建構(gòu)思維模型，進(jìn)行初中化學(xué)溶液的綜合計(jì)算的教學(xué)

劉慶華

摘要：針對(duì)初中化學(xué)溶液的綜合計(jì)算的教學(xué)中忽略知識(shí)之間的關(guān)聯(lián)性、系統(tǒng)性，盲目進(jìn)行機(jī)械訓(xùn)練的應(yīng)試教學(xué)現(xiàn)狀，探討通過呈現(xiàn)問題、追根溯源、流程導(dǎo)圖等分析推理，解決學(xué)生綜合計(jì)算的學(xué)習(xí)困難。數(shù)據(jù)對(duì)比表明，建構(gòu)思維模型，進(jìn)行初中化學(xué)計(jì)算的教學(xué)，增進(jìn)了學(xué)生的計(jì)算理解、發(fā)展了學(xué)生的深度思維、增強(qiáng)了學(xué)生問題解決的能力。

關(guān)鍵詞：綜合計(jì)算;模型建構(gòu);教學(xué)策略

文章編號(hào)：1008-0546（2022）06x-0012-05?? 中圖分類號(hào)：G632.41?? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.06x.003

化學(xué)計(jì)算是初中化學(xué)教學(xué)的重要組成部分，是學(xué)生理解、鞏固、應(yīng)用知識(shí)的基本途徑，是形成技能、發(fā)展智力、培養(yǎng)能力的重要手段[1]。初中化學(xué)計(jì)算的類型包括化學(xué)式計(jì)算、化合價(jià)計(jì)算、化學(xué)方程式計(jì)算、含雜問題的計(jì)算、溶液的有關(guān)計(jì)算以及利用質(zhì)量守恒定律的計(jì)算等。而溶液的綜合計(jì)算則往往是由以上幾個(gè)簡(jiǎn)單化學(xué)基本計(jì)算融合而成，具有綜合性強(qiáng)、思維容量大等特點(diǎn)，能全面考查學(xué)生的邏輯推理、綜合分析能力，真正達(dá)到考知識(shí)、考能力、考素養(yǎng)的要求，是天津市歷年中考必考題，分值為6分。天津市濱海新區(qū)近幾年的中考數(shù)據(jù)顯示：學(xué)生溶液的綜合計(jì)算的得分率在60%左右，遠(yuǎn)低于整套試卷的平均得分率。為此，筆者對(duì)天津市濱海新區(qū)初中化學(xué)溶液的綜合計(jì)算的教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查分析，針對(duì)教學(xué)中出現(xiàn)的問題，回歸化學(xué)計(jì)算的本質(zhì)，用數(shù)學(xué)的方法處理物質(zhì)的性質(zhì)和變化規(guī)律，通過證據(jù)推理對(duì)變化中蘊(yùn)含的定量關(guān)系進(jìn)行模型建構(gòu)。

一、溶液的綜合計(jì)算教學(xué)現(xiàn)狀分析

溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算是初中化學(xué)的重要內(nèi)容，包括單一溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、溶液的稀釋、化學(xué)反應(yīng)后溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)等問題。后者是化學(xué)反應(yīng)、化學(xué)方程式、質(zhì)量守恒定律、溶液、溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)等多方面知識(shí)的綜合，可稱之為涉及化學(xué)反應(yīng)的溶液的綜合計(jì)算[2]，本文簡(jiǎn)稱為溶液的綜合計(jì)算。

1.教師層面

通過多次下校聽課、教師訪談、學(xué)科教研可以發(fā)現(xiàn)，多數(shù)教師在進(jìn)行溶液的綜合計(jì)算教學(xué)中采取了相似的教學(xué)方法和教學(xué)思路：

（1）例題講解——根據(jù)問題逆推，通過公式引領(lǐng)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的代入和求解，提醒學(xué)生注意雙溶質(zhì)問題。

（2）重點(diǎn)突破——利用質(zhì)量守恒定律計(jì)算反應(yīng)前或反應(yīng)后溶液的質(zhì)量，總結(jié)公式m（溶液，后）=m（所有，前）-m（非溶液，后）。

（3）反復(fù)操練——針對(duì)各種不同信息條件的習(xí)題進(jìn)行強(qiáng)化練習(xí)。

2.學(xué)生層面

在調(diào)查中，對(duì)學(xué)生的課堂表現(xiàn)和練習(xí)中暴露的問題進(jìn)行了匯總：

（1）基礎(chǔ)較差的學(xué)生看到題目信息復(fù)雜，因讀不懂題意就望而卻步根本不做。

（2）中等生能夠模仿教師的解題步驟，但并不能完全理解題目中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系，因此當(dāng)題目信息稍做變化時(shí)就不知所措。

（3）領(lǐng)悟力較強(qiáng)的優(yōu)等生能夠理清題目中的各種物質(zhì)關(guān)系，形成解題思路，但往往因?yàn)楹雎砸恍┘?xì)節(jié)信息而出錯(cuò)。

究其原因，其中一個(gè)重要的方面是在綜合計(jì)算的教學(xué)中，教師往往把著眼點(diǎn)放在對(duì)所求問題的局部分析和計(jì)算難點(diǎn)的局部突破，而非站在學(xué)科的整體性角度系統(tǒng)地分析各部分知識(shí)之間的內(nèi)在聯(lián)系，建構(gòu)模型，進(jìn)行舉一反三的應(yīng)用。這種忽略知識(shí)之間的關(guān)聯(lián)性、系統(tǒng)性的應(yīng)試教學(xué)方法常常會(huì)“欲速則不達(dá)”，使學(xué)生“只見樹木不見森林”，很難真正提高學(xué)生的綜合能力。另外，在一些教師的教學(xué)過程中，往往只把“化學(xué)綜合計(jì)算”作為一項(xiàng)基本技能，過于程式化，片面強(qiáng)調(diào)對(duì)做題步驟的模仿和反復(fù)練習(xí)，結(jié)果學(xué)生熟記概念、死套公式，只是一種暫時(shí)性熟練，對(duì)學(xué)科概念、反應(yīng)原理的本質(zhì)及其表征不能深刻理解，更不能讓學(xué)生習(xí)得解題能力?！敖忸}”并不等于“做題”，在字典中“解”的含義是“領(lǐng)會(huì)、覺悟”，而“做”只是簡(jiǎn)單地“從事某種工作或活動(dòng)”。因此，為了使學(xué)生真正領(lǐng)悟化學(xué)綜合計(jì)算題中各部分知識(shí)之間關(guān)聯(lián)性，形成清晰的解題思路，就需要教師引導(dǎo)學(xué)生站在學(xué)科的角度進(jìn)行基于原點(diǎn)的模型建構(gòu)。具體地說，就是根據(jù)一定的線索和中心點(diǎn)，將相關(guān)的知識(shí)按一定秩序串聯(lián)起來，形成知識(shí)整體和系統(tǒng)，建立起基于整體認(rèn)知的綜合計(jì)算模型，并引導(dǎo)學(xué)生從整體角度去分析各知識(shí)點(diǎn)的地位及相互關(guān)系，從而揭示事物的本質(zhì)和規(guī)律。

二、溶液的綜合計(jì)算內(nèi)容的整體分析

根據(jù)課標(biāo)要求，分析近年來中考初中化學(xué)溶液的綜合計(jì)算的試題形式，一般是以化學(xué)方程式計(jì)算為基礎(chǔ)，并結(jié)合溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算。該類化學(xué)綜合計(jì)算中的化學(xué)反應(yīng)類型主要涉及有溶液參加的置換反應(yīng)和復(fù)分解反應(yīng)，依據(jù)反應(yīng)前后物質(zhì)的存在狀態(tài)，可以進(jìn)行如下分類（見表1）。

通過表1可以看出，溶液的綜合計(jì)算以化學(xué)方程式為基礎(chǔ)，通過情境設(shè)置和問題變換會(huì)出現(xiàn)多種不同的類型。其中，反應(yīng)前物質(zhì)的狀態(tài)設(shè)置往往通過固體含雜質(zhì)提升難度，若雜質(zhì)可溶通常需考慮反應(yīng)后的雙溶質(zhì)問題;若雜質(zhì)不溶需注意反應(yīng)后溶液的質(zhì)量不包含雜質(zhì)。反應(yīng)后物質(zhì)的狀態(tài)會(huì)通過產(chǎn)物中有氣體或沉淀生成提升難度，若氣體或沉淀質(zhì)量直接給出則可以直接用在化學(xué)方程式中進(jìn)行計(jì)算;若氣體或沉淀質(zhì)量沒有直接給出，則需要比較反應(yīng)前后質(zhì)量的變化間接求得。難度設(shè)置一般是求溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)時(shí)溶液的質(zhì)量未知，需要通過質(zhì)量守恒定律求得。

三、溶液的綜合計(jì)算思維模型的建構(gòu)

溶液的綜合計(jì)算，不管條件如何變換，教師都需要引導(dǎo)學(xué)生從“定性”和“定量”的角度分析題中所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，通過分析、推理認(rèn)識(shí)其本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及相互關(guān)系，建立模型，運(yùn)用模型揭示綜合計(jì)算的本質(zhì)和規(guī)律，其思維模型見圖1[3]。

四、溶液的綜合計(jì)算教學(xué)目標(biāo)

基于上述分析，確立溶液的綜合計(jì)算的整體性教學(xué)目標(biāo)如下：

1.通過簡(jiǎn)單化學(xué)計(jì)算到化學(xué)綜合計(jì)算的演變過程，從起點(diǎn)上領(lǐng)會(huì)化學(xué)綜合計(jì)算題的解題根源和解題方向。ED3976A7-A084-4833-B060-39C7AFDEAD57

2.通過將化學(xué)綜合計(jì)算題的文字信息轉(zhuǎn)化為信息導(dǎo)圖，從結(jié)構(gòu)上直觀地把握各物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。

3.通過歸納總結(jié)化學(xué)綜合計(jì)算題解題關(guān)鍵點(diǎn)，從整體上形成清晰地解題思路。

五、溶液的綜合計(jì)算教學(xué)策略

教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成需要借助相應(yīng)的有針對(duì)性的教學(xué)策略來實(shí)現(xiàn)，以天津市一道中考題為樣題介紹化學(xué)綜合計(jì)算建模教學(xué)的主要策略。

例題.：純堿樣品中含有少量的氯化鈉，某同學(xué)為測(cè)定該純堿樣品中碳酸鈉的含量，他取該純堿樣品11 g，全部溶解在100 g 水中，再加入150.7 g 氯化鋇溶液，恰好完全反應(yīng)，過濾，得到19.7 g沉淀（不考慮過程中物質(zhì)質(zhì)量的損失）。請(qǐng)計(jì)算：（1）純堿樣品中碳酸鈉的質(zhì)量;（2）所加氯化鋇溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)（結(jié)果保留到0.1%）;（3）反應(yīng)后所得溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

例題屬于含雜質(zhì)固體與溶液反應(yīng)，雜質(zhì)可溶，生成物中有沉淀生成的類型。題中直接給出沉淀質(zhì)量可以用于化學(xué)方程式中進(jìn)行計(jì)算，反應(yīng)后的溶質(zhì)需考慮雙溶質(zhì)問題，溶液的質(zhì)量需通過質(zhì)量守恒定律間接求出。

1.追根溯源——整體把握解題方向

通過對(duì)歷年天津市中考最后一題“化學(xué)綜合計(jì)算題”的對(duì)比分析，不難發(fā)現(xiàn)：化學(xué)綜合計(jì)算題雖然表面上題目復(fù)雜、高深莫測(cè)，但實(shí)際上都是以簡(jiǎn)單的化學(xué)方程式計(jì)算為基礎(chǔ)，將其他計(jì)算類型（如：溶液的有關(guān)計(jì)算、含雜質(zhì)問題計(jì)算、質(zhì)量守恒定律等）融入其中而形成。因此，在教學(xué)中，教師可以帶領(lǐng)學(xué)生分析出綜合計(jì)算是如何從一道簡(jiǎn)單的化學(xué)方程式計(jì)算發(fā)展演變而來的，體驗(yàn)解化學(xué)綜合計(jì)算的根源，以及各種簡(jiǎn)單計(jì)算的融合方式。例題的衍變梯度題目設(shè)計(jì)如表2所示。

（1）對(duì)比變式，尋根源

題1是簡(jiǎn)單的化學(xué)方程式計(jì)算，題目中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式為： Na2CO3+BaCl22 NaCl+BaCO3↓，已知沉淀 BaCO3的質(zhì)量求反應(yīng)物 Na2CO3的質(zhì)量。而在題2中則將Na2CO3設(shè)計(jì)為含有NaCl雜質(zhì)的純堿樣品，在化學(xué)方程式計(jì)算中融入了含雜質(zhì)問題，雖然題干信息好像復(fù)雜了很多，但分析所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，雜質(zhì) NaCl并不參與 Na2CO3和 BaCl2的反應(yīng)，因此題1與題2本質(zhì)上是完全相同的。通過這樣的變式對(duì)比，可以讓學(xué)生深刻領(lǐng)悟到：不管題干信息如何變換，解題的根源都在于發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。

（2）立足根源，促發(fā)展

根據(jù)化學(xué)方程式中某一物質(zhì)的質(zhì)量，我們可以計(jì)算出化學(xué)方程式中其他任一物質(zhì)的質(zhì)量。對(duì)比題3和題2，已知的信息增加了 BaCl2溶液的質(zhì)量，所求的問題也指向了對(duì) BaCl2溶液中溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的求解，表面上看與題2沒有多大的聯(lián)系，但實(shí)質(zhì)上反應(yīng)的本質(zhì)并沒有改變，只是將計(jì)算的目標(biāo)由 Na2CO3轉(zhuǎn)向了另一反應(yīng)物 BaCl2，然后再與溶液的有關(guān)計(jì)算相結(jié)合求出溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。由此可見，簡(jiǎn)單的化學(xué)方程式計(jì)算是化學(xué)綜合計(jì)算的基礎(chǔ)，化學(xué)綜合計(jì)算往往是以發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式為根源，然后在不同的目標(biāo)物質(zhì)上發(fā)展延伸融入其它的化學(xué)計(jì)算。

（3）變化發(fā)展，找規(guī)律

對(duì)比題4和題3，有很多的相似之處，也是在原有化學(xué)反應(yīng)的基礎(chǔ)上變換了計(jì)算的目標(biāo)物質(zhì)，同時(shí)與溶液的有關(guān)計(jì)算相結(jié)合。不同的是：題4與題3相比進(jìn)一步延伸加大難度，目標(biāo)物質(zhì) NaCl 的來源有兩部分（原純堿樣品中的和反應(yīng)生成的）;反應(yīng)后溶液的質(zhì)量沒有直接給出，需要通過質(zhì)量守恒定律計(jì)算。學(xué)生通過問題4中簡(jiǎn)單的條件轉(zhuǎn)換，可以根據(jù)題干信息的不同，巧用質(zhì)量守恒定律。

2.流程導(dǎo)圖——整體把握解題細(xì)節(jié)

為了將復(fù)雜的、抽象的問題簡(jiǎn)單化、直觀化，我們?cè)诮虒W(xué)中往往會(huì)采用一些圖示的方法。例題的實(shí)驗(yàn)信息如圖2所示。該圖示能夠比較直觀地展示題干信息中的實(shí)驗(yàn)過程，但是不能清楚說明物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系和質(zhì)量變化關(guān)系，不利于學(xué)生從整體上把握反應(yīng)的本質(zhì)和解題的細(xì)節(jié)。

為了更加系統(tǒng)清晰的顯示出化學(xué)綜合計(jì)算題干信息中隱含的物質(zhì)間的內(nèi)在聯(lián)系，我們可以采用信息導(dǎo)圖的形式。例題的信息導(dǎo)圖如圖3所示。該圖不但提煉出了題干中涉及的重要物質(zhì)和數(shù)據(jù)，而且進(jìn)一步顯示了物質(zhì)間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系和存在形式，是在對(duì)化學(xué)基本概念、原理理解的基礎(chǔ)上進(jìn)行的化學(xué)量化分析過程，有利于學(xué)生從整體上理解題意、把握解題的每一個(gè)細(xì)節(jié)，同時(shí)也有利于突破化學(xué)綜合計(jì)算的難點(diǎn)—雙溶質(zhì)問題和質(zhì)量守恒定律的應(yīng)用。

3.五步戰(zhàn)略——整體把握解題思路

解題思路的模型建構(gòu)是提升學(xué)生解題能力的關(guān)鍵。在化學(xué)綜合計(jì)算的教學(xué)中，我們可以通過以下五步戰(zhàn)略引導(dǎo)學(xué)生形成整體的解題思路：繪制流程圖→立足方程式→找準(zhǔn)純質(zhì)量→發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)點(diǎn)→巧用守恒法。繪制流程圖是對(duì)題干信息的提煉和整體分析，是解題的前提和保證;立足方程式是對(duì)各物質(zhì)內(nèi)在聯(lián)系的整體把握，是解題的根源和基礎(chǔ);找準(zhǔn)純質(zhì)量是基于化學(xué)方程式計(jì)算的入手點(diǎn)和突破口;發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)點(diǎn)是對(duì)不同化學(xué)計(jì)算類型融合方式的整體認(rèn)知，是以化學(xué)方程式為基礎(chǔ)在不同目標(biāo)物質(zhì)上進(jìn)行的延伸和發(fā)展;巧用守恒法是突破化學(xué)綜合計(jì)算難點(diǎn)的關(guān)鍵。我們可以把化學(xué)綜合計(jì)算題比作一盆生長(zhǎng)茂盛的花朵，題中所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是花的根，不同的條件信息和問題設(shè)置是在不同的節(jié)點(diǎn)開出的一朵朵美麗的花朵，如圖4所示。

六、調(diào)查與反思

筆者以2021屆濱海新區(qū)大港六中九年級(jí)八班的學(xué)生為研究對(duì)象，將建構(gòu)思維模型的溶液的綜合計(jì)算應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐中。通過課后的學(xué)生訪談了解到：大多數(shù)學(xué)生感覺溶液的綜合計(jì)算不像原來想象的那么難了;基礎(chǔ)差的學(xué)生不再逃避，而是通過流程導(dǎo)圖對(duì)題目進(jìn)行認(rèn)真分析，找到了解題的根源;中上等的學(xué)生能夠從整體上理解題意并形成清晰的解題思路，信息導(dǎo)圖使他們的分析更有針對(duì)性、更細(xì)致。2021年天津中考第26題的檢測(cè)結(jié)果顯示：幾乎所有的同學(xué)都會(huì)根據(jù)題干信息進(jìn)行提煉分析，繪制出信息導(dǎo)圖;全班該題的得分率72%，比2020年天津市濱海新區(qū)該題得分率高出11%。

在語文和英語的教學(xué)中常常強(qiáng)調(diào)整體解讀文意[4]，化學(xué)教學(xué)也需要從整體角度引導(dǎo)學(xué)生分析各知識(shí)點(diǎn)的地位及相互關(guān)系，從而揭示事物的本質(zhì)和規(guī)律。溶液的綜合計(jì)算解題應(yīng)該做到：綜合問題——精細(xì)拆分求破解;定量思考——計(jì)算本質(zhì)是比例;模型建構(gòu)——深度思維是關(guān)鍵。讓學(xué)生從整體上把握解題的方向、解題的細(xì)節(jié)和解題的思路，才能使學(xué)生領(lǐng)悟物質(zhì)間轉(zhuǎn)化的內(nèi)在聯(lián)系，真正提高解題能力。

參考文獻(xiàn)

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