丁同英
摘要:結(jié)合萬方數(shù)據(jù)文獻研究文章剖析物質(zhì)的量定義的正誤,圍繞物質(zhì)的量和摩爾的概念,通過奧特曼、長度單位及其換算等例子敘述了運用類比法生動有趣教授物質(zhì)的量和摩爾的教學過程,通過歷年測驗成績對比證明運用類比法教學效果實用、有效。
關(guān)鍵詞:類比;物質(zhì)的量;摩爾;阿伏加德羅常數(shù);基準量
文章編號:1008-0546(2014)10-0044-03 中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:B
1965年,為了化學和分子物理領域研究需要,將宏觀物質(zhì)與微觀粒子相聯(lián)系,IUPAC確定了新物理量“amount of substance”,即“物質(zhì)的量”。其單位用“mole(摩爾)”。自此,“物質(zhì)的量”成為七個國際基本物理量之一,它和 “摩爾質(zhì)量”、“氣體摩爾體積”、“物質(zhì)的量濃度”等物理量構(gòu)建的計量體系,是化學、物理工作者常用的計量工具。物質(zhì)的量作為宏觀物質(zhì)和微粒數(shù)目之間溝通的橋梁,是該計量體系的中心,是質(zhì)量、氣體體積、溶液濃度、微粒數(shù)量之間相互換算的中轉(zhuǎn)站。
一、物質(zhì)的量和摩爾概念辨析
該計量體系是化學研究的重要工具,被全國各版本高中化學教材選作必修教學內(nèi)容。其中“物質(zhì)的量”作為體系橋梁又有著特殊地位,因此物質(zhì)的量、摩爾向來是教學重點,同時也一直被教師抱怨“難教”學生抱怨“難學”,從萬方數(shù)據(jù)資料來看,大部分涉及“物質(zhì)的量”教學文章中提到這一點。如齊紅濤、趙河林“多年來,物質(zhì)的量教學一直是一個難點”,“學生畏難情緒、抵觸情緒占了上風,測查成績總是很不理想”。[1]也正因為此,物質(zhì)的量和摩爾的教學是教學設計類文章討論的熱點課題。我在講解物質(zhì)的量和摩爾時重點圍繞兩個問題來思考:1.物質(zhì)的量的概念是什么。2.怎樣能有趣地講解物質(zhì)的量、摩爾的概念。
首先為什么要強調(diào)物質(zhì)的量的概念,因為它不像別的物理量,如速度、長度等名詞已經(jīng)已經(jīng)融入生活,在被作為物理量學習之前這些詞就已經(jīng)深入人心,理解其意義不存在障礙。而物質(zhì)的量對學生來說是全新詞匯,詞義本來就模棱兩可,在理解上又沒有絲毫生活經(jīng)驗可以借鑒,因此要讓學生明確它的概念是要花費一點功夫的。查閱萬方數(shù)據(jù)庫有關(guān)文章,發(fā)現(xiàn)教師對“物質(zhì)的量”的概念有兩種定義。第一種:認為“物質(zhì)的量表示含有一定數(shù)量粒子的集體?!盵2]持該觀點的教師傾向于結(jié)合“曹沖稱象”的故事、生活中“打”的概念引出“物質(zhì)的量是含有一定微粒數(shù)目的集合體”[3]。
第二種:認為“物質(zhì)的量”是“用于描述物質(zhì)所含微粒多少的物理量”。如曾楊“其(物質(zhì)的量)表示物質(zhì)所含粒子數(shù)目的多少?!盵4]廖文娟在其文章中提到“在教授物質(zhì)的量時,要讓學生明白物質(zhì)的量是為了把物質(zhì)的宏觀量與原子、分子、離子等微觀粒子的數(shù)量聯(lián)系起來而引人的”。[5]她認為可用“曹沖稱象”和“打”的概念應用于引出物質(zhì)的量的單位——摩爾。
兩種理解的沖突焦點在于“微粒數(shù)目的集合體”究竟指的是“物質(zhì)的量”還是“摩爾”。1961年IUPAP規(guī)定:“在化學和分子物理領域,物質(zhì)的量也被作為基本物理量,它的單位是摩爾?!x摩爾為一種物質(zhì)數(shù)目,含有的分子(或原子、離子、電子等類似的)數(shù)與12克C-12所含碳原子數(shù)相同?!庇纱丝磥盹@然定義摩爾是“微粒數(shù)目集合體”更合適,這個集合體的數(shù)值是“12克C-12所含碳原子數(shù)”,摩爾和“打”“雙”的特征相似。
那么怎樣解讀“物質(zhì)的量”的概念?前文提到物質(zhì)的量是物理量。物理量是現(xiàn)象、物體或物質(zhì)的可以定性區(qū)別和定量確定的屬性。比如將物質(zhì)的伸張性抽象為長度;延續(xù)性抽象為時間;慣性抽象為質(zhì)量等,長度、質(zhì)量、時間等是物理量。[6]借鑒馬克思談抽象過程時說:“如果我們抽掉構(gòu)成某座房屋特性的一切,抽掉建筑這座房屋所用的材料和構(gòu)成這座房屋的特點和形式,結(jié)果只剩下一個一般的物體;如果把這一物體的界限也抽去,結(jié)果就只有空間了;如果再把這個空間的向度抽去,最后我們就只有同純粹的數(shù)量,即數(shù)量的邏輯范疇打交道了……”。[7]因此給物質(zhì)的量的明確概念是“描述物質(zhì)所含微粒數(shù)目多少的物理量”。 物質(zhì)的量和摩爾概念中都有“數(shù)目”的字眼,兩個“數(shù)目”有細微區(qū)別。摩爾定義中的“數(shù)目”類似于生活中“打”的概念,含具體數(shù)值,物質(zhì)的量代表物質(zhì)所含微粒數(shù)目的多少,不含具體數(shù)值。
二、用類比法教授物質(zhì)的量和摩爾教學設計
厘清了物質(zhì)的量和摩爾概念后,怎樣有趣地講解它們的概念又是一個難題。筆者所在的學校是五年制師范,絕大部分是女生。計算本來就是女生的弱項,怕算也沒興趣,更別說“物質(zhì)的量”意思模棱兩可晦澀難懂,每年這部分內(nèi)容上課都是教師獨角戲,最后死記硬背幾個公式,考試成績一片慘淡。從2011年開始,我嘗試用類比法設計教學過程,引出物質(zhì)的量和摩爾的概念,學生對概念的理解清晰了很多,學習興致被調(diào)動起來,幾年下來,每一屆學生掌握這部分單元測驗成績相比以往都有很大提高,下表是歷年單元測驗成績對比(11-13級使用類比法教學)。
這里把類比法教學設計過程寫下和老師們分享。
教學過程:
教師:同學們,大家能否用一些詞句描述一下自己喜歡的同學面貌特征?
學生:思考并回答。(觀察、口頭表達是女生的強項,大家回答都很積極,什么柳葉眉,大眼睛,瓜子臉等都用上了,這個小游戲增進了學生之間的感情。)
教師:剛才大家從文學角度進行了人物描寫,其實物理這門理科中也有人物描寫哩。下面我描述一個人請大家猜猜他是什么人。此人“身高(長度)50米,體重(質(zhì)量)44000噸,步行速度510米/秒”。
學生:“肯定不是地球人!”“奧特曼吧!”(此時學生們一下子興奮起來,興致盎然地熱烈議論,最后一致說“奧特曼”,利用神秘感成功地把學生的注意力牢牢吸引。)
教師:聰明,此人正是“迪加·奧特曼”。(學生大笑,想老師還知道這個,無形中拉近了教師和學生的距離,此時的學生已經(jīng)愿意聽老師講課了。)endprint
言歸正傳,老師在描述奧特曼的時候用到了哪些物理量?
學生:思考、回答,同時教師板書。
[討論]結(jié)合奧特曼的例子你覺得物理量及其單位有什么功能,談談你的體會?
學生:思考、討論、交流。
教師:(總結(jié))首先物理量其實是工具,一種用于描述物質(zhì)在某一方面的特征的工具。比如長度能反映物體的空間特性;速度能反映物體的運動特征等。其次單位的功能是把這些特征量化,量化后的物理量就有意義、直觀了,利用這些數(shù)據(jù)和單位就能對物體的空間、運動等特征進行分析、比較或運算,來獲得更多信息。比如之前大家分析我說的人不是地球人就是通過數(shù)據(jù)和單位得出的結(jié)論。
學生:點頭表示同意。
(教學目的和創(chuàng)新之處:學生都知道一些物理量,但是學生記住的物理量也僅僅用在公式中,可能從未從文學描寫角度考慮過物理量的描述功能。通過奧特曼這個極其特殊的例子,結(jié)合文學當中的人物描寫,一下子讓學生明白物理量的描述功能,學生意想不到文科與理科之間還有相通之處,感覺耳目一新,同時也為引出物質(zhì)的量描述對象埋下伏筆。)
教師:化學是一門從微觀粒子如分子、原子、離子等角度研究物質(zhì)變化的科學。以上提到物理量就不能滿足化學研究需要了。很久以前化學家就發(fā)現(xiàn)在化學變化過程中,物質(zhì)之間按照一定分子、原子數(shù)目比進行反應。要確定微粒之間反應數(shù)目關(guān)系或確定化學反應產(chǎn)物的化學式就一定需要物質(zhì)所含分子、原子的數(shù)目。你知道一杯水所含的水分子數(shù)目嗎?知道3克銅所含的銅原子數(shù)目嗎?考慮到化學研究的需要規(guī)定了一種很特別的物理量,叫“物質(zhì)的量”。它和前面描述宏觀物質(zhì)外形、運動等的物理量不同,它從微觀角度來描述物質(zhì)所含微觀粒子數(shù)目的多少。比如鐵是由鐵原子構(gòu)成的,研究鐵的物質(zhì)的量就是研究它所含鐵原子的多少。
板書:一、物質(zhì)的量
定義:用于描述物質(zhì)所含微粒數(shù)多少的物理量。符號:n
教師:這里的微粒指分子、原子、離子、質(zhì)子、中子、電子等。
(教學目的和創(chuàng)新之處:這一段教學目的是讓學生明白引入物質(zhì)的量這一物理量的必要性,創(chuàng)新之處在于明確給出物質(zhì)的量的定義。有前面奧特曼的例子做鋪墊,學生已經(jīng)接受每個物理量都有自己要描述的物理屬性,必然要追問物質(zhì)的量所描述的對象,此時給出答案水到渠成。這是類比法在本節(jié)課中的第一次運用。對物質(zhì)的量的描述對象清楚的同時也意味著對物質(zhì)的量的概念清晰掌握了。)
設問:物理量不能沒有單位。你知道的長度單位有哪些?
學生:米、千米、光年。
教師“為什么要給一個物理量設幾個單位呢,這樣做有好處嗎?比如我問“從我們教室到食堂的距離?”從我們教室到你家的距離?”“從我們教室到火星的距離?”你該分別選什么單位?
學生:思考、回答。
教師:(總結(jié))單位實質(zhì)上是一個基準量,米、千米、光年所含基準量越來越大,選擇合適的單位使計量更方便簡潔,反之則很累贅。比如從教室到火星的距離如果以米為單位的話,這個數(shù)字的位數(shù)就太龐大了。
提問:物質(zhì)的量是用于描述微觀粒子數(shù)目多少的物理量,它的單位顯然代表數(shù)目,先不管微觀粒子,宏觀物質(zhì)數(shù)目的單位有哪些呢?比如說咱班有多少同學?
學生討論:常見單位“個”,另外還有“打”“對”等。
教師:數(shù)目單位有很多,不同單位包含的基準量不同。約定俗成的“打”的基準量是12個,“對”的基準量是2個。從教室到火星的距離不能用米為單位,同樣,如果微粒數(shù)以“個”為單位計量的話,那簡直是場噩夢。例如12克碳所含的碳原子數(shù)是個很大的天文數(shù)字,如果碳原子能被看見的話,全國13億人一起數(shù)這些碳原子,每秒鐘數(shù)一個,得花1468萬年才能數(shù)完。因此物質(zhì)的量必須有一個包含基準量更大的單位。
(教學創(chuàng)新之處:這里通過米、千米、光年提出基準量概念,通過教室到家、火星等地的距離讓學生明白一個物理量有多種單位的必要性,用類比的方法順理成章引出物質(zhì)的量的單位不是“個”而是“摩爾”,同時也為后面講摩爾的基準量做好鋪墊。)
板書:二、單位:摩爾;符號mol
國際規(guī)定:1摩爾物質(zhì)含有的微粒數(shù)與0.012kg C-12所含的碳原子數(shù)相等。
教師:利用現(xiàn)代科學技術(shù)已經(jīng)精確測定出了0.012 kg C-12所含的碳原子數(shù)約為6.02×1023個。為了紀念科學家,阿伏加德羅,該數(shù)值被稱為阿伏加德羅常數(shù)。
板書:三、阿伏加德羅常數(shù):6.02×1023/mol;符號NA
設問:怎樣理解應用阿伏加德羅常數(shù)呢?
教師:物理量的不同單位之間可以換算,比如長度單位1km=1000m=100000cm;其它物理量的不同單位,如千克和克之間等都可以換算?!皞€”和“摩爾”都是數(shù)量單位,所以它們之間也有換算關(guān)系。其實阿伏加德羅常數(shù)就可以理解為它們之間的換算關(guān)系。
板書:1摩爾物質(zhì)含阿伏加德羅常數(shù)個微粒,約為6.02×1023個。由此可得:
N=nNA
(教學創(chuàng)新之處:長度有千米、米、厘米等單位間能換算這是學生已經(jīng)熟練掌握的,通過類比引出摩爾和個之間的換算關(guān)系,揭開摩爾神秘感的同時加深學生對阿伏加德羅常數(shù)的理解,這是類比法在本節(jié)課中的第三次運用。)
綜上所述,在物質(zhì)的量和摩爾教學中共運用了三次類比,一是通過奧特曼的例子把物質(zhì)的量與長度、速度等物理量的描述功能進行類比形成物質(zhì)的量的概念;二是通過教室到火星距離的例子把物質(zhì)的量單位的選擇與距離單位的選擇進行類比,引出摩爾的概念;三是通過長度單位間換算與摩爾和個之間的換算進行類比,明確阿伏加德羅常數(shù)的運用。
用類比法教學,在一些枯燥無味和講不清的問題上的確起到四兩撥千斤的作用,學生成績的提高證明該教法實用、有效。當然,成績提高不全是教學方法得當使然,更大的原因在于該教法生動有趣,調(diào)動了學生興趣,興趣是最好的老師,有興趣才有深入學習的動力。
參考文獻
[1] 齊紅濤,趙河林. “物質(zhì)的量”認知結(jié)構(gòu)形成的實驗研究[J]. 化學教育,2003,(5):7
[2] 周燕梅. 概念圖在物質(zhì)的量單元教學中的應用研究[J]. 化學教學,2010,(1):21
[3] 杜德生. 初、高中教學銜接背景下“物質(zhì)的量”的教學設計[J]. 化學教學,2012,(8):38
[4] 曾揚. 關(guān)于“物質(zhì)的量”教學思考與實踐[J]. 理科愛好者(教育教學版),2010,(1):110
[5] 廖文娟. 從初高中銜接的角度探討“物質(zhì)的量”的教學[J]. 化學教學,2013,(1):8
[6] 李松巖. 物理量的量綱和量制[J]. 大學物理,2012,(4):40
[7] 關(guān)洪. 力學的基本概念——質(zhì)量和物質(zhì)的量[J]. 大學物理,1984,(12):26endprint
言歸正傳,老師在描述奧特曼的時候用到了哪些物理量?
學生:思考、回答,同時教師板書。
[討論]結(jié)合奧特曼的例子你覺得物理量及其單位有什么功能,談談你的體會?
學生:思考、討論、交流。
教師:(總結(jié))首先物理量其實是工具,一種用于描述物質(zhì)在某一方面的特征的工具。比如長度能反映物體的空間特性;速度能反映物體的運動特征等。其次單位的功能是把這些特征量化,量化后的物理量就有意義、直觀了,利用這些數(shù)據(jù)和單位就能對物體的空間、運動等特征進行分析、比較或運算,來獲得更多信息。比如之前大家分析我說的人不是地球人就是通過數(shù)據(jù)和單位得出的結(jié)論。
學生:點頭表示同意。
(教學目的和創(chuàng)新之處:學生都知道一些物理量,但是學生記住的物理量也僅僅用在公式中,可能從未從文學描寫角度考慮過物理量的描述功能。通過奧特曼這個極其特殊的例子,結(jié)合文學當中的人物描寫,一下子讓學生明白物理量的描述功能,學生意想不到文科與理科之間還有相通之處,感覺耳目一新,同時也為引出物質(zhì)的量描述對象埋下伏筆。)
教師:化學是一門從微觀粒子如分子、原子、離子等角度研究物質(zhì)變化的科學。以上提到物理量就不能滿足化學研究需要了。很久以前化學家就發(fā)現(xiàn)在化學變化過程中,物質(zhì)之間按照一定分子、原子數(shù)目比進行反應。要確定微粒之間反應數(shù)目關(guān)系或確定化學反應產(chǎn)物的化學式就一定需要物質(zhì)所含分子、原子的數(shù)目。你知道一杯水所含的水分子數(shù)目嗎?知道3克銅所含的銅原子數(shù)目嗎?考慮到化學研究的需要規(guī)定了一種很特別的物理量,叫“物質(zhì)的量”。它和前面描述宏觀物質(zhì)外形、運動等的物理量不同,它從微觀角度來描述物質(zhì)所含微觀粒子數(shù)目的多少。比如鐵是由鐵原子構(gòu)成的,研究鐵的物質(zhì)的量就是研究它所含鐵原子的多少。
板書:一、物質(zhì)的量
定義:用于描述物質(zhì)所含微粒數(shù)多少的物理量。符號:n
教師:這里的微粒指分子、原子、離子、質(zhì)子、中子、電子等。
(教學目的和創(chuàng)新之處:這一段教學目的是讓學生明白引入物質(zhì)的量這一物理量的必要性,創(chuàng)新之處在于明確給出物質(zhì)的量的定義。有前面奧特曼的例子做鋪墊,學生已經(jīng)接受每個物理量都有自己要描述的物理屬性,必然要追問物質(zhì)的量所描述的對象,此時給出答案水到渠成。這是類比法在本節(jié)課中的第一次運用。對物質(zhì)的量的描述對象清楚的同時也意味著對物質(zhì)的量的概念清晰掌握了。)
設問:物理量不能沒有單位。你知道的長度單位有哪些?
學生:米、千米、光年。
教師“為什么要給一個物理量設幾個單位呢,這樣做有好處嗎?比如我問“從我們教室到食堂的距離?”從我們教室到你家的距離?”“從我們教室到火星的距離?”你該分別選什么單位?
學生:思考、回答。
教師:(總結(jié))單位實質(zhì)上是一個基準量,米、千米、光年所含基準量越來越大,選擇合適的單位使計量更方便簡潔,反之則很累贅。比如從教室到火星的距離如果以米為單位的話,這個數(shù)字的位數(shù)就太龐大了。
提問:物質(zhì)的量是用于描述微觀粒子數(shù)目多少的物理量,它的單位顯然代表數(shù)目,先不管微觀粒子,宏觀物質(zhì)數(shù)目的單位有哪些呢?比如說咱班有多少同學?
學生討論:常見單位“個”,另外還有“打”“對”等。
教師:數(shù)目單位有很多,不同單位包含的基準量不同。約定俗成的“打”的基準量是12個,“對”的基準量是2個。從教室到火星的距離不能用米為單位,同樣,如果微粒數(shù)以“個”為單位計量的話,那簡直是場噩夢。例如12克碳所含的碳原子數(shù)是個很大的天文數(shù)字,如果碳原子能被看見的話,全國13億人一起數(shù)這些碳原子,每秒鐘數(shù)一個,得花1468萬年才能數(shù)完。因此物質(zhì)的量必須有一個包含基準量更大的單位。
(教學創(chuàng)新之處:這里通過米、千米、光年提出基準量概念,通過教室到家、火星等地的距離讓學生明白一個物理量有多種單位的必要性,用類比的方法順理成章引出物質(zhì)的量的單位不是“個”而是“摩爾”,同時也為后面講摩爾的基準量做好鋪墊。)
板書:二、單位:摩爾;符號mol
國際規(guī)定:1摩爾物質(zhì)含有的微粒數(shù)與0.012kg C-12所含的碳原子數(shù)相等。
教師:利用現(xiàn)代科學技術(shù)已經(jīng)精確測定出了0.012 kg C-12所含的碳原子數(shù)約為6.02×1023個。為了紀念科學家,阿伏加德羅,該數(shù)值被稱為阿伏加德羅常數(shù)。
板書:三、阿伏加德羅常數(shù):6.02×1023/mol;符號NA
設問:怎樣理解應用阿伏加德羅常數(shù)呢?
教師:物理量的不同單位之間可以換算,比如長度單位1km=1000m=100000cm;其它物理量的不同單位,如千克和克之間等都可以換算。“個”和“摩爾”都是數(shù)量單位,所以它們之間也有換算關(guān)系。其實阿伏加德羅常數(shù)就可以理解為它們之間的換算關(guān)系。
板書:1摩爾物質(zhì)含阿伏加德羅常數(shù)個微粒,約為6.02×1023個。由此可得:
N=nNA
(教學創(chuàng)新之處:長度有千米、米、厘米等單位間能換算這是學生已經(jīng)熟練掌握的,通過類比引出摩爾和個之間的換算關(guān)系,揭開摩爾神秘感的同時加深學生對阿伏加德羅常數(shù)的理解,這是類比法在本節(jié)課中的第三次運用。)
綜上所述,在物質(zhì)的量和摩爾教學中共運用了三次類比,一是通過奧特曼的例子把物質(zhì)的量與長度、速度等物理量的描述功能進行類比形成物質(zhì)的量的概念;二是通過教室到火星距離的例子把物質(zhì)的量單位的選擇與距離單位的選擇進行類比,引出摩爾的概念;三是通過長度單位間換算與摩爾和個之間的換算進行類比,明確阿伏加德羅常數(shù)的運用。
用類比法教學,在一些枯燥無味和講不清的問題上的確起到四兩撥千斤的作用,學生成績的提高證明該教法實用、有效。當然,成績提高不全是教學方法得當使然,更大的原因在于該教法生動有趣,調(diào)動了學生興趣,興趣是最好的老師,有興趣才有深入學習的動力。
參考文獻
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[7] 關(guān)洪. 力學的基本概念——質(zhì)量和物質(zhì)的量[J]. 大學物理,1984,(12):26endprint
言歸正傳,老師在描述奧特曼的時候用到了哪些物理量?
學生:思考、回答,同時教師板書。
[討論]結(jié)合奧特曼的例子你覺得物理量及其單位有什么功能,談談你的體會?
學生:思考、討論、交流。
教師:(總結(jié))首先物理量其實是工具,一種用于描述物質(zhì)在某一方面的特征的工具。比如長度能反映物體的空間特性;速度能反映物體的運動特征等。其次單位的功能是把這些特征量化,量化后的物理量就有意義、直觀了,利用這些數(shù)據(jù)和單位就能對物體的空間、運動等特征進行分析、比較或運算,來獲得更多信息。比如之前大家分析我說的人不是地球人就是通過數(shù)據(jù)和單位得出的結(jié)論。
學生:點頭表示同意。
(教學目的和創(chuàng)新之處:學生都知道一些物理量,但是學生記住的物理量也僅僅用在公式中,可能從未從文學描寫角度考慮過物理量的描述功能。通過奧特曼這個極其特殊的例子,結(jié)合文學當中的人物描寫,一下子讓學生明白物理量的描述功能,學生意想不到文科與理科之間還有相通之處,感覺耳目一新,同時也為引出物質(zhì)的量描述對象埋下伏筆。)
教師:化學是一門從微觀粒子如分子、原子、離子等角度研究物質(zhì)變化的科學。以上提到物理量就不能滿足化學研究需要了。很久以前化學家就發(fā)現(xiàn)在化學變化過程中,物質(zhì)之間按照一定分子、原子數(shù)目比進行反應。要確定微粒之間反應數(shù)目關(guān)系或確定化學反應產(chǎn)物的化學式就一定需要物質(zhì)所含分子、原子的數(shù)目。你知道一杯水所含的水分子數(shù)目嗎?知道3克銅所含的銅原子數(shù)目嗎?考慮到化學研究的需要規(guī)定了一種很特別的物理量,叫“物質(zhì)的量”。它和前面描述宏觀物質(zhì)外形、運動等的物理量不同,它從微觀角度來描述物質(zhì)所含微觀粒子數(shù)目的多少。比如鐵是由鐵原子構(gòu)成的,研究鐵的物質(zhì)的量就是研究它所含鐵原子的多少。
板書:一、物質(zhì)的量
定義:用于描述物質(zhì)所含微粒數(shù)多少的物理量。符號:n
教師:這里的微粒指分子、原子、離子、質(zhì)子、中子、電子等。
(教學目的和創(chuàng)新之處:這一段教學目的是讓學生明白引入物質(zhì)的量這一物理量的必要性,創(chuàng)新之處在于明確給出物質(zhì)的量的定義。有前面奧特曼的例子做鋪墊,學生已經(jīng)接受每個物理量都有自己要描述的物理屬性,必然要追問物質(zhì)的量所描述的對象,此時給出答案水到渠成。這是類比法在本節(jié)課中的第一次運用。對物質(zhì)的量的描述對象清楚的同時也意味著對物質(zhì)的量的概念清晰掌握了。)
設問:物理量不能沒有單位。你知道的長度單位有哪些?
學生:米、千米、光年。
教師“為什么要給一個物理量設幾個單位呢,這樣做有好處嗎?比如我問“從我們教室到食堂的距離?”從我們教室到你家的距離?”“從我們教室到火星的距離?”你該分別選什么單位?
學生:思考、回答。
教師:(總結(jié))單位實質(zhì)上是一個基準量,米、千米、光年所含基準量越來越大,選擇合適的單位使計量更方便簡潔,反之則很累贅。比如從教室到火星的距離如果以米為單位的話,這個數(shù)字的位數(shù)就太龐大了。
提問:物質(zhì)的量是用于描述微觀粒子數(shù)目多少的物理量,它的單位顯然代表數(shù)目,先不管微觀粒子,宏觀物質(zhì)數(shù)目的單位有哪些呢?比如說咱班有多少同學?
學生討論:常見單位“個”,另外還有“打”“對”等。
教師:數(shù)目單位有很多,不同單位包含的基準量不同。約定俗成的“打”的基準量是12個,“對”的基準量是2個。從教室到火星的距離不能用米為單位,同樣,如果微粒數(shù)以“個”為單位計量的話,那簡直是場噩夢。例如12克碳所含的碳原子數(shù)是個很大的天文數(shù)字,如果碳原子能被看見的話,全國13億人一起數(shù)這些碳原子,每秒鐘數(shù)一個,得花1468萬年才能數(shù)完。因此物質(zhì)的量必須有一個包含基準量更大的單位。
(教學創(chuàng)新之處:這里通過米、千米、光年提出基準量概念,通過教室到家、火星等地的距離讓學生明白一個物理量有多種單位的必要性,用類比的方法順理成章引出物質(zhì)的量的單位不是“個”而是“摩爾”,同時也為后面講摩爾的基準量做好鋪墊。)
板書:二、單位:摩爾;符號mol
國際規(guī)定:1摩爾物質(zhì)含有的微粒數(shù)與0.012kg C-12所含的碳原子數(shù)相等。
教師:利用現(xiàn)代科學技術(shù)已經(jīng)精確測定出了0.012 kg C-12所含的碳原子數(shù)約為6.02×1023個。為了紀念科學家,阿伏加德羅,該數(shù)值被稱為阿伏加德羅常數(shù)。
板書:三、阿伏加德羅常數(shù):6.02×1023/mol;符號NA
設問:怎樣理解應用阿伏加德羅常數(shù)呢?
教師:物理量的不同單位之間可以換算,比如長度單位1km=1000m=100000cm;其它物理量的不同單位,如千克和克之間等都可以換算。“個”和“摩爾”都是數(shù)量單位,所以它們之間也有換算關(guān)系。其實阿伏加德羅常數(shù)就可以理解為它們之間的換算關(guān)系。
板書:1摩爾物質(zhì)含阿伏加德羅常數(shù)個微粒,約為6.02×1023個。由此可得:
N=nNA
(教學創(chuàng)新之處:長度有千米、米、厘米等單位間能換算這是學生已經(jīng)熟練掌握的,通過類比引出摩爾和個之間的換算關(guān)系,揭開摩爾神秘感的同時加深學生對阿伏加德羅常數(shù)的理解,這是類比法在本節(jié)課中的第三次運用。)
綜上所述,在物質(zhì)的量和摩爾教學中共運用了三次類比,一是通過奧特曼的例子把物質(zhì)的量與長度、速度等物理量的描述功能進行類比形成物質(zhì)的量的概念;二是通過教室到火星距離的例子把物質(zhì)的量單位的選擇與距離單位的選擇進行類比,引出摩爾的概念;三是通過長度單位間換算與摩爾和個之間的換算進行類比,明確阿伏加德羅常數(shù)的運用。
用類比法教學,在一些枯燥無味和講不清的問題上的確起到四兩撥千斤的作用,學生成績的提高證明該教法實用、有效。當然,成績提高不全是教學方法得當使然,更大的原因在于該教法生動有趣,調(diào)動了學生興趣,興趣是最好的老師,有興趣才有深入學習的動力。
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