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现代化学的发展已经走向定量化，而走向定量是化学作为一门学科成熟的标志。鉴于此，在中学化学教学中引领学生用定量的思想去思考问题，分析问题和解决问题，对学生的思维品质的提升，化学基本学科思想的形成，科学素养的提高都具有特殊的意义。 而在我们的教学实践中，学生学习化学中，运用定性的手段去解决问题则更为普遍，以定量思想贯穿的实验探究相对来说显得比较单薄。因此，如何充分运用课堂这一个重要的阵地培养学生的量化意识，让学生在分析问题，解决问题时能具备量化的意识，值得我们去关注和作一些研究。本文试图从以下几个方面谈谈我的看法，供大家思考。 一、培养学生量化意识的重要意义 事物及其属性的数量化表述或推演是一种高层次的表述或推演，这种表述或推演使我们能够更清晰更深刻地认识事物及其变化规律。基于学生思维发展的阶段性，初中化学对学生的认识要求以能正确定性判断为主，化学学习则以能够进行简单的验证为主。学生进入高中以后，思维能力发生跃变式的变化，为了顺应学生思维发展要求，为以后进行科学研究进行知识和能力准备，高中化学教学中定量推理逐步代替定性判断，验证性实验逐步升变为探索性实验。这样看来，如果化学教学中给学生提供更多的运用定量思想的平台，往往更能契合广义实验能力培养的目的。让学生学习如何自主地发现问题，如何用学过的知识来解决问题或发现新的规律等，可以激发学生的学习热情，初步形成严谨的科学态度和习惯。为学生今后的深入学习从思维方式层面进行铺垫，能够有效地提升学生的学力。同时，高中化学新教材也在很多内容上导向引导学生运用适当的数学方法，定量分析和解决有关化学反应的问题。在《化学反应原理》这一个模块中，很多原理的叙述和研究，都不再是以往那种单纯的描述，而是利用数据的量化描述来进行推导和论证。例如，第1章"化学反应与能量转化"将过去教材中的一个定量的学生实验"测定中和反应的反应热"放到课堂教学中的"活动·探究"，成为"化学反应的热效应"部分教材和教学中的主干组成。而在《实验化学》中，专题六单元的实验主要都是围绕物质的定量分析展开的。由此可见，新教材在编写上也体现了现代化学走向定量这一鲜明时代特点。可见，培养学生具备定量思想不仅是时代发展的要求，更是中学学科发展要求。 二、化学教学中培养学生量化意识的途径 1.通过化学史的学习，激发学生的量化意识 科学家精益求精，不放弃实验中存在的任何一个疑点，最终取得真理的事例很多。其中一个非常典型的是化学史上被称为"第三位小数"上的发现。1892年，英国科学家瑞利用两种不同的方法制取氮气，测定出来的氮气密度并不相同，两者相差0.0064g/L，瑞利并没有忽略这一差异，他不认为这是实验本身的误差加以修正，而是把他的实验结果与研究论文一起公开发表在《自然》杂志上，公开征求答案，引起了他的朋友拉姆塞的注意并开始一起研究这个问题。他们在翻阅80年前英国科学家实验大师卡文迪许的实验记录中取得了重要突破。在卡文迪许当年的实验报告中记录了氧与氮化合为氮的氧化物再溶解在苛性钠溶液中，最后管内总有一个小气泡，其体积相当于原气体体积的1/120。他们重复了卡文迪许的实验并对这个小气泡内剩余气体进行密度测定和光谱分析，确认它是一种新元素，后来被命名为氩。一个小小的气泡是很容易被人忽略的，它默默无闻地酣睡了100多年，直到细心过人的瑞利和拉姆塞不放过第三位小数上的差异，才把它们从不宜被人察觉的细节中探索出来。这充分体现了科学家诚实的科学态度和精益求精的思维方法，也是将定量测量发挥到极致的胜利，显示了定量思想对科学发展所起到的巨大作用。 2.化学实验学习中，加深定量思想的理解 化学中的定量实验侧重于深化学生对事物变化中量的关系的认识，有助于培养学生思维的逻辑性和严密性。以往的化学教材中，化学实验中定性实验占据了相当大的比重，教材中只有《配制一定的物质的量的浓度》和《酸碱中和滴定》是属于定量实验。而目前的新课程教材中除了继续保留上面两个定量实验以外，还在实验模块中专门设置了定量测定的单元。学生通过这些具体实验的学习，加深了定量思想的理解。中学的定量实验一般以样品的纯度测定，相对分子质量的测定，化学元素组成的测定，化学反应速率的测定等居多，教师能很好地进行引导，利用教学中这些蕴含的定量素材，有利于培养学生的定量意识，从而提升学生学习中的思维品质。以《一定物质的量浓度溶液的配制》这个定量实验为例。首先，定量实验设计必定依据原理。配制一定物质的量浓度溶液实验原理就是依据计算公式，根据公式来看，需要哪些量，然后怎样得到这些量，使得"量"成为定量实验的灵魂和关注点。而学生面对一些无法直接取得的实验量，就需要通过对原有知识进行再加工，探究实验方法；对于无法精确取得的就需要思考转化为取到合适的容器这一途径来完成。通过这样的学习体验，学生加深了对定量思想的理解，也能初步建立定量实验的方法和模型。其次，定量实验的操作步骤取决于需要获取哪些"量"以及如何准确地获取这些"量"。分析实验中的这些问题和解决问题的过程恰是培养学生定量分析问题的能力及严谨的科学态度的很好载体。化学仪器的形状是多种多样的，但每一种仪器的产生必然出于某种需求，而不是凭空想象而来的。通过这个学习过程的体验，教师指导学生根据定量实验要求和仪器性能选好实验仪器。这为学生在今后化学实验选择仪器乃至设计仪器装置提供一种思维的指向。"准确性"是定量实验的灵魂，但准确性是相对的。所以，面对任何的定量实验，实验的精准是非常重要和关键的，但是实验的误差也是不可避免的，也是允许存在的。我们可以防止错误，但是我们无法逃避"误差"。在教学中，引导学生正确地区分"错误"和"误差"，从而使学生树立辩证唯物主义观点，逐步养成实事求是的科学态度和严谨的科学作风。 3.通过化学习题，渗透量化意识 由定性向定量是化学学科一个合理的发展方向。在中学教学中，有不少习题的解决是需要通过定量计算来完成的。在解决问题的过程中，通过数学的抽象和简洁的文字叙述，培养学生的思维逻辑性的同时，也渗透了量化意识。我们来看看下面这个例题。 [案例1]有一混合物的水溶液，只可能含有以下离子中的若干种：K+、NH4+、Cl-、Mg2+、Ba2+、CO32-、SO42-，现取三份100mL溶液进行如下实验： （1）第一份加入AgNO3溶液有沉淀产生； （2）第二份加足量NaOH溶液加热后，收集到气体0.04mol； （3）第三份加足量BaCl2溶液后，得干燥沉淀6.27g，经足量盐酸洗涤、干燥后沉淀质量为2.33g。 根据上述实验，以下推测正确的是（） A.K+一定存在 B.100mL溶液中含0.01molCO32- C.Cl-可能存在 D.Ba2+一定不存在，Mg2+可能存在 此题考查的是离子的检验。但是其中NH4+以及SO42-，CO32-的判断是通过定量计算来完成的，而且对于K+的判断，无法从定性的角度来完成，需要运用电荷守恒定量计算而得。类似的习题还有不少，这些习题的解答中往往伴随着定性和半定量相结合，这样的训练，是渗透量化意识的一个主要途径。 4.通过研究性学习，逐步建立量化意识 认识了定量思想的价值和意义，又具备一定的定量思想解决问题的方法和思路，就可以在教学中，结合教学实际，为学生提供一些必须需要用定量思想来解决的问题，让同学们在问题的解决中，体验这种科学思想的同时，学会定量地分析和解决问题，从而逐步具备起量化意识。 [案例2]食盐中混有了纯碱，请进行检验。如果有，怎样测定其质量分数。 【分析】完成此题要解决两个问题：第一，验证纯碱的存在，这个属于定性检验；第二，测定其中的纯碱的质量分数，属于定量分析的范畴。显然，这两个题目的难度上有着明显的区别。从定性分析到定量测定在认识的过程上是一个飞跃，这个飞跃最终由师生共同协作完成。相对第二个问题来说，第一个问题对于高中学生来说，还是比较容易解决的。 在课堂上学生分组讨论的同时，要求学生针对第二个问题，从反应原理，实验装置，实验步骤以及误差分析四个方面进行重点分析。同学们通过讨论，明确成败的关键是准确称取样品质量，准确测定反应生成的CO2气体的质量或者体积。首先，实验的收集装置就很重要。如果从质量的测定角度来讲，可能用到的收集装置有很多种，但是通过对吸收剂的能力，杂质气体干扰，装置内残余气体的充分吸收以及实验测量的操作方便等角度考虑，整套装置的雏形就已经完成（见图1）。面对所展示的装置，很多同学表示了满意的情绪，大家都认为这个装置能有效地防止误差的产生，可是仍有少数同学提出，空气中的CO2气体有可能进入干燥管以及鼓入的空气中的CO2都会影响测定结果的准确性。面对有些同学的担心，我们欣喜地看到，这些同学对于定量思想已经有了较深的理解，甚至已经具备了量化的意识。于是大家修正得到完整的装置（见图2）。 通过思考分析和比较，去伪存真，学生在进行研究学习、解决问题的过程中，逐步建立了定量思想，并且在这个过程中，培养了辨别分析能力。 反应装置图确定之后，引导学生对于实验步骤进行规划，同时也是在减少误差，保证实验数据准确的原则下优选步骤。讨论之后，引导学生对于刚才的实验设计进行回顾和反思。 [实验反思]定量实验相对于定性实验，误差更容易产生。引导学生从实验的原理、方法、操作过程等方面对可能引起的实验误差进行全面而彻底的分析，也是帮助学生提高量化意识的一个重要途径。反应不够完全，有无其他物质的干扰，实验操作不规范，仪器本身精确度低等因素是误差产生的主要原因。上述实验中，样品的量如果太多，则很可能出现碱石灰不足以吸收产生的气体，导致测定结果偏低，所以实验中样品的实际取量应该预以事先估算，放在一个比较恰当的范围。同时，为了保证实验的精确性，仪器应该选用精确度更高的较为合适，所以电子天平就更好一些。 |
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