讓化學(xué)成為“畫學(xué)”

張建英

【內(nèi)容摘要】數(shù)形結(jié)合思想具體來講就是根據(jù)問題的背景、數(shù)量關(guān)系、圖形特征等進(jìn)行解決問題，或者是借助“形”觀察“數(shù)”的問題。而且，數(shù)形結(jié)合是常用的解題思想，在使用方法上較為簡(jiǎn)便。因此，為了使高中生在學(xué)習(xí)化學(xué)時(shí)的效率能夠有效提升，本文主要論述該方法在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用策略。

【關(guān)鍵詞】數(shù)形結(jié)合 高中 化學(xué)

數(shù)學(xué)語(yǔ)言、數(shù)量關(guān)系、直觀圖形、位置關(guān)系相結(jié)合的思維方法可以統(tǒng)稱為數(shù)形結(jié)合思想。近年來，各地化學(xué)高考試題里，都增加了大量的“非連續(xù)性文本”類試題，且難度極高。而應(yīng)用數(shù)形結(jié)合思想來進(jìn)行化學(xué)習(xí)題解答具有極大的優(yōu)勢(shì)，尤其是化學(xué)定量、半定量等方面的計(jì)算中更加明顯。其不僅能夠使復(fù)雜的問題簡(jiǎn)化，將抽象的問題具體化，并且，對(duì)于學(xué)生的形象、抽象思維能力的結(jié)合可以有效培養(yǎng)。因此，在高中化學(xué)教學(xué)中，為了使學(xué)生在解題中壓力減輕，在課堂上就應(yīng)滲透數(shù)形結(jié)合思想，從而使學(xué)生的發(fā)展性能力得到提高。

一、高中化學(xué)概念理解中數(shù)形結(jié)合思想的應(yīng)用

對(duì)于高中階段的學(xué)生而言，化學(xué)的一些基本概念的形成和理解是較為抽象的，因此，教師為了使其能夠更加準(zhǔn)確的理解，在教學(xué)中應(yīng)用數(shù)形結(jié)合思想，從而使學(xué)生的學(xué)習(xí)效率有效提升，讓高中化學(xué)課堂的目的得以實(shí)現(xiàn)。

例如，在學(xué)習(xí)《化學(xué)平衡狀態(tài)》這一課程時(shí)，由于其概念的建立是較為抽象化的，從而使學(xué)生在理解過程上增加了難度。所以，針對(duì)此，教師應(yīng)制定針對(duì)性教學(xué)方案，采用數(shù)形結(jié)合的方式將整個(gè)反應(yīng)過程的v-t圖繪制出來，這樣，學(xué)生就能夠很直觀的將化學(xué)平衡的建立過程進(jìn)行理解。并且，還可從圖中直觀的看到隨著反應(yīng)的進(jìn)行，正反應(yīng)速率逐漸減小，而逆反應(yīng)速率則逐漸增大，以及若正反應(yīng)速率與逆反應(yīng)速率相等的同時(shí)，可以看到正逆反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)。圖中反映了正反應(yīng)、逆反應(yīng)速率雖然相等，但是，反應(yīng)并未停止，從而使化學(xué)平衡容易被理解為動(dòng)態(tài)平衡。

二、高中化學(xué)計(jì)算中的數(shù)形結(jié)合應(yīng)用

數(shù)形結(jié)合思想主要是通過抽象與形象思維的結(jié)合，將抽象問題具體化，復(fù)雜問題簡(jiǎn)單化，也就是“以數(shù)解形”或者“以形助數(shù)”，進(jìn)而將學(xué)生的思維能力提高的目的實(shí)現(xiàn)。數(shù)行結(jié)合作為一種解題方法，那么在應(yīng)用上大致分為“以形助數(shù)”或者“以數(shù)解形”兩種情況，這樣，在不僅能夠在闡明形的某些屬性時(shí)可以借助數(shù)的精確性，而且在闡明數(shù)之間某種關(guān)系時(shí)也可以借助形的幾何直觀性。所以，這就說明了在高中化學(xué)教學(xué)中應(yīng)用數(shù)形結(jié)合思想的意義極為特殊。

學(xué)生通過“以數(shù)解形”將抽象的問題直觀化

“數(shù)無(wú)形，少直觀；形無(wú)數(shù)，難入微”是偉大的數(shù)學(xué)家華羅庚曾說過的，而且，從數(shù)與形兩個(gè)字中也將事物的兩個(gè)側(cè)面反應(yīng)出來：數(shù)量和形狀。所以，這也就說明化學(xué)反應(yīng)中的抽象問題也能通過“數(shù)”與“形”進(jìn)行直觀化。

例如，將三種固體（NaOH、MgCl2、ALCl3）的混合物與足量水融入后，可生成白色沉淀1.16g，而后，滴入1mol·L-1HCl于懸濁液中，再加入HCl溶液的體積V與生成沉淀的質(zhì)量m的關(guān)系，以圖1表示。

通過圖像，該題可分為三個(gè)階段分析，一階段沉淀物中加入鹽酸體積為0-10mL時(shí)沉淀量不變，該階段的化學(xué)反應(yīng)為NaOH+HCl=NaCl+H2O，則說明氫氧化鈉過量，所以，A點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的是沉淀物Mg（OH）2。第二階段沉淀物中加入鹽酸的體積為10-30ml時(shí)量逐漸增大，發(fā)生的離子反應(yīng)為AlO2-+H++H2O=Al（OH）3↓，所以，B點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的是沉淀物Mg（OH）2和Al（OH）3。第三階段沉淀物中加入鹽酸體積為30-QmL時(shí)逐漸溶解后消失。因此，學(xué)生在經(jīng)過以“數(shù)”解“形”，從中將圖形與整個(gè)化學(xué)反應(yīng)過程聯(lián)系起來，進(jìn)行分析，這樣，就能夠在最佳的狀態(tài)、最短的時(shí)間內(nèi)將問題解決了。

1.學(xué)生通過“以形助教”理解化學(xué)反應(yīng)過程

為了便于學(xué)生能夠很好的將復(fù)雜的化學(xué)知識(shí)及數(shù)量關(guān)系完全理解消化，可以在化學(xué)計(jì)算中將其轉(zhuǎn)化為數(shù)軸，通過直觀的圖形使化學(xué)反應(yīng)過程完全展現(xiàn)。這樣，不僅能夠使學(xué)生的理解能力提高，同時(shí)還可避免其他解漏掉，使其思維的嚴(yán)密性得以培養(yǎng)。

例如，在一定條件下，表現(xiàn)可逆反應(yīng)可以通過正、逆反應(yīng)建立的變化進(jìn)行圖形構(gòu)造，這樣，能夠使學(xué)生在簡(jiǎn)化的情況下更好地理解化學(xué)平衡過程的建立。如圖2。

如構(gòu)造圖2（a）中表示的可逆反應(yīng)，如果生成物的濃度為零時(shí)，那么它的逆反應(yīng)速率則為零；反之，如果反應(yīng)物剛開始的濃度處于最大，那么它的正反應(yīng)速率也處于最大。如構(gòu)造圖2（b）表示的可逆反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行（由0→t1），如果生成物的濃度逐漸增大，那么其逆反應(yīng)速率也會(huì)隨之增大，反之，如果生成物的濃度逐漸減小，那么，其逆反應(yīng)速率也會(huì)相對(duì)應(yīng)的減小。如圖2（c）表示的可逆反應(yīng)，反應(yīng)進(jìn)行到一定時(shí)刻（t2），如果混合物處于一個(gè)化學(xué)平衡狀態(tài)，那么，則說明其正、逆反應(yīng)速率相等。

2.學(xué)生通過數(shù)形結(jié)合掌握化學(xué)過程的規(guī)律

化學(xué)中數(shù)形結(jié)合對(duì)于代數(shù)式的曲線弧度、精確刻劃、直線斜率等并沒有純數(shù)學(xué)的數(shù)形結(jié)合重視，主要重視是線段的拐點(diǎn)，也就是轉(zhuǎn)折點(diǎn)，以及線段的變化趨勢(shì)的意義。因此，在化學(xué)課程中應(yīng)用數(shù)形結(jié)合能夠使學(xué)生在掌握化學(xué)過程規(guī)律的效率得到促進(jìn)。

例如，一定質(zhì)量的冰醋酸在一定的溫度下加入水進(jìn)行稀釋，在該過程中則會(huì)導(dǎo)致溶液的導(dǎo)電能力變化受到影響。根據(jù)圖3所示，以下正確的是（ ）。

圖3

A.三點(diǎn)溶液的pH比較，a

B.三點(diǎn)醋酸的電離程度比較a

C.測(cè)量a處溶液的pH，使用濕潤(rùn)的pH試紙，測(cè)量結(jié)果較小

D.使用1mol/L的氫氧化鈉溶液中和，而后將氫氧化鈉溶液體積相比，a

冰醋酸加水在一定溫度下稀釋的過程，也就是冰醋酸加水過程中的離子濃度變化“量變”至“質(zhì)變”的過程。隨著加入水體積的增大，離子也隨之逐漸增大（0至b點(diǎn)）；b點(diǎn)以后隨著加入水體積的逐漸增大，離子的濃度則隨之減小。所以，要想本題解答困難減小，通過以上方式可以完全將“拐點(diǎn)”B的意義理解，將醋酸加水電離過程中離子濃度變化趨勢(shì)完全理解。

三、高中化學(xué)教學(xué)中應(yīng)用數(shù)形結(jié)合思想的對(duì)策

在高中化學(xué)教學(xué)中應(yīng)用數(shù)形結(jié)合進(jìn)行教學(xué)，那么就應(yīng)該遵循簡(jiǎn)單到復(fù)雜、單一至多重、定性至定量的整個(gè)過程，并且要完全滲透。將“數(shù)”與“形”的對(duì)應(yīng)關(guān)系及化學(xué)意義、曲線變化趨勢(shì)與化學(xué)反應(yīng)規(guī)律的對(duì)應(yīng)關(guān)系等進(jìn)行側(cè)重。這樣，可以使學(xué)生實(shí)現(xiàn)思維模式轉(zhuǎn)化，逐步由抽象轉(zhuǎn)換為直觀。

例如，將氫氧化鈉溶液加入氯化鋁中，而后再將已經(jīng)形成的氫氧化鋁的質(zhì)量與加入的氫氧化鈉溶液體積的關(guān)系圖畫出。這樣，學(xué)生就能通過數(shù)學(xué)知識(shí)和化學(xué)反應(yīng)結(jié)合將圖4的關(guān)系圖作出。教師在對(duì)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)時(shí)，一定要其注意對(duì)溶解氫氧化鋁沉淀及氫氧化鋁沉淀所對(duì)應(yīng)的堿的體積關(guān)系。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，數(shù)學(xué)結(jié)合思想作為一種科學(xué)的方法，其中“數(shù)”是形的依據(jù)，“形”是數(shù)的直觀表示，所以，其在人的思維領(lǐng)域內(nèi)，存在著兩種不同的意義。以“數(shù)”的意義來講，具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)纳羁绦?、抽象性、?yán)密性；而以“形”的層面來講，就屬于形象性、簡(jiǎn)潔性、直觀性。對(duì)于學(xué)生而言，數(shù)形結(jié)合主要是將抽象思維表達(dá)形象化，進(jìn)而讓其能夠真切將表達(dá)的技能感受與體驗(yàn)。同時(shí)，也是學(xué)生的抽象、形象思維的發(fā)展得到促進(jìn)，提升其綜合能力。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 張彩霞. 數(shù)形結(jié)合思想在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 新課程學(xué)習(xí)，2014（03）：90.

[2] 郭子春、徐泓. 例談數(shù)形結(jié)合思想在解析化學(xué)習(xí)題中的應(yīng)用[J]. 化學(xué)教學(xué)，2013（08）：54.

（作者單位：山西省朔州市第一中學(xué)校）