高三化學總復習教學中學生數據分析與處理能力的培養

　　摘 要： 化學是一門實驗科學，在學習中不但要掌握一些基本的化學學科知識，而且要關注它的實驗性。因此通過數據分析與處理形成科學結論，培養良好的化學素養與能力，既是教學需要關注的，又是高三化學總復習提升學生能力所必須著力強化的。
　　關鍵詞： 高三化學總復習 化學能力 數據分析 數據處理 能力培養
　　
　　高三化學總復習的教學中，我們一般會重點關注如下三個方面：（1）化學學科基礎知識和基本技能的知識網絡建構；（2）在相對完整的知識基礎上的化學學科素養與創新能力的提升；（3）應對考試的技能技巧培養和解題心理的歷練。對數據進行分析和處理是科學素質培養的重要組成部分，它要求學生通過對各種數據的分析處理，按其內在關系歸納成知識或規律，進而達到解決問題的目的。在考試說明中對學生形成信息素養方面，明確規定：“能夠通過對自然界、生產、生活和科學實驗中化學現象，以及相關模型、圖形和圖表等的觀察，獲取有關的感性知識和印象，并運用分析、比較、概括、歸納等方法對所獲取的信息進行初步加工和應用的能力。”實驗探究與解決問題模塊也規定：“能用正確的化學用語及文字、圖表、模型、圖形等表達化學問題解決的過程和成果，并做出解釋的能力。”
　　分析高考試題命題的特點和規律，對于數據分析和處理的考查（撇除滴定實驗中的數據處理和基本化學計算），主要的立足點在以下兩個方面。第一，如何運用實驗數據將化學知識、規律數據化或圖表化，讓知識的呈現更直觀。第二，對于圖表化的實驗數據，如何分析處理，找出繁雜數據下隱含的化學規律。第一點在教材中被廣泛使用，各組物質性質的數據圖，第二點是從事科學研究必備的素養，也是平時教學中易被忽視的。
　　學生在化學學習過程中，思維往往停留在知識、定性分析的層面，缺乏定量的概念，定量分析的思維往往局限在化學計算層面，這樣化學思維的廣度和深度都有欠缺。而且現在數學課在高考中的比重最大，學生在數學上花費的精力也遠遠超過化學，所以化學教學中可以借力，將學生在超量學習中培養的數學思維能力嫁接到化學教學中，以彌補化學復習課時、學生精力等不足，提高化學復習的效率。
　　一、結合數據分析與處理理解認識物質的性質及反應規律
　　傅鷹老先生曾說：“實驗是化學的最高法庭。”但實際教學中往往是記錄式、陳述式的化學結論偏多，化學學科的實驗性輕量化，老師和學生往往會形成一種錯誤的觀點，認為化學學科是“理科中的文科”，要求學生偏重記憶，增加了化學教學的難度。
　　特別是繁雜的物質性質和化學反應規律，命題者往往樂于在規律的條文和文字演繹變化中做文章，學生記憶容量大，思維辨析難度大，在現在高中選科模式下，會產生化學難學、難掌握觀點，從而拒絕選擇化學學科。一門學科為了最大化地普及，應該吸引學生去對它感興趣，樂于學習。化學學科作為實驗科學，可以很好地激發學生的興趣，如果把復雜多樣的物質性質和反應規律蘊藏在實際的實驗現象描述和科學數據中，教會學生數據分析和處理能力，這樣學生容易通過數據分析把握物質的性質和反應規律，應該比死記硬背化學知識和結論更容易對化學產生興趣，還能降低學習的難度。
　　［案例一］下表為烯類化合物與溴發生加成反應的相對速率（以乙烯為標準）。
　　C＝C上取代基的種類、數目間的關系。（2）下列化合物與氯化氫加成時，取代基對速率的影響與上述規律類似，其中反應速率最慢的是 （填代號）。
　　［解析］不飽和鍵的親電加成受不飽和鍵碳原子上連接的取代基團的影響，而使反應規律復雜多樣，在此類知識點的教學中有經驗的老師通常會幫助學生總結規律，形成結論。這樣長期教學中，化學規律越來越多，學生記得苦不堪言。對于客觀多樣化的物質性質和反應規律，一代代科學家通過實驗，研究，已經測定記錄了大量數據。我們要教會學生的應該是信息的收集整理和數據處理能力，就像科學家第谷一樣，通過分析觀察的大量數據從而總結出行星運動規律。而處理數據的第一要務是數據的分類分組，對數據分類歸納能力應該是從事科學研究的一個比較重要的能力，遠勝于對知識的記憶復述能力。本案例中可以對取代基的種類進行分組歸類，一類是鹵原子，3、4一組，結合測定的科學數據，不難總結出C＝C上連接鹵原子，烯對溴的加成速率降低；第二類是烴基，1、2、3一組，其規律是C＝C上連接甲基，數目越多，加成反應的速率越快。（2）可以應用規律指導解題，答案為D。如果學生對連接其他原子、基團或其他類型烴基感興趣，就會去查閱資料，自己運用所學技巧去挖掘總結，這樣難道不比老師灌輸結論更有利于激發學生學習興趣，提升學習能力和效果嗎？也更有利于學生以后的可持續發展。
　　所以，我們的教學，要教給學生鮮活生動的內容，而不是機械、陳舊的教條。這樣才能真正培養學生的創新能力，為其以后的發展提供不竭的動力。
　　二、運用數據分析與處理理解探究化工生產中的條件選擇與控制
　　江蘇高考獨立命題后，走了一條與其他省市完全不同的路，高考命題日益與現實社會的工農業生產相結合，強調了化學的現實性、實用性、真實性的統一。但現在學生與社會、工農業生產嚴重脫節，那就需要教師在教學中有意識地培養學生運用所學化學知識去觀察生活，審視化學工業生產，理解所學知識的實用性。
　　［案例二］ 酯是重要的有機合成中間體，廣泛應用于溶劑、增塑劑、香料、黏合劑及印刷、紡織等工業。乙酸乙酯的實驗室和工業制法常采用如下反應：
　　目前對該反應的催化劑進行了新的探索，初步表明質子酸離子液體可用作此反應的催化劑，且能重復使用。實驗數據如下表所示（乙酸和乙醇以等物質的量混合）。
　　根據表中數據，下列?搖?搖?搖（填字母）為該反應的最佳條件。
　　A.120℃，4h B.80℃，2h C.60℃，4h D.40℃，3h
　　［解析］實際的工業生產，應該說條件變化復雜多樣，因此我們的化學工程師在進行反應條件的探究時一定會注意“變量控制”的技術，即影響反應的條件多樣化時，我們為了探究條件對反應過程的影響，應該注意控制其它條件的相對穩定。這樣，我們才能探究出一個正確的實驗條件的影響。
　　如本案例中酯的合成工藝，對于時間和溫度變量，進行了一系列的實驗，得出一系列的實驗數據，要進行合理的篩選，必須進行變量控制，逐一進行條件選擇，然后綜合得出一個最優化的條件。
　　而數據的確定，往往依據數據本身我們很難得出科學結論，因為實踐中我們要綜合考慮成本、效益等問題。所以最強勢的數據往往不一定是最佳數據，如何挖掘出最佳數據？我們需要通過數據處理，有效的措施是進行作圖法，找出數據間的關聯關系和逐進關系，使結論直觀明確，所以我們需要對采集的數據進行作圖。圖例如下：
　　通過圖像的觀察，分析數據漸進關系，我們一般選擇在圖像曲線的轉折點，因為后繼的條件增加，對結果的影響幅度不大，這樣經濟效益增幅就不明顯，甚至成本會大幅度增加，從而降低工業效益。本題案例中的答案選擇C就很直觀明確。
　　通過上述兩則案例，我們針對高考命題的特點，幫助學生發展了分組歸納、變量控制和作圖法等數據分析與處理的基本方法，培養了學生興趣，發展學生的學習能力和應對考試的能力。這是一種非機械式的灌輸，是一種基于學生內源性的學習發展的需求，值得在高三化學總復習的教學中大力推廣，基于本文教學思想設計的教學案例，在蘇州2010年教學年會上公開展示，獲得與會老師一致好評。
　　
　　參考文獻：
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　　［5］姜宏飛.在高三復習課中培養學生數據分析和處理能力.廣東教育，2009，10.
　　注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文