讓數(shù)據(jù)在高中化學(xué)課堂發(fā)言

鄒莉

摘要：數(shù)據(jù)是描述事物的符號記錄。合理利用數(shù)據(jù)可以將復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)簡單化，深奧的化學(xué)反應(yīng)原理淺顯化，抽象的微觀世界具體化，能讓學(xué)生真實的體會到化學(xué)中的多少、多大、多慢、多強。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)；化學(xué)教學(xué)

文章編號：1008-0546（2016）01-0000-02 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.01.000

一、理論基礎(chǔ)

化學(xué)是在原子、分子層次上研究物質(zhì)性質(zhì)、組成、結(jié)構(gòu)與變化規(guī)律的科學(xué)。化學(xué)物質(zhì)豐富多彩，化學(xué)現(xiàn)象變化萬千，化學(xué)物質(zhì)既抽象又具體，化學(xué)分析方法既定性又定量，化學(xué)研究既理論又實驗，化學(xué)學(xué)習(xí)過程既敘述又推理。[1]而化學(xué)反應(yīng)是復(fù)雜的，反應(yīng)原理是深奧的，物質(zhì)結(jié)構(gòu)是抽象的，實驗手段是多樣的。這使得學(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)的過程中會覺得化學(xué)知識雜、散、抽象、難記、難學(xué)。為了幫助學(xué)生建構(gòu)化學(xué)知識，可以將學(xué)生置于具體、真實的情境中，提供給學(xué)生真實的數(shù)據(jù)，可以使某些抽象概念具體化，模型建構(gòu)形象化，深奧道理淺顯化，幫助學(xué)生將知識轉(zhuǎn)化為真知，真知轉(zhuǎn)化為能力，實現(xiàn)從感性認識到理性認識的飛躍。

數(shù)據(jù)是描述事物的符號記錄，是可定義并有意義的實體，它與事物的存在形式有關(guān)，數(shù)據(jù)表征事實、數(shù)字和觀點。[2]數(shù)據(jù)是一種符號表征，數(shù)據(jù)是理論形成的前提，理論又來源于數(shù)據(jù)。1988年，提出“理論—觀察—現(xiàn)象”三元論觀點的J.Bogen和J.Woodward認為：理論可以預(yù)測和解釋現(xiàn)象，但是不能預(yù)測數(shù)據(jù)，但并不是說理論對數(shù)據(jù)的產(chǎn)生沒有任何影響，相反地，在數(shù)據(jù)產(chǎn)生的過程中，理論對它的影響無處不在。由此可見，數(shù)據(jù)對于化學(xué)中的基本概念、原理以及某些實驗結(jié)論的得出等都密切相關(guān)，在化學(xué)教學(xué)中合理地利用數(shù)據(jù)可以起到事半功倍的教學(xué)效果。

二、數(shù)據(jù)在化學(xué)教學(xué)中的作用和價值

1. 借助數(shù)據(jù)，體會化學(xué)中的“多少”

化學(xué)基本概念中表示數(shù)據(jù)“多少”的概念比較多，比如pH值、利用率、轉(zhuǎn)化率、分解率、質(zhì)量、質(zhì)量分數(shù)、體積、體積分數(shù)、物質(zhì)的量濃度等。這些基本概念中都有一定的計算公式，通過這些符號表征，可以使學(xué)生感受到化學(xué)的魅力，比如我們可以宏觀調(diào)控溫度、壓強、反應(yīng)物的質(zhì)量或濃度等來改變化學(xué)反應(yīng)的速率。

案例1：鹽類水解是微弱的

鹽類水解的諸多知識都是建立在分析溶液中微粒對水電離平衡影響的基礎(chǔ)上形成的，

而對于“水解是微弱的”這一知識學(xué)生在理解上有一定的困難。此時采用真實的數(shù)據(jù)，讓他們直觀地感受水解確實是微弱的，知識在不經(jīng)意間便形成了。已知0.1mol/L NaAc溶液的pH=9，請計算溶液中c（H+）、c（OH-），Ac-的水解率是多少？如果Ac-全部和水結(jié)合，溶液的pH是多少？通過給與確切的數(shù)據(jù)讓學(xué)生自己計算，可以發(fā)現(xiàn)水解的Ac-確實很少，只有10-5mol/L，只占總量的0.01%；如果Ac-完全和水結(jié)合，則溶液的pH=13，這與該溶液的實際pH=9相差1萬倍，由此學(xué)生可以很自然地得出結(jié)論：鹽類水解是微弱的，教師就無需再過多的解釋。

案例2：HNO3受熱分解

硝酸受熱分解實驗中，如果加熱濃硝酸溶液看不到紅棕色氣體，必須要加熱硝酸蒸汽才能看到其分解產(chǎn)生的紅棕色氣體。為了解決這個難題，許多老師在裝置改進上下功夫，但是改進之后都還是比較麻煩，而常州高級中學(xué)的房老師就將視角從裝置轉(zhuǎn)移到了量上，進行改進之后不僅所需儀器簡單，現(xiàn)象明顯，而且節(jié)約藥品，只需1滴濃硝酸。具體操作如下：在一支干燥的試管中加入1滴濃硝酸，最好能滴在試管底部，不要滴在試管壁上（蒸發(fā)時能輕易判斷是否完全蒸發(fā)），在試管口塞一團棉花，然后加熱。當(dāng)試管底部的一滴濃硝酸全部蒸發(fā)后（大概需要15秒左右），此時將燈焰加熱試管中上部，15秒之后在白紙的映襯下可以看到有紅方棕色氣體產(chǎn)生，再加熱，紅棕色氣體更加明顯。[3]

2. 借助數(shù)據(jù)，體會化學(xué)中的“多大”

化學(xué)基本概念中表示數(shù)據(jù)“多大”的概念有：阿伏伽德羅常數(shù)，微粒半徑等?；瘜W(xué)是將微觀世界與宏觀世界聯(lián)系起來的一門學(xué)科，而對于肉眼看不到的微觀世界是抽象的，通過數(shù)據(jù)這一橋梁可將其具體化。以 “物質(zhì)的量使用范圍”為例。

對于剛進入高中化學(xué)學(xué)習(xí)不久的高一年級學(xué)生，在“物質(zhì)的量”這一新“工具”的理解和應(yīng)用上總是覺得比較困難，為了幫助學(xué)生理解“物質(zhì)的量”這一物理量只適用于微觀粒子，而不能表示宏觀物質(zhì)，可以利用阿伏伽德羅常數(shù)這一數(shù)據(jù)進行舉例：阿基米德與國王下象棋的故事都聽說過，國王輸給阿基米德的大米他永遠也拿不出來，有沒有什么辦法幫國王解決這個難題呢？我們把不值錢的大米換成值錢的金子，在每格棋盤上按照阿基米德的要求放上Au原子，那么所需金子的質(zhì)量為1.845×1019×3.27×10-22 kg=6.04g，為什么把不值錢的大米換成值錢的金子后國王就能拿得出來呢？阿伏伽德羅常數(shù)將近是該金原子個數(shù)的3萬倍，可以發(fā)現(xiàn)阿伏伽德羅常數(shù)非常大，物質(zhì)的量這個數(shù)據(jù)只適用于微觀粒子而不適用與宏觀物質(zhì)。通過這種將學(xué)生置于真實的數(shù)據(jù)情境中學(xué)習(xí)新的概念，可以加深他們對物質(zhì)的量這一概念的理解與掌握。

3. 借助數(shù)據(jù)，體會化學(xué)中的“多慢”

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，化學(xué)反應(yīng)的快慢既是化學(xué)理論學(xué)習(xí)中的重點，同時也是化學(xué)實驗過程中觀察的重點。在蘇教版選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》“化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡”這一專題中主要研究的就是“快、慢”，當(dāng)把某些理論反應(yīng)付諸于實驗時就能真實地感受到“多慢”。以 “硝酸的性質(zhì)之不穩(wěn)定性”為例。

硝酸見光會分解，所以實驗保存時需要放在棕色試劑瓶中，但并不是把硝酸置于光照條件下就會立馬分解，其分解的速率比較緩慢，為了加深學(xué)生對硝酸不穩(wěn)定性這一性質(zhì)的理解，課前可做如下實驗：將一瓶用無色試劑瓶裝著的濃硝酸放在陽光下（確保每天可以接受5小時的陽光直射），每天對實驗現(xiàn)象拍攝照片，課上給學(xué)生展示能說明這個變化過程的代表性照片，并在每幅照片中注明拍攝的時間間距，發(fā)現(xiàn)這樣的條件下要3天以后才能看到淡紅棕色氣體，“3天后”這個數(shù)據(jù)讓學(xué)生真實地感受到硝酸是可以分解，但是分解的速率還是比較緩慢。

4. 借助數(shù)據(jù)，體會化學(xué)中的“多強”

化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是舊鍵的斷裂與新鍵的形成。一般來說，鍵長越短，鍵能越大，鍵越牢固，越難斷裂，物質(zhì)越穩(wěn)定。鍵長、鍵能是表示了“多強”的一種數(shù)據(jù)，它們可以幫助學(xué)生理解相同類型鍵的不同物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)活性的不同，或相同原子間形成的不同類型鍵使得物質(zhì)之間性質(zhì)的不同，同時也能讓學(xué)生通過這些確切的數(shù)據(jù)理解某些有機物的真實結(jié)構(gòu)。以“苯環(huán)結(jié)構(gòu)的確定”為例。

對于現(xiàn)在仍然采用凱庫勒式的苯環(huán)結(jié)構(gòu)，剛開始接觸這一新知識時學(xué)生很難理解為什么結(jié)構(gòu)中表示出了單雙建交替出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)，可是卻偏偏強調(diào)苯環(huán)中的六個碳碳鍵都是等價的。如果在教學(xué)中通過對比：C—C鍵長0.154nm， C=C鍵長0.134nm，苯環(huán)中的碳碳鍵長都相等為0.140nm，C—C鍵能332kJ/mol， C=C鍵能611kJ/mol，苯環(huán)中的碳碳鍵鍵能介于332～611kJ/mol之間，由此可推知苯環(huán)中的碳碳鍵不同于一般的C—C鍵和C=C鍵，而是介于兩者之間的一種獨特的鍵，且6個碳碳鍵完全等價，這種特殊的結(jié)構(gòu)就是苯環(huán)結(jié)構(gòu)。

通過以上教學(xué)案例可以發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)能幫助教師更好地說明物質(zhì)的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、用途，使得教學(xué)內(nèi)容有理有據(jù)，理論和實際并舉、互補，滿足學(xué)生的好奇心和求知欲。必修教材中有很多關(guān)于物質(zhì)含量的樹狀圖，如蘇教版必修1 第40頁圖2-1“每千克海水中幾種氯化物的含量”、第69頁圖3-9“一些金屬元素在地殼中的含量”等，這些樹狀圖中的數(shù)據(jù)能準確地說明物產(chǎn)資源的多寡、物資的消耗和應(yīng)用，引發(fā)學(xué)生或驚或喜等情感，有利于培養(yǎng)學(xué)生對資源開發(fā)、利用、保護的意識，激勵學(xué)生探索科學(xué)的熱情，樹立遠大的志向和社會責(zé)任感，[4]無形中將情感態(tài)度價值觀的目標滲透在課堂教學(xué)中。把數(shù)據(jù)恰當(dāng)充分地應(yīng)用到化學(xué)教學(xué) 中，在培養(yǎng)學(xué)生對化學(xué)知識的理解、解決化學(xué)問題的能力、知識遷移的能力和創(chuàng)新思維等多方面有重要作用。

參考文獻

[1] 劉忠英.芻議化學(xué)教學(xué)中的比喻藝術(shù)化學(xué)教學(xué)[J].化學(xué)教學(xué). 2015（3）：15

[2] 劉紅.“數(shù)據(jù)-理論-觀測-現(xiàn)象”四元論[J].自然辯證法研究，2014，（2）：95

[3] 房壽高.硝酸受熱分解實驗的簡易化改進[J].化學(xué)教學(xué). 2015（3）

[4] 宋志貴.廣泛利用數(shù)據(jù) 搞好中學(xué)化學(xué)教學(xué)[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，1996（5）：14