高中化學(xué)教學(xué)中學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)初探

林世進(jìn)

[摘 ? 要]化學(xué)計(jì)算能力偏弱是高中生普遍存在的問題，其原因在于教師對(duì)學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)意識(shí)不足。針對(duì)這一問題，提出注重核心概念、符號(hào)表征、圖表功能及守恒觀念等四個(gè)方面的教學(xué)策略，以提升學(xué)生的定量思維和“巧算”素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的“數(shù)證”思維習(xí)慣和數(shù)形結(jié)合思想，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高中化學(xué)教學(xué)與數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的有效融合。

[關(guān)鍵詞]數(shù)學(xué)素養(yǎng);培養(yǎng);高中化學(xué)

[中圖分類號(hào)] ? ?G633.8 ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] ? ?A ? ? ? ?[文章編號(hào)] ? ?1674-6058（2020）32-0069-02

數(shù)學(xué)作為一門工具性學(xué)科，其重要性不言而喻，數(shù)學(xué)素養(yǎng)水平的高低影響著人的發(fā)展水平。許多國家都將數(shù)學(xué)素養(yǎng)納入本國的核心素養(yǎng)內(nèi)容中，我國也強(qiáng)調(diào)不同學(xué)科融合對(duì)學(xué)生發(fā)展的教育價(jià)值。近幾年高考化學(xué)對(duì)數(shù)學(xué)運(yùn)算與數(shù)據(jù)分析的考查量與難度在不斷加大，許多學(xué)生“談算色變”，對(duì)于涉及此類問題的試題甚至放棄解答。從學(xué)科角度上講，化學(xué)學(xué)科對(duì)數(shù)學(xué)運(yùn)算能力的要求其實(shí)并不高，但數(shù)據(jù)分析對(duì)學(xué)生的綜合能力提出了較高的要求。學(xué)生數(shù)據(jù)分析能力弱的根本原因是教師對(duì)學(xué)生融入數(shù)學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)意識(shí)不足。

一、高中化學(xué)教學(xué)中存在的問題

當(dāng)前，我國化學(xué)學(xué)科教學(xué)一般在初三年級(jí)開設(shè)，初中化學(xué)強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)性和啟蒙性，主要以物質(zhì)的定性學(xué)習(xí)為主，而高中化學(xué)則轉(zhuǎn)向了微觀與定量研究，對(duì)物質(zhì)的認(rèn)識(shí)則由原來的感性轉(zhuǎn)向理性，因此對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力有了更高的要求。不少高中化學(xué)教師缺少對(duì)初高中化學(xué)教材及學(xué)生認(rèn)知心理特點(diǎn)的差異性研究，教學(xué)中缺乏學(xué)習(xí)進(jìn)階意識(shí)，不注重學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變的過渡，隨意加大教學(xué)難度和深度[1]，這讓學(xué)生感到難以適應(yīng)而大大挫敗了其學(xué)習(xí)的信心。例如，課標(biāo)明確指出“物質(zhì)的量”教學(xué)中，只要求學(xué)生了解相關(guān)概念的含義及簡單的計(jì)算，體會(huì)定量研究對(duì)化學(xué)學(xué)科的重要作用。但許多教師在本節(jié)教學(xué)中補(bǔ)充了很多專題，恨不得把高中所有涉及計(jì)算的問題類型全部塞給學(xué)生。這種超車式教學(xué)違背了循序漸進(jìn)的認(rèn)知規(guī)律，更談不上數(shù)學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)了。

教師缺乏“大教學(xué)”觀念，對(duì)于教材的功能價(jià)值挖掘也是浮于表面。高中化學(xué)課程以主題為組織框架，共分為五大主題。教師教學(xué)時(shí)要總體把握高度，不能按“概念是概念”“理論是理論”“計(jì)算是計(jì)算”分塊教學(xué)，知識(shí)之間本來就沒有絕對(duì)的“塊別”，這種“分塊”思想太過嚴(yán)重的教學(xué)必然會(huì)割裂知識(shí)之間的聯(lián)系。例如，在“物質(zhì)的量”教學(xué)過后，教師很少再用“物質(zhì)的量”的知識(shí)讓學(xué)生定量地去分析新的知識(shí)，顯然僅僅憑“物質(zhì)的量”一節(jié)的教學(xué)是根本無法讓學(xué)生形成“定量”思想的。高中化學(xué)教材把“物質(zhì)的量”編排在高一教材的第一章，就是希望在后續(xù)的學(xué)習(xí)中學(xué)生能夠多從“量”的視角去認(rèn)識(shí)新知識(shí)，并能逐漸形成數(shù)學(xué)思維素養(yǎng)。莘贊梅老師指出：“怎么教知識(shí)，離不開對(duì)學(xué)科本質(zhì)的研究，要有系統(tǒng)的思考、整體把握教學(xué)的意識(shí)，關(guān)注知識(shí)的橫向關(guān)聯(lián)和縱向深入，這樣才能促進(jìn)學(xué)生的認(rèn)識(shí)進(jìn)階。[2]”

二、高中化學(xué)教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)的有效策略

1. 注重核心概念教學(xué)，培養(yǎng)定量思維素養(yǎng)

數(shù)學(xué)素養(yǎng)是屬于認(rèn)識(shí)論和方法論的綜合性思維，認(rèn)識(shí)論就是認(rèn)識(shí)概念，方法論是以計(jì)算的公式來模式化概念。概念是人們以詞語形式提煉出物質(zhì)的本質(zhì)屬性的思維形式，通常都比較抽象。概念教學(xué)不能只是名詞解釋，要化抽象為具體，使學(xué)生能逐步理解概念的內(nèi)涵、概念間的聯(lián)系以及運(yùn)用的注意事項(xiàng)。

“物質(zhì)的量”是貫穿整個(gè)高中化學(xué)計(jì)算、大學(xué)化學(xué)計(jì)算乃至今后一生化學(xué)計(jì)算的核心概念。對(duì)物質(zhì)的量，學(xué)生要由認(rèn)識(shí)到理解再到熟練運(yùn)用，為此教師要有放眼整個(gè)高中進(jìn)行“物質(zhì)的量”教學(xué)的意識(shí)。高一初學(xué)“物質(zhì)的量”，學(xué)生只需理解相關(guān)概念的含義及應(yīng)用的范圍，明確它是描述微觀粒子數(shù)目多少的物理量，是架構(gòu)宏觀與微觀的橋梁，計(jì)算公式為[N=n·NA]，其與質(zhì)量、體積的計(jì)算關(guān)系為[n=mM=V氣體Vm=c（B）·V]（溶液），能進(jìn)行簡單的計(jì)算和注意理解公式運(yùn)用的注意事項(xiàng);在后續(xù)的學(xué)習(xí)中再逐步運(yùn)用此概念去解釋、分析化學(xué)問題，進(jìn)而對(duì)這個(gè)抽象的概念有漸進(jìn)性的理解。例如，在元素知識(shí)的教學(xué)中，就可以多用“物質(zhì)的量”的知識(shí)讓學(xué)生定量地認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)，使學(xué)生在對(duì)概念的理解和運(yùn)用中逐步形成定量思維素養(yǎng)。

2.注重符號(hào)表征教學(xué)，培養(yǎng)“數(shù)證”思維習(xí)慣

化學(xué)符號(hào)是宏觀與微觀的聯(lián)系紐帶，也是構(gòu)建“量”的思想的重要載體，給化學(xué)學(xué)習(xí)和研究帶來了方便。正確的符號(hào)表征能夠使概念化抽象為具象，使學(xué)生更好地理解物質(zhì)微觀本質(zhì)及關(guān)聯(lián)量的遷移轉(zhuǎn)化。對(duì)于化學(xué)符號(hào)的學(xué)習(xí)，若能融合“數(shù)據(jù)分析”這一數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，將更有利于學(xué)生對(duì)化學(xué)符號(hào)的掌握和運(yùn)用。

高中生要建立平衡思想去分析理解化學(xué)反應(yīng)。由于平衡常數(shù)K作為反應(yīng)方向的判斷依據(jù)更具簡潔性和可遷移性，新課標(biāo)加強(qiáng)了平衡常數(shù)作為反應(yīng)方向判斷依據(jù)的功能，使學(xué)生能夠從量的角度去理解可逆反應(yīng)。例如，許多教師都把H2S與CuSO4溶液的反應(yīng)當(dāng)成“強(qiáng)酸制弱酸”的特例，并告知學(xué)生NH4HCO3能穩(wěn)定存在于溶液中，讓學(xué)生死記硬背。這樣的教學(xué)，顯然缺乏說服力，學(xué)生聽后依然感到茫然，無法理解。若讓學(xué)生計(jì)算這兩個(gè)反應(yīng)的平衡常數(shù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)H2S與CuSO4溶液反應(yīng)的平衡常數(shù)數(shù)量級(jí)高達(dá)1014，而NH4+與HCO3-雙水解反應(yīng)的平衡常數(shù)數(shù)量級(jí)僅為10-3，這樣便從“量”的角度為此類疑難問題的解決提供了理論依據(jù)，突破了教學(xué)難點(diǎn)。因此，教學(xué)中教師應(yīng)注重符號(hào)表征教學(xué)，加強(qiáng)學(xué)生“數(shù)證”思維習(xí)慣的培養(yǎng)，使學(xué)生在用量化思想分析解決化學(xué)問題的過程中逐漸形成數(shù)學(xué)思維素養(yǎng)。

3.注重挖掘圖表功能，培養(yǎng)數(shù)形結(jié)合思想

圖表設(shè)計(jì)有著自身的表達(dá)特性，能將對(duì)象屬性和數(shù)據(jù)更加直觀地展現(xiàn)出來。圖表在化學(xué)學(xué)科的發(fā)展中起著非常重要的作用。獲取圖表的信息并運(yùn)用化學(xué)語言去解釋化學(xué)問題，對(duì)學(xué)生的閱讀能力與信息加工能力都提出了較高的要求。近年來高考化學(xué)中涉及圖表與數(shù)據(jù)提取的題目大量增加，且經(jīng)常作為壓軸題出現(xiàn)，讓學(xué)生望而生怯。解決不好這類問題，是學(xué)生缺乏數(shù)形結(jié)合思想的反映。數(shù)形結(jié)合思想，即利用圖形展開直觀想象，利用圖形描述分析問題，也是高中數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)培養(yǎng)的基本要求之一。

這種素養(yǎng)是無法通過短時(shí)間的習(xí)題訓(xùn)練培育形成的，需要教師在教學(xué)中長期有意識(shí)地引導(dǎo)。教材中提供了很多圖表素材，以魯科版必修2《元素周期律和周期表》一節(jié)為例，教材設(shè)計(jì)了活動(dòng)探究環(huán)節(jié)，讓學(xué)生對(duì)表格進(jìn)行數(shù)據(jù)與變量分析，并繪制出原子序數(shù)與相關(guān)變量的二維坐標(biāo)圖。學(xué)生在此探究活動(dòng)中發(fā)現(xiàn)原子結(jié)構(gòu)及相關(guān)變量之間的規(guī)律性聯(lián)系，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)不同元素之間借助元素周期表的位置變量進(jìn)行相關(guān)的推理。數(shù)形結(jié)合思想的形成對(duì)發(fā)展學(xué)生的“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)也具有非常重要的意義。因此，教師要充分挖掘教材圖表教學(xué)的育人功能，鼓勵(lì)、引導(dǎo)學(xué)生從多方面、多角度去挖掘圖表中的信息，并結(jié)合有關(guān)信息拓展延伸其內(nèi)涵，使學(xué)生在活動(dòng)中逐步形成數(shù)形結(jié)合思想，發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)。

4.注重培養(yǎng)守恒觀念，發(fā)展守恒觀念與“巧算”素養(yǎng)

對(duì)于學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的形成，2017年版高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)明確提出：學(xué)生要在化學(xué)學(xué)習(xí)中建立“守恒觀”?？梢?，“守恒觀”也是學(xué)生終身學(xué)習(xí)和發(fā)展的一種必要素養(yǎng)。靈活運(yùn)用守恒法能夠提高問題解決的效率，尤其在涉及多步反應(yīng)的計(jì)算中，運(yùn)用守恒法可以提高計(jì)算技巧，使問題化繁為簡。運(yùn)算能力也是數(shù)學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的關(guān)鍵，運(yùn)算的對(duì)象越具體，運(yùn)算的法則越明晰，那么運(yùn)算的技巧將越熟練。

如高考實(shí)驗(yàn)題中對(duì)于物質(zhì)純度或產(chǎn)率等的計(jì)算，可以摒棄中間各步反應(yīng)的量變關(guān)系，牢抓原料與產(chǎn)物核心元素的“量變”關(guān)系，運(yùn)用元素守恒便可快速解答。但是學(xué)生面對(duì)這類題目時(shí)往往缺乏運(yùn)算思路，即使通過專題強(qiáng)化復(fù)習(xí)，也只是提高了解題的熟悉度，在新的情境中解題技能卻依舊無法遷移。研究表明，這是因?yàn)楦咧猩蠖鄶?shù)只具備基本的守恒知識(shí)，而化學(xué)守恒觀的發(fā)展水平是不足的，還沒能達(dá)到深入理解和自如綜合應(yīng)用的程度[4]。平時(shí)的教學(xué)中，教師要加強(qiáng)守恒觀的培育意識(shí)。例如，在N2→NO→NO2→HNO3三步變化的教學(xué)中，教師要引導(dǎo)學(xué)生展開分析，通過設(shè)置計(jì)算問題使學(xué)生理解何為原料的利用率，學(xué)會(huì)將煩瑣的多步計(jì)算用一步轉(zhuǎn)化來處理，體會(huì)運(yùn)用守恒法為計(jì)算帶來的便捷。教學(xué)中，諸如此類的教學(xué)設(shè)計(jì)可以有很多，教師要深入思考如何設(shè)置問題讓學(xué)生具體地去理解各類守恒的本質(zhì)，使學(xué)生深刻領(lǐng)會(huì)運(yùn)用守恒法解決計(jì)算問題的各種法則，并在運(yùn)用中逐步發(fā)展守恒觀念與“巧算”素養(yǎng)。

綜上，數(shù)學(xué)運(yùn)算與數(shù)據(jù)分析的考查關(guān)注點(diǎn)是學(xué)科知識(shí)的延伸性及數(shù)學(xué)思維的運(yùn)用，計(jì)算難題往往不是問題本身難以計(jì)算，而是學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)不足的表現(xiàn)，只要教師能夠認(rèn)識(shí)到數(shù)學(xué)素養(yǎng)的重要性，注重學(xué)科知識(shí)之間的相互滲透，用心思考化學(xué)課堂教學(xué)中如何有效培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)素養(yǎng)，定能實(shí)現(xiàn)學(xué)生能力素養(yǎng)的綜合提升。

[ ? 參 ? 考 ? 文 ? 獻(xiàn) ? ]

[1] ?林文興.中學(xué)生化學(xué)計(jì)算能力的進(jìn)階式培養(yǎng)策略[J] .福建基礎(chǔ)教育研究，2019（5）：115-117.

[2] ?莘贊梅.怎么教知識(shí)：從系統(tǒng)思考到認(rèn)識(shí)進(jìn)階[M].北京：北京教育出版社，2018.

[3] ?吳俊明.對(duì)化學(xué)語言及其教學(xué)的再認(rèn)識(shí)[J]. 化學(xué)教學(xué)，2015（7）：3-9.

[4] ?王禹超，王后雄.中學(xué)化學(xué)守恒觀研究現(xiàn)狀的分析與思考[J].化學(xué)教學(xué)，2019 （6）：27-32.

（責(zé)任編輯 羅 ? 艷）