從數(shù)形結(jié)合題觀初中化學(xué)定量觀的建構(gòu)

◎ 秦經(jīng)麗

一、問題的提出

考試是教學(xué)中的一個重要環(huán)節(jié),考試提供的信息比考試成績更重要,我們可以從中發(fā)現(xiàn)教學(xué)與考核中存在的問題,以便我們總結(jié)經(jīng)驗,找出對策,指導(dǎo)今后的教學(xué)活動。在對本校近三次化學(xué)考試進行大數(shù)據(jù)分析時,筆者發(fā)現(xiàn)在數(shù)形結(jié)合題中學(xué)生得分率明顯低于其他類型題目,甚至許多成績較好的學(xué)生也在這類題目中痛失數(shù)分,具體得分情況統(tǒng)計如表1。

表1 三次考試中數(shù)形結(jié)合題的得分率比較

華羅庚先生說過:“數(shù)缺形時少直觀,形少數(shù)時難入微,數(shù)形結(jié)合百般好,隔裂分家萬事休?！边@類利用圖像、圖表的方式,以數(shù)學(xué)模型的形式展現(xiàn)化學(xué)有關(guān)問題的試題被稱為數(shù)形結(jié)合題。

通過對數(shù)形結(jié)合題的分析,我們不難發(fā)現(xiàn)它對學(xué)生提煉、加工信息的能力的考查,更注重學(xué)生的數(shù)據(jù)處理分析能力的考察。在此基礎(chǔ)上,數(shù)形結(jié)合題把學(xué)生能否運用一些重要的化學(xué)概念、規(guī)律與原理解決簡單問題作為一項重要的素養(yǎng)進行考核,這恰恰體現(xiàn)了化學(xué)教學(xué)改革的最新理念。

二、題型解讀

數(shù)形結(jié)合題不僅考查學(xué)生對基本的化學(xué)概念、原理的理解,同時還考察了學(xué)生的證據(jù)推理能力、分析解決問題的能力,具有很強的選拔功能。通過對近五年的安徽中考化學(xué)試題的整理分析,發(fā)現(xiàn)安徽中考化學(xué)中數(shù)形結(jié)合題的考察主要有兩種形式:基礎(chǔ)原理題和科學(xué)探究題。

在基礎(chǔ)原理題中通?？疾靾D像與變化的對應(yīng)關(guān)系,初中化學(xué)常見的有:溶解度—溫度曲線、產(chǎn)物的質(zhì)量—反應(yīng)物的質(zhì)量曲線、溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)—溶劑或溶質(zhì)質(zhì)量曲線、溶液的pH—酸堿或水的體積曲線、壓強與反應(yīng)時間曲線等(如例1)。

例1 下列敘述與相應(yīng)圖象變化關(guān)系相符的是( )

A.分別把a、b、c 三種物質(zhì)的飽和溶液由t2℃降低至t1℃時,所得溶液中溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的順序為a>b>c

B.恒溫條件下,將一定量接近飽和的氯化鈉溶液蒸發(fā)適量水分

C.不同金屬與一定量的稀鹽酸反應(yīng),由圖象可知,金屬N 比金屬M 活潑

D.向一定量氫氧化鈉溶液中逐滴加入稀鹽酸

在科學(xué)探究題中通常以學(xué)生熟悉或不熟悉的實驗為情境,利用數(shù)字化傳感實時、動態(tài)的數(shù)據(jù)繪制曲線圖(如例2),考查學(xué)生從圖形中獲取證據(jù)進行推理的能力,以及運用已有知識解釋實驗結(jié)果的能力,體現(xiàn)了“宏觀—微觀—符號—曲線”四重表征的學(xué)科特點。但部分學(xué)生難以將宏觀的化學(xué)變化、微觀的化學(xué)反應(yīng)、化學(xué)用語與數(shù)形曲線進行有機結(jié)合,孤立的解讀曲線的內(nèi)容,難以有效解答數(shù)形結(jié)合題。

例2 如圖為運用數(shù)字化實驗測量向盛滿二氧化碳的密閉裝置內(nèi)注入石灰漿(含有氫氧化鈣的白色渾濁液體)并振蕩裝置后相對壓強的變化曲線,結(jié)合數(shù)據(jù)分析下列說法錯誤的是( )

1.曲線①到②壓強上升,是因為石灰漿注入裝置時,擠壓了瓶內(nèi)氣體

2.曲線②到③壓強緩慢下降是因為沒有振蕩裝置,裝置內(nèi)二氧化碳?xì)怏w沒有來得及和石灰漿反應(yīng)

3.曲線③到④迅速下降是振蕩裝置后,石灰漿和瓶內(nèi)二氧化碳發(fā)生反應(yīng)的結(jié)果

4.曲線表明氫氧化鈣可用于檢驗二氧化碳

在化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中有這樣一句話:“從定性到定量,體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科發(fā)展的趨勢?！痹诹x務(wù)教育階段,我們的教學(xué)重在啟發(fā)學(xué)生對化學(xué)的求知欲與好奇心,通過生動而有趣的化學(xué)變化現(xiàn)象,讓學(xué)生在對物質(zhì)世界里變化規(guī)律的學(xué)習(xí)中形成“物質(zhì)是可以變化的”這樣的基本觀念,這就屬于定性認(rèn)識。而為了使定性認(rèn)識的內(nèi)容更為廣泛和深入,我們還需要利用定性分析作為補充,從而是定性認(rèn)識的內(nèi)容更為準(zhǔn)確和科學(xué)。所以,定性與定量是相輔相成,互為補充的,不能完全割裂的對待,在義務(wù)教育階段也需要適當(dāng)?shù)陌l(fā)展學(xué)生的定量認(rèn)識。化學(xué)學(xué)科的發(fā)展也是順著從定性到定量,從宏觀到微觀而逐步深入和豐富的。

三、教學(xué)模型

由于義務(wù)教育階段對化學(xué)的要求較為基礎(chǔ),在安徽中考的歷年化學(xué)試題中考察到定量分析的內(nèi)容極少,這導(dǎo)致大多數(shù)教師在日常的教學(xué)中重定性、略定量,以至于初中學(xué)生對化學(xué)定量的認(rèn)識層次較低,他們的化學(xué)定量認(rèn)識水平與當(dāng)前的思維水平有著極大的差距。筆者認(rèn)為這與教師的教學(xué)方法、教學(xué)策略脫不開關(guān)系,由于中考的導(dǎo)向性,日常教學(xué)中教師也很容易忽視定量認(rèn)識的教學(xué),更別說對其內(nèi)涵與價值的延伸。更有甚至將定量內(nèi)容作為事實性知識或技能來進行教學(xué),以至于學(xué)生采取死記硬背的方法來學(xué)習(xí)化學(xué)定量觀這一觀念類內(nèi)容,導(dǎo)致學(xué)生無法建立“宏觀—微觀—符號—曲線”四重表征之間的邏輯關(guān)系,更難以構(gòu)建觀點、結(jié)論和證據(jù)之間的聯(lián)系。因此我們需要從教學(xué)的戰(zhàn)略角度深刻認(rèn)識定量觀對化學(xué)學(xué)習(xí)的重要性,針對熟悉的教材我們要學(xué)會換個角度、運用定量的觀點重新分析與解構(gòu)相關(guān)的知識?；瘜W(xué)定量觀的建構(gòu)是要以基本的化學(xué)知識與化學(xué)思想方法作為基礎(chǔ),有意識的主動探索其中蘊含的化學(xué)定量的觀念,在對知識的不斷深入探索中,實現(xiàn)化學(xué)定量有關(guān)思想與觀念的螺旋上升,而溶解度相關(guān)內(nèi)容恰是最佳的構(gòu)建素材。

這一教學(xué)模型包括知識與認(rèn)知過程兩條線索,在教學(xué)過程中要設(shè)計一系列推進式的問題,引導(dǎo)學(xué)生在問題的推動下展開相關(guān)的探究活動,學(xué)生在知識的獲取中初步完成對于觀念的建構(gòu)過程,通過溶解度等相關(guān)概念的理解并應(yīng)用來建構(gòu)定量認(rèn)知,并最終建構(gòu)定量觀(如圖1)。該模型主要包括三個階段:第一階段是激活定量認(rèn)知,通過感性認(rèn)識了解溶液的形成,進行定量觀察;掌握飽和溶液與不飽和溶液的概念后,設(shè)計推進式的定量問題,使學(xué)生定量分析的探究活動在問題驅(qū)動下進行;第二個階段是內(nèi)化定量認(rèn)知,在具體的問題情境中深入微觀層面,通過溶解度曲線繪制的活動初步理解化學(xué)定量的內(nèi)涵,提煉形成相關(guān)定量表征的方法;第三階段是構(gòu)建化學(xué)定量觀,在上述學(xué)習(xí)活動基礎(chǔ)上,可以根據(jù)學(xué)生思維活動的線索記錄評價性問題,促使學(xué)生將定量觀念外顯,在實踐中進一步反思評價定量認(rèn)知,了解定量觀在生產(chǎn)生活中的價值。

以這一系列推進式的問題為引導(dǎo),通過問題解答活動來幫助學(xué)生構(gòu)建化學(xué)定量觀,從而構(gòu)建“宏觀—微觀—符號—曲線”之間的內(nèi)在邏輯關(guān)系,由表及里,由淺入深,由知識到觀念的教學(xué)設(shè)計更符合學(xué)生思維發(fā)展的順序,也體現(xiàn)了知識內(nèi)化的程序。

四、教學(xué)技巧

首先,要審析化學(xué)原理。僅從數(shù)與形的角度分析是難以解決化學(xué)問題的,所以還要結(jié)合具體的題干信息,找出其中包含的化學(xué)反應(yīng)或化學(xué)知識,再結(jié)合數(shù)形的變化分析數(shù)形變化背后蘊含的化學(xué)原理,為了幫助理解可以將反應(yīng)用化學(xué)方程式表示出來。

其次,關(guān)注兩軸四點一趨勢。將坐標(biāo)軸所代表的量與化學(xué)原理相結(jié)合,將化學(xué)知識帶入曲線的變化去分析。根據(jù)確定的變化趨勢關(guān)注曲線中的四點即起點、交點、轉(zhuǎn)折點、終點。起點表示某變量在開始時的狀態(tài),終點指的是該變量在結(jié)束時的狀態(tài),值得注意的是起點和終點時是否處于零點;交點意味著兩個變量在該點的狀態(tài)一致;轉(zhuǎn)折點大多數(shù)表示反應(yīng)停止、狀態(tài)改變等。

在解題時,我們要基于對曲線背后化學(xué)原理的理解,理清曲線、數(shù)值、變化三者間的關(guān)系,根據(jù)題目設(shè)問進行規(guī)范作答。

五、總結(jié)

數(shù)形結(jié)合題作為近年來中高考化學(xué)的熱點題型,考察的不僅是學(xué)生對化學(xué)基本概念、原理的理解,更關(guān)注學(xué)生的分析解決問題甚至發(fā)現(xiàn)問題的素養(yǎng),選拔的取向性很強。但是以安徽中考近年來的化學(xué)試題來分析,題目中涉及的數(shù)形結(jié)合題在減少,題型和考察的知識點都面臨固化,這種選拔的取向也被弱化了,綜合來看可能與近年來安徽中考改革化學(xué)分?jǐn)?shù)下降有關(guān)。在僅有40分的情況下,中考化學(xué)如何做到知識覆蓋面與考察深度的平衡,這是當(dāng)前安徽中考改革中需要思考的一個問題。我們需要從教學(xué)的戰(zhàn)略角度深刻認(rèn)識定量觀對化學(xué)學(xué)習(xí)的重要性,以一系列推進式的問題為引導(dǎo),通過問題解答活動來幫助學(xué)生構(gòu)建化學(xué)定量觀,從而構(gòu)建“宏觀—微觀—符號—曲線”四重表征之間的邏輯關(guān)系,由表及里,由淺入深,由知識到觀念,深刻認(rèn)識觀點、結(jié)論和證據(jù)之間的聯(lián)系。