數(shù)學(xué)思想在高中化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

趙娜

摘 要 在高中化學(xué)解題中運(yùn)用數(shù)學(xué)思想，不僅能使學(xué)生突破感官和時(shí)空的局限，充分發(fā)揮學(xué)生的推理、想象的能力，還可以開闊學(xué)生的思維領(lǐng)域，從而提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

關(guān)鍵詞 數(shù)學(xué)思想 高中 化學(xué)教學(xué)

中圖分類號：G632.479 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

《2018年普通高等學(xué)校招生全國統(tǒng)一考試大綱――化學(xué)》對學(xué)習(xí)能力的要求部分提出：“將分析和解決問題的過程和成果，能正確的運(yùn)用化學(xué)術(shù)語及文字、圖標(biāo)、模型、圖形等進(jìn)行表達(dá)，并作出合理解釋?！逼鋵?shí)，高考考試大綱要求的這種解題思想就是數(shù)學(xué)思想的應(yīng)用。

數(shù)學(xué)之美在于它的優(yōu)美、邏輯的嚴(yán)謹(jǐn)性。具體問題在經(jīng)過了數(shù)學(xué)的嚴(yán)密論證后，其結(jié)果就是令人信服的。作為一門基礎(chǔ)工具學(xué)科，數(shù)學(xué)在化學(xué)的教學(xué)中有著直接的應(yīng)用。若能利用好數(shù)學(xué)工具，不論對教師的教學(xué)研究，還是對學(xué)生在化學(xué)問題的鉆研，都將是一個(gè)很大的幫助。

“數(shù)學(xué)是眾多門類科學(xué)的工具。數(shù)學(xué)進(jìn)入某一學(xué)科，就意味這門學(xué)科從定性發(fā)展到定量階段，意味著這門學(xué)科的成熟，化學(xué)學(xué)科就是這樣的。將化學(xué)問題抽象成數(shù)學(xué)問題，是思維的一種提升，因而這也是一種深層次的思維能力。數(shù)學(xué)做為現(xiàn)代化學(xué)中非常重要的工具學(xué)科。將化學(xué)問題抽象成數(shù)學(xué)問題，是思維的一種飛躍，因而這也是一種高層次的思維能力。

歷年高考化學(xué)試題對化學(xué)計(jì)算都給予了極高的重視程度。一些化學(xué)計(jì)算的設(shè)置是為了考查考生思維的敏捷性，一些則是為了考查考生的思維過程和全面的思維能力。高考的化學(xué)試卷中有些計(jì)算題是典型的拉分題，一部分考生不能做對，只好放棄，其主要原因之一就是因?yàn)槌橄蟮臄?shù)學(xué)思維能力?！?/p>

數(shù)學(xué)思想應(yīng)用于高中化學(xué)解題中的主要作用是：（1）有利于學(xué)生形成和理解抽象的化學(xué)概念；（2）有利于學(xué)生建立反應(yīng)模型，理解反應(yīng)實(shí)質(zhì)；（3）有利于學(xué)生假設(shè)體系模型，降低解題難度；（4）有利于學(xué)生利用數(shù)學(xué)模型，解決化學(xué)問題。

1有助于學(xué)生形成和理解抽象的化學(xué)概念

在學(xué)習(xí)“化學(xué)平衡”概念的建立過程。課前請學(xué)生做家庭實(shí)驗(yàn)并思考產(chǎn)生現(xiàn)象的原因：將雕刻成球型的冰糖放在蔗糖飽和溶液中，并把裝置放在冰箱冷藏柜里，一段時(shí)間后，觀察小球的質(zhì)量和形狀有無變化？學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（質(zhì)量不變，形狀有所改變）和已有的溶解平衡概念，進(jìn)行如下分析、推理：

通過遷移建立起了“化學(xué)平衡”概念，使枯燥的、抽象的概念變得直觀、具體了，使學(xué)生不但能認(rèn)識概念的內(nèi)涵，而且能理解概念的本質(zhì)。許多化學(xué)概念、物質(zhì)性質(zhì)都可以在數(shù)學(xué)建模思想的引領(lǐng)下，通過聯(lián)想、遷移、類比、推理等思維方式建立。

2有助于學(xué)生建立反應(yīng)模型，理解反應(yīng)實(shí)質(zhì)

在學(xué)習(xí)有機(jī)化合物部分，化學(xué)反應(yīng)種類繁雜，學(xué)生記憶起來比較困難。如果在教學(xué)中概括出各類反應(yīng)的反應(yīng)類型，這樣就能使復(fù)雜的問題簡單化。臂如在復(fù)習(xí)“取代反應(yīng)”中，可以通過具體的化學(xué)方程式概括出反應(yīng)模型。

從具體的“取代反應(yīng)”中，尋找反應(yīng)機(jī)理，最終得到“取代反應(yīng)”的一般規(guī)律。即培養(yǎng)了學(xué)生的概括能力，也讓學(xué)生在較高層次上理解了反應(yīng)的實(shí)質(zhì)， 進(jìn)一步提高了靈活運(yùn)用知識的能力。

3有助于學(xué)生假設(shè)模型，降低解題難度

針對一部分化學(xué)習(xí)題比較抽象，當(dāng)用常規(guī)方法解決時(shí)，非常困難。在數(shù)學(xué)建模思想下，將問題分解并假設(shè)為幾個(gè)變化的體系模型，用理想化了的模型揭示在表面現(xiàn)象掩蓋下的化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)，問題就迎刃而解了。

例如：恒溫恒壓下，某容積可變的容器中，反應(yīng)2NO2（g）=N2O4（g）達(dá)到平衡后，再向容器內(nèi)通入一定量NO2，又達(dá)到平衡時(shí)，N2O4的體積分?jǐn)?shù)（ ）

A. 不變 B. 增大 C. 減小 D. 無法判斷

在解題中如果按照常規(guī)思維，容器容積改變，氣體濃度改變，分子數(shù)目也改變，就會(huì)誤選D選項(xiàng)。

若根據(jù)數(shù)學(xué)建模思想，轉(zhuǎn)變思維方式，變換思維角度，能把此問題分解并假設(shè)為幾個(gè)變化的體系模型，解題就方便了。

4有助于學(xué)生利用數(shù)學(xué)模型，解決化學(xué)問題

數(shù)學(xué)是創(chuàng)建思維的工具，很多化學(xué)問題需要用數(shù)學(xué)知識、數(shù)學(xué)方法或數(shù)學(xué)模型來解決。運(yùn)用數(shù)學(xué)模型解化學(xué)問題的基本思路是：明確化學(xué)問題中各知識點(diǎn)間聯(lián)系→挖掘各化學(xué)知識點(diǎn)之間的變量規(guī)律，應(yīng)用化學(xué)原理建立化學(xué)模型→應(yīng)用數(shù)學(xué)方法對化學(xué)模型進(jìn)行處理，建立適創(chuàng)合理的數(shù)學(xué)模型→應(yīng)用數(shù)學(xué)模型和化學(xué)規(guī)律解答化學(xué)問題。在高中化學(xué)教學(xué)中，數(shù)學(xué)的模型幫助化學(xué)處理問題主要表現(xiàn)為：分類討論的思想，轉(zhuǎn)化與化歸的思想，數(shù)形結(jié)合的思想，函數(shù)與方程的思想。應(yīng)用這些思想解決化學(xué)問題的技巧有：極值法、十字交叉法、平均值法、方程法、幾何法、排列組合法、圖像法、數(shù)軸法、數(shù)列法、數(shù)學(xué)歸納法、中間值法、不等式法、不定方程法、待定系數(shù)法等。

將化學(xué)中的實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型，轉(zhuǎn)化過程中，需要進(jìn)行一系列的觀察、分析與綜合等思維活動(dòng)，不但加強(qiáng)了學(xué)科間的聯(lián)系互動(dòng)，而且提高了學(xué)生的抽象思維能力。

所以在高中化學(xué)解題中運(yùn)用數(shù)學(xué)建模思想，不僅能讓學(xué)生突破感官和時(shí)空的局限，也發(fā)揮出學(xué)生的想象和推理能力，并且還可以拓寬學(xué)生的思維聯(lián)想領(lǐng)域，從而提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和綜合解決問題的能力。

參考資料

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