對高中化學(xué)教材中“物質(zhì)的量”內(nèi)容的編寫建議

摘要： 基于對中學(xué)“物質(zhì)的量”內(nèi)容編寫與教學(xué)中存在的種種問題的分析，建議在高中化學(xué)教材中使用一種全新的“物質(zhì)的量”的編寫方案。對全新“物質(zhì)的量”編寫方案提出建議，并附加一些說明。

關(guān)鍵詞： 物質(zhì)的量; 摩爾; 阿伏伽德羅常數(shù); 教材編寫

文章編號： 10056629（2019）10009107中圖分類號： G633.8文獻標識碼： B

1 問題的提出

1.1 中學(xué)化學(xué)教材“物質(zhì)的量”概念很不統(tǒng)一

由表1可以看出，中學(xué)化學(xué)教材中的“物質(zhì)的量”的概念很不統(tǒng)一，就是同一版本，如江蘇教育版，其不同時期的“物質(zhì)的量”的概念也很不統(tǒng)一。山東科技版雖只有一種形式，但明顯存在一些問題： （1）“拗口難懂”[4];（2）基本物理量用非基本物理量（微粒數(shù)目，符號為N）來定義不妥;（3）物質(zhì)的量可以衡量“所有微粒”，而概念中只是衡量“其他微粒”。

1.2 中學(xué)化學(xué)教材“摩爾”的定義雜亂不一

由表2可以看出，中學(xué)化學(xué)教材中摩爾的定義雜亂不一，這給中學(xué)化學(xué)“摩爾”教學(xué)造成了許多障礙：

（1） 有時用“0.012kg C12中所含的原子數(shù)”，有時用“阿伏伽德羅常數(shù)”，有時用“6.02×1023”，有時用“約6.02×1023”（引自現(xiàn)代漢語詞典第6版“摩”條目），使得教學(xué)無所適從。

（2） 有時用“某種微粒集合體”，有時用“集合體”，有時用“任何微?！保袝r前面用“粒子集體”，后面用“任何粒子集合體”，有時前面用“任何粒子”，后面用“任何粒子集體”，有時前面用“粒子”，后面用“粒子集合體”，使得教學(xué)費時費力。

（3） 摩爾的定義中用“微粒數(shù)”“粒子數(shù)”“粒子數(shù)目”“數(shù)目”，其他一些地方用“粒子的數(shù)目”“微粒的數(shù)目”“微粒數(shù)目”“微觀粒子的數(shù)量”“微觀粒子數(shù)目”“微粒的數(shù)量”“微粒個數(shù)”“微觀數(shù)目”，給教學(xué)帶來不少的煩惱與困惑。比如： ①“微粒數(shù)”是一個物理量，在教材不斷“強調(diào)‘物質(zhì)的量是一個基本物理量，四個字是一個整體，不能拆開理解，也不能壓縮為‘物質(zhì)量”[5]的背景下，其有這么多不同表述著實令人煩惱。②“微粒個數(shù)→從微粒的角度認識一定物質(zhì)的量的物質(zhì)”[6]，“就以上定量關(guān)系中，‘質(zhì)量與‘微粒的關(guān)系，是我們研究化學(xué)的人們最為關(guān)心的問題”[7]。這些表述是“從微粒的角度”還是“從微粒個數(shù)的角度”？是“質(zhì)量”與“微?！钡年P(guān)系還是“質(zhì)量”與“微粒個數(shù)”的定量關(guān)系？我們都感到很困惑。

1.6 “物質(zhì)的量在化學(xué)方程式計算中的應(yīng)用”及其相關(guān)內(nèi)容編寫存在問題

（1）從前后知識的銜接角度審視，存在銜接問題;（2）從知識的掌握與技能形成的角度審視，存在綜合性強問題。具體存在的問題詳見李順友老師在《化學(xué)教育》上發(fā)表的專論[30]。

1.7 “物質(zhì)的量在化學(xué)式計算中的應(yīng)用”教材編寫與教師教學(xué)中存在的問題

1.7.1 教材編寫方面存在的問題

教材編寫沒有足夠重視物質(zhì)的量應(yīng)用于化學(xué)式的計算。其主要的表現(xiàn)為： （1）“物質(zhì)的量在化學(xué)式計算中的應(yīng)用”新舊人教版化學(xué)教材都做了隱性的處理，導(dǎo)致學(xué)生對物質(zhì)的量應(yīng)用于化學(xué)式的計算內(nèi)容認識模糊、膚淺[31]。（2）蘇教版化學(xué)教材凸顯了結(jié)論粒子個數(shù)之比等于物質(zhì)的量之比在化學(xué)式計算中的應(yīng)用，但沒有凸顯結(jié)論粒子個數(shù)之比等于物質(zhì)的量之比的形成過程;魯科版化學(xué)教材凸顯了結(jié)論粒子個數(shù)之比等于物質(zhì)的量之比的形成過程，但沒有凸顯結(jié)論粒子個數(shù)之比等于物質(zhì)的量之比在化學(xué)式計算中的應(yīng)用。（3）對本節(jié)（魯科版第3節(jié)“化學(xué)中常用的物理量——物質(zhì)的量”）的教學(xué)，建議從兩個方面進行概括與整合： 一是以物質(zhì)的量為核心的各物理量之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系;另一個是運用物質(zhì)的量的視角來認識化學(xué)反應(yīng)[32]。卻沒有與“物質(zhì)的量應(yīng)用于化學(xué)方程式中的計算”同等重要的“物質(zhì)的量應(yīng)用于化學(xué)式的計算”[33]的概括與整合。（4）人教版教材計算題（隸屬于“物質(zhì)的量在化學(xué)方程式計算中的應(yīng)用”）： 中和0.1mol NaOH需要多少摩H2SO4？其規(guī)范的解題格式要求為[34～35]： ①設(shè)未知量;②寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式;③在化學(xué)方程式的下面寫出相關(guān)物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)以及已知量、未知量;④列出比例式，求解;⑤簡明地寫出答案。但人教版教材這一道計算例題[36]（隸屬于“物質(zhì)的量在化學(xué)式計算中的應(yīng)用”）： 71g Na2SO4中含有Na+和SO2-4的物質(zhì)的量各是多少？其解題的格式顯然是不夠規(guī)范： 從Na2SO4的物質(zhì)的量到Na+和SO2-4的物質(zhì)的量只有結(jié)論沒有過程。

1.7.2 教師教學(xué)方面存在的問題

經(jīng)歸納后得出問題主要有[37]： （1）物質(zhì)的量應(yīng)用于化學(xué)式計算的教學(xué)隱性化。很多教師把物質(zhì)的量應(yīng)用于化學(xué)式的計算教學(xué)，與物質(zhì)的量與粒子數(shù)的換算教學(xué)混雜在一起，并隱藏于其中，導(dǎo)致為形成物質(zhì)的量與粒子數(shù)換算公式所舉的例證類型不單一，嚴重干擾了物質(zhì)的量與粒子數(shù)換算公式的自然生成。（2）忽視結(jié)論的形成教學(xué)。有的教師把由物質(zhì)的量與微粒個數(shù)的換算公式推導(dǎo)出的粒子個數(shù)之比等于物質(zhì)的量之比（同種粒子），直接用于化學(xué)式的計算（不同粒子之間），學(xué)生感到非常突兀。缺失結(jié)論粒子個數(shù)之比等于物質(zhì)的量之比的形成教學(xué)。

1.8 “橋梁說”不利于教師的教與學(xué)生的學(xué)

中學(xué)“摩爾”教學(xué)常出現(xiàn)“橋梁說”（見三種版本高中化學(xué)教材和表4）。這些“橋梁說”紛繁復(fù)雜，令人眼花繚亂。這些“橋梁說”，學(xué)生根本無法理解是什么意思，龍琪[46]、鐘志健[47]也持有類似的看法。這些“橋梁說”還衍生出很多的疑問，使師生難以解答。比如： （1）能說“每摩爾”是聯(lián)系微觀和宏觀的橋梁嗎？（2）阿伏伽德羅常數(shù)和物質(zhì)的量自身是微觀量還是宏觀量？沈乃澂[48]認為物質(zhì)的量是微觀量，高中教輔書[49]認為物質(zhì)的量是宏觀量，他們中誰對？（3）龍琪、顏建河的表述中說： 質(zhì)量、體積是宏觀物理量。這種表述對嗎？（高中物理教材有表述“分子質(zhì)量、分子體積等微觀物理量”）（4）“橋梁說”一端有的為“粒子數(shù)”，有的為“微觀粒子”，它們都對嗎？（5）用油膜法估測分子大小是由宏觀量去計算微觀量的計算[50]，“金鋼石的體積=碳原子數(shù)×一個碳原子的體積[51]”是由微觀量去計算宏觀量的計算，這些計算不需要用到阿伏伽德羅常數(shù)，為何在同一本物理教學(xué)用書上卻說“由宏觀量去計算微觀量，或由微觀量計算宏觀量，都要通過阿伏伽德羅常數(shù)建立聯(lián)系”？若“由宏觀量去計算微觀量，或由微觀量計算宏觀量，都要通過阿伏伽德羅常數(shù)建立聯(lián)系”這個因不成立，哪又何來后面“阿伏伽德羅常數(shù)是聯(lián)系宏觀量與微觀量的橋梁”這個果？

2 對高中化學(xué)教材中“物質(zhì)的量”內(nèi)容的編寫建議

為從根本上解決上述問題，筆者建議在高中化學(xué)教材中引入一種全新的“物質(zhì)的量”的編寫方案。這個編寫方案具體如下。

一、 物質(zhì)的量

在物理學(xué)中，我們學(xué)習(xí)了質(zhì)量、密度、比熱容、熱力學(xué)溫度、電流、功等量，現(xiàn)在我們來學(xué)習(xí)在化學(xué)中常用的一個量——物質(zhì)的量。物質(zhì)的量這名稱是從英文amount of substance翻譯而來的，它是一個整體，不可拆分或簡化表示。

1. 物質(zhì)的量及其單位

物質(zhì)的量表示宏觀物質(zhì)所含微觀粒子的多少，符號用n表示。

在國際單位制中，物質(zhì)的量的基本單位是摩爾（mole），簡稱摩，符號是mol。物質(zhì)的量單位還有千摩（kmol）、毫摩（mmol）等，它們之間的關(guān)系是： 1kmol=1000mol， 1mol=1000mmol。

第三，上世紀九十年代前，“阿伏伽德羅常數(shù)的符號為L、NA，而通常使用L”[53]。

（3） 初中階段物理教材（G=mg）沒有編寫“重力加速度”這個名詞，筆者受此啟發(fā)，故所建議的方案中沒有編寫“阿伏伽德羅常數(shù)”這個名詞。如果確實要編寫“阿伏伽德羅常數(shù)”這個名詞，建議在教師教學(xué)用書中這樣來呈現(xiàn)：“阿伏伽德羅常數(shù)按下式來定義： N/L=n。 其中N是微粒數(shù)，n是物質(zhì)的量，L是阿伏伽德羅常數(shù)。 L=6.02214076×1023mol-1。”

（4） 建議的方案摒棄了“橋梁說”。沒有“橋梁說”，教師就沒有“為使學(xué)生理解‘用物質(zhì)的量這個物理量把一定數(shù)目的原子、離子或分子等微觀粒子與可稱量的物質(zhì)聯(lián)系起來這句話”[54]的教學(xué)苦惱，學(xué)生就沒有“學(xué)習(xí)‘物質(zhì)的量的困難主要來自于對‘微觀與宏觀之間的橋梁的不理解”[55]的學(xué)習(xí)障礙。

（5） 將“物質(zhì)的量在化學(xué)式計算中的應(yīng)用教學(xué)”從“物質(zhì)的量與微粒個數(shù)的換算教學(xué)”剝離出來，以標題“物質(zhì)組成的定量認識”單列顯性編寫，并與標題“化學(xué)反應(yīng)的定量認識”放在一起討論，可有效抑制或消除前文所述的一些問題，更為重要的是，“物質(zhì)組成的定量認識”與“化學(xué)反應(yīng)的定量認識”的相似性，比“物質(zhì)的量在化學(xué)式計算中的應(yīng)用教學(xué)（物質(zhì)組成的定量認識）”與“物質(zhì)的量與微粒個數(shù)的換算教學(xué)”的相似性大，二者并列放在一起，分類更加科學(xué)合理。這樣的編寫處理，原來在教學(xué)中遇到的一些尷尬的問題（如[56]： 學(xué)習(xí)中期計算1mol H2與足量的O2完全反應(yīng)生成水的質(zhì)量，多數(shù)學(xué)生不是先計算1mol H2與足量的O2反應(yīng)生成1mol H2O，最后將1mol H2O轉(zhuǎn)換成質(zhì)量，而是頑固地把1mol H2先換算成質(zhì)量，再回到初中的根據(jù)質(zhì)量由化學(xué)方程式來計算水的質(zhì)量），也可以得到很好的解決。

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