“物質(zhì)的量”概念難點成因分析及教學(xué)建議

喬靜

摘要：“物質(zhì)的量”概念是高中化學(xué)的重點和難點.在高中化學(xué)教學(xué)中，教師要通過生活中的實例類比“摩爾”概念，在此基礎(chǔ)上引出“物質(zhì)的量”，將“阿伏加德羅常數(shù)”的教學(xué)延后一課時，以補充材料的形式加以介紹，化解教學(xué)難點.

關(guān)鍵詞：物質(zhì)的量 摩爾 阿伏加德羅常數(shù)

“物質(zhì)的量”是高中化學(xué)中的重要概念.它是連接微觀與宏觀、定性與定量的橋梁，貫穿于高中化學(xué)知識學(xué)習(xí)的始終.“物質(zhì)的量”概念抽象難懂，在實際教學(xué)中與“摩爾”“阿伏加德羅常數(shù)”等以概念群的形式出現(xiàn)，導(dǎo)致教師難教、學(xué)生難學(xué).

一、“物質(zhì)的量”概念成為教學(xué)難點的原因

1.“物質(zhì)的量”相關(guān)知識與技能難度較大.學(xué)習(xí)“物質(zhì)的量”，前序知識有分子、原子、質(zhì)量、碳-12原子、相對原子質(zhì)量、相對分子質(zhì)量等；并序知識有“摩爾”“阿伏加德羅常數(shù)”；后續(xù)知識有“摩爾質(zhì)量”“氣體摩爾體積及標(biāo)準(zhǔn)狀況”“物質(zhì)的量濃度”“阿伏加德羅定律”等.化學(xué)技能方面，化學(xué)式、化學(xué)方程式的書寫與計算，不僅是“物質(zhì)的量”概念學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，而且是學(xué)生深入理解概念的有效途徑.以“物質(zhì)的量”為核心的計算，是高中學(xué)習(xí)的重點和難點.與“物質(zhì)的量”相關(guān)的概念和知識抽象、難懂，教學(xué)中以概念群的形式密集出現(xiàn)，產(chǎn)生疊加效應(yīng)，加大了“物質(zhì)的量”的學(xué)習(xí)難度.

2.學(xué)生認(rèn)知能力的局限.初中階段的化學(xué)學(xué)習(xí)，是以“質(zhì)量”為核心的定量系統(tǒng)，而“物質(zhì)的量”相關(guān)概念對于高一學(xué)生來說是全新的定量系統(tǒng).“質(zhì)量”是宏觀層面的，是學(xué)生生活中經(jīng)常接觸到的物理量；“物質(zhì)的量”是微觀層面的，是一個將質(zhì)量、體積等宏觀物理量與原子數(shù)、分子數(shù)等微粒世界聯(lián)系起來的物理量，對抽象思維要求較高，認(rèn)知發(fā)展水平仍處于具體運算階段的學(xué)生很難將宏觀與微觀聯(lián)系起來.

3.教材中概念的呈現(xiàn)方式，不利于學(xué)生理解.“物質(zhì)的量”一詞在漢語的語法分析中是一個偏正短語，中心詞是“量”.究竟是什么量，是我們熟知的質(zhì)量、長度、體積嗎？概念十分模糊，在某種程度上加大了概念理解的難度.“物質(zhì)的量”對應(yīng)的英文是“amount of substance”，中心詞是“amount”意為“數(shù)量、總數(shù)、總額”.在英語中“物質(zhì)的量”的意義是明確的，就是指的數(shù)量.而在翻譯過程中，直接譯為“量”，給學(xué)生理解概念造成了困難.

二、“物質(zhì)的量”概念的教學(xué)建議

人教版高中化學(xué)必修1呈現(xiàn)“物質(zhì)的量”概念群的順序是，先介紹“物質(zhì)的量”，而“摩爾”是作為“物質(zhì)的量”的單位被直接引出的，阿伏加德羅常數(shù)則是解釋1mol粒子集體所含的粒子數(shù)約為6.02×1023.按照這樣的方式進行教學(xué)，無疑是生硬地將幾個概念的疊加灌輸給學(xué)生，學(xué)生很難將知識內(nèi)化，死記硬背概念成為大多數(shù)學(xué)生學(xué)習(xí)的現(xiàn)狀.這與改變過去接受式學(xué)習(xí)、死記硬背、機械訓(xùn)練，倡導(dǎo)學(xué)生主動參與、樂于探究、自主建構(gòu)的新課程理念背道而馳.筆者建議應(yīng)由較好理解的“摩爾”引出“物質(zhì)的量”概念，淡化并延后“阿伏加德羅常數(shù)”的教學(xué).具體教學(xué)過程如下.

1.情境創(chuàng)設(shè).教師播放《曹沖稱象》的 Flash短片，引導(dǎo)學(xué)生思考：這個故事中主人公曹沖是如何聰明地化解生活中的一些難題，主要利用了什么思想？學(xué)生分析之后得出結(jié)論：化整為零的思想.教師小結(jié)：曹沖就是將難以稱量的大象重量轉(zhuǎn)化為相對較小的可稱量的石頭的重量，化整為零進行稱量的.教師再引導(dǎo)學(xué)生思考：我們能不能用手中的直尺測量出一張紙的厚度呢？學(xué)生：當(dāng)然不能，直尺的精確度不夠.教師追問：如何破解這個難題？（進一步激化矛盾）學(xué)生：我們可以測量出整十張、整百張紙的厚度，然后除以紙張數(shù)……教師追問：在這個過程中，利用了什么思想？（化零為整思想呼之欲出，為“物質(zhì)的量”概念的理解掃清了障礙）

2.類比“摩爾”概念.“曹沖稱象”的思想是化整為零，而我們測量一張紙的厚度是利用化零為整的思想.我們不是直接測量一張紙的厚度，而是把一定數(shù)量的紙變?yōu)橐粋€“集合體”后再測量……其實，我們生活中經(jīng)常使用很多這樣類似的集合體名詞，如一雙（2個）襪子、一打（12個）雞蛋、一筐石頭、一包餐巾紙、一火車皮物資等.“集合體”在生活中時常使用，給我們的計數(shù)帶來了便利.化學(xué)是在分子、原子層面上進行的研究，我們知道分子和原子都是非常微小的，肉眼是無法辨別的.PPT展示：人教版初中化學(xué)教材“分子和原子”中的部分內(nèi)容：1個水分子的質(zhì)量約是3×10-26kg，1滴水中大約有1.67×1021個水分子.如果10億人來數(shù)一滴水中的水分子，每人每分鐘數(shù)100個，日夜不停，需要3萬年才能數(shù)完.由此可見，原子、分子等微粒的數(shù)目是巨大的，在計數(shù)過程中一個一個數(shù)是不可取的.那么，是否可以利用“集合體”的形式來表示呢？（此時，引出“摩爾”的概念水到渠成.）因此，在化學(xué)上引入“摩爾”概念，我們將“0.012kg 12C 中所含的碳原子數(shù)”這個集合體規(guī)定為1 mol，通過精密的計算約為6.02×1023，稱為阿伏加德羅常數(shù)（這里可以淡化阿伏加德羅常數(shù)的介紹，以突出“摩爾”概念的教學(xué)）.

3.引出“物質(zhì)的量”概念.在理解了“摩爾”是表示物質(zhì)微粒個數(shù)的單位，對“物質(zhì)的量”即物質(zhì)所包含微粒的數(shù)量的理解便迎刃而解.需要注意的是，“物質(zhì)的量”僅是對于微觀粒子而言的，不能表示宏觀物質(zhì).

4.“阿伏加德羅常數(shù)”教學(xué).“阿伏加德羅常數(shù)”是學(xué)生理解的難點，給“摩爾”和“物質(zhì)的量”的學(xué)習(xí)帶來了障礙.實際上，教材中回避使用“阿伏加德羅常數(shù)”，并不會影響學(xué)生對粒子集合體的理解.回避或延后“阿伏加德羅常數(shù)”概念的教學(xué)，能夠降低“物質(zhì)的量”概念群的理解難度.可以將其延后一個課時，以補充材料的形式對“阿伏加德羅常數(shù)”進行講解.補充材料：阿伏加德羅，意大利化學(xué)家，在化學(xué)上的重大貢獻是建立分子學(xué)說，這在化學(xué)史上具有里程碑的意義.阿伏加德羅于1811年提出分子假說，由于當(dāng)時學(xué)術(shù)權(quán)威的反對，致使這一光輝成就埋沒近半個世紀(jì)，在他生前未能使該學(xué)說取得化學(xué)界的公認(rèn).直到 1860 年，阿伏加德羅的學(xué)生康尼查羅將老師的分子假說在德國卡爾斯魯厄歐洲化學(xué)家學(xué)術(shù)討論會上大力宣傳，才引起著名化學(xué)家邁爾等的注意和承認(rèn).之后，阿伏加德羅分子學(xué)說才被化學(xué)界所接受.如今，阿伏加德羅提出的同溫同壓下同體積氣體有同數(shù)個分子已被實驗證實，被稱為阿伏加德羅定律.現(xiàn)在，1摩爾物質(zhì)所含的分子數(shù)量已被測定約為6.02×1023.為了紀(jì)念阿伏加德羅的偉大功績，被命名為阿伏加德羅常數(shù).它是自然科學(xué)中的基本常數(shù)之一.歷史上測定阿伏加德羅常數(shù)的具體數(shù)值的方法有單分子油膜法、電解法、量氣法.即使在當(dāng)下，阿伏加德羅常數(shù)具體數(shù)值的測定仍是現(xiàn)代計量學(xué)的前沿課題.

總之，“物質(zhì)的量”概念是高中化學(xué)教學(xué)的重點和難點.在高中化學(xué)教學(xué)中，教師要通過生活中的實例類比“摩爾”概念，在此基礎(chǔ)上引出“物質(zhì)的量”，將“阿伏加德羅常數(shù)”的教學(xué)延后一課時，以補充材料的形式加以介紹，化解教學(xué)難點，幫助學(xué)生理解和學(xué)習(xí)“物質(zhì)的量”概念群.

參考文獻

龍琪.“摩爾”概念難點成因及化解策略[J].化學(xué)教學(xué)，2015（4）.

龍琪.關(guān)于“阿伏加德羅常數(shù)”的歷史考量.化學(xué)教育，2015（17）.