

平常的教學(xué)中，不少學(xué)生總是把化學(xué)歸為“理科中的文科”，因?yàn)樗麄兛傆X得化學(xué)“不講道理”，只是“知其然，而不知其所以然”。教師只是簡單的將方法或結(jié)論灌輸給學(xué)生，但是由于學(xué)生不知道該方法的推導(dǎo)過程，因此關(guān)于為什么可以這么用、還有什么情況可以這么用、什么情況就不能用了，仍處于“混沌”狀態(tài)。如果能夠?qū)⒋朔ǖ耐茖?dǎo)過程展示給學(xué)生，學(xué)生能夠更深刻的理解該方法，并且能夠觸類旁通，遷移到其他相似的情況。

例：“十字交叉法” 的推導(dǎo)

已知一定條件下，A、B兩種氣體混合后，該混合氣體的平均分子量為M，已知A的分子量為MA，B的分子量為MB，求該混合氣體中，A與B的物質(zhì)的量之比。

解：設(shè)混合氣體中A的物質(zhì)的量為x mol， B的物質(zhì)的量為y mol，則

氣體總質(zhì)量=（MA×x+MB×y）g 氣體總物質(zhì)的量=（x+y）mol

則根據(jù)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量=氣體的總質(zhì)量/氣體的總物質(zhì)的量，分子量在數(shù)值上與摩爾質(zhì)量相等，可得：M=（MA×x+MB×y）/（x+y）（1）

將（1）式變形可得：M（x+y）=（MA×x+MB×y），去括號(hào)，移項(xiàng)，合并同類項(xiàng)，可得：

x（M-MA）=y（MB-M） 則 x/y =（M-MA）/ （MB-M） 即：

3.數(shù)形結(jié)合思想分析定量化學(xué)（離子）方程式的書寫

數(shù)形結(jié)合思想是數(shù)學(xué)思想的精髓之一，是知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力的杠桿，它可以使某些抽象的問題直觀化、生動(dòng)化，能夠變抽象思維為形象思維，有助于把握問題的本質(zhì)。尤其是在求解“變量反應(yīng)”和“取值范圍”等問題時(shí)，往往能夠取得很好的效果。

用數(shù)軸思想解決化學(xué)難題的步驟是：（1）根據(jù)化學(xué)方程式（或離子方程式）求出不同情況下反應(yīng)的臨界值；（2）把臨界值表示在數(shù)軸上，以此劃分區(qū)間；（3）在不同的區(qū)間里，按相應(yīng)的比例書寫化學(xué)方程式（或離子方程式）并進(jìn)行計(jì)算。

4.數(shù)列極限思想

在解決有機(jī)化合物各元素的極值含量以及有機(jī)合成原料計(jì)算問題時(shí)，常常需要用到數(shù)列與極限思維。

例：已知烷烴的同式為CnH2n+2（n≧1），求烷烴碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)的最大值。

5.排列組合思想

涉及到混合物組分討論或者有機(jī)物同分異構(gòu)體書寫的問題時(shí)，往往會(huì)用到排列組合思想。

例：已知固體混合物A由NaHCO3、KHCO3、MgCO3、CaCO3四種物質(zhì)中的兩種混合而成，A與足量的鹽酸反應(yīng)若生成CO2的量為定值，則A的組成可能有 種。

上述各物質(zhì)均為單碳，故無論以什么比例混合，何種組分混合，生成CO2的量恒為定值，故只需滿足“兩種混合”即可，即從四種物質(zhì)中隨機(jī)挑出2種，即 ，共6種。

除了上述之外，如假設(shè)證明思想、函數(shù)與方程思想、不等式討論等思想在化學(xué)中都有較多的應(yīng)用。通過在化學(xué)教學(xué)中滲透數(shù)學(xué)思維，不僅可以借助數(shù)學(xué)工具進(jìn)行化學(xué)計(jì)算、推理，優(yōu)化化學(xué)教學(xué)，而且能拓寬學(xué)生的思路，使學(xué)生的思維更具多向性、靈活性和獨(dú)特性，同時(shí)培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)造性的思維品質(zhì)。

二、物理學(xué)原理及技術(shù)對(duì)理解化學(xué)概念的輔助作用

化學(xué)是研究物質(zhì)的性質(zhì)、組成、結(jié)構(gòu)、變化和應(yīng)用的科學(xué)。物理學(xué)是研究自然界的物質(zhì)結(jié)構(gòu)、物體間的相互作用和物體運(yùn)動(dòng)最一般規(guī)律的自然科學(xué)。因此，化學(xué)與物理無論是從微觀還是從宏觀上都是相輔相成、共同發(fā)展的。學(xué)生在接觸化學(xué)知識(shí)時(shí)，已經(jīng)具備了一定的物理學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)，因此，在化學(xué)教學(xué)中，引入相關(guān)的物理知識(shí)作為學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的輔助工具，可以使學(xué)生更好的理解和掌握化學(xué)知識(shí)。

1. 以已有的物理知識(shí)類比，幫助學(xué)生接受新的化學(xué)概念、原理。

在學(xué)習(xí)某些新的概念或原理時(shí)，如果能用學(xué)生已經(jīng)掌握的物理知識(shí)進(jìn)行類比，學(xué)生可以更容易、更快速地接受。

舉例1：在引入化學(xué)反應(yīng)速率時(shí)，可以聯(lián)系物理中的速率問題：

2. 以已有的物理知識(shí)解釋新的化學(xué)概念、原理，幫助學(xué)生理解、運(yùn)用。

在學(xué)習(xí)某些新的概念或原理時(shí)，如果能用學(xué)生已經(jīng)掌握的物理知識(shí)進(jìn)行解釋，學(xué)生可以通過理解而加深記憶，并且靈活運(yùn)用。例如，下表中的幾個(gè)知識(shí)點(diǎn)。

3. 通過物理技術(shù)，使學(xué)生對(duì)抽象、微觀的知識(shí)形成感性、宏觀的認(rèn)識(shí)。

物理和化學(xué)還有很多相通的研究方法，例如：觀察、實(shí)驗(yàn)、比較、測(cè)量、分析和綜合、歸納和演繹、模擬假說等。在化學(xué)教材和教學(xué)中引入與化學(xué)相關(guān)的物理技術(shù)，不僅可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)學(xué)生主動(dòng)探究，還可以向?qū)W生表明物理技術(shù)是化學(xué)研究中的重要手段和方法，使學(xué)生更加重視物理技術(shù)在化學(xué)中的應(yīng)用。

三、生物學(xué)知識(shí)與化學(xué)知識(shí)的對(duì)比學(xué)習(xí)

生物體內(nèi)部的新陳代謝過程，實(shí)際就是生物體內(nèi)各種復(fù)雜化學(xué)變化的總稱，只要是生物體就離不開化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)與生物之間的緊密聯(lián)系由此可見一斑。

1. 利用化學(xué)與生物重合的知識(shí)點(diǎn)，突出差異，提高課堂效率

2. 以化學(xué)知識(shí)解釋生物現(xiàn)象，使學(xué)生體會(huì)學(xué)以致用

化學(xué)和生物課程關(guān)系密切，如果化學(xué)和生物教師在教學(xué)中能夠合作，從學(xué)生熟悉的生物或化學(xué)知識(shí)出發(fā)，從原理到現(xiàn)象，再由現(xiàn)象到規(guī)律，從而進(jìn)一步理解和掌握生物和化學(xué)知識(shí)，加深記憶，可謂一舉兩得。

“科學(xué)由學(xué)科內(nèi)容組成，由不同機(jī)構(gòu)研究，組織形式上，是所有不同科學(xué)領(lǐng)域或不同學(xué)科的有機(jī)結(jié)合”。 在自然科學(xué)分科越來越細(xì)致的今天，我們也應(yīng)該看到，自然科學(xué)在更加具體化的基礎(chǔ)上，正逐漸走向統(tǒng)一與整合。各種學(xué)科技術(shù)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用為學(xué)科間的交叉與融合搭起了橋梁，促進(jìn)了學(xué)科間的緊密聯(lián)系與發(fā)展。

作為一名化學(xué)教師，在新課程背景下，需要不斷探索適合新課程理念、適合學(xué)生發(fā)展的教學(xué)方式，優(yōu)化化學(xué)教學(xué)，提高課堂教學(xué)實(shí)效性，拓展學(xué)生的知識(shí)和思路，使學(xué)生自身的科學(xué)知識(shí)體系全面發(fā)展，從而更好地適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)的需求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張德華，張曉燕.數(shù)學(xué)方法在化學(xué)中的應(yīng)用[J].湖北師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007，1（27），110-115.

[2] 尹亞東.論化學(xué)教學(xué)中數(shù)學(xué)知識(shí)的滲透[J].湘潭師范學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2002，24（4），120-125.

[3] 王艷云、靳瑩、姬君，淺談新課程化學(xué)教材中滲透的物理學(xué)知識(shí)[J].化學(xué)教學(xué)，2010，2：28-29。

[4] 黃志云，化學(xué)知識(shí)在生物教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國電力教育，2010，6：103-104。