優(yōu)化圖像教學(xué)促進(jìn)思維發(fā)展

課題提出

浙江省普通高考考試說明指出：“化學(xué)科考試以能力測試為主導(dǎo)，全面檢測學(xué)生的化學(xué)科學(xué)素養(yǎng)”。對(duì)化學(xué)學(xué)習(xí)能力的要求中明確指出：“考察學(xué)生接收、吸收、整合信息的能力，要求學(xué)生通過對(duì)實(shí)際事物、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)物、模型、圖形、圖表的觀察，獲取感性知識(shí)，并能進(jìn)行初步加工、吸收和有序儲(chǔ)存；要求學(xué)生將分析解決問題的過程和成果，用正確的圖形、圖表等表達(dá)出來，并作出解釋”。而在平時(shí)教學(xué)中發(fā)現(xiàn)：“要求學(xué)生把形成的化學(xué)知識(shí)、規(guī)律用化學(xué)圖像表達(dá)出來，以及從已知圖像中獲取有用信息為解題服務(wù)的學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)普遍性困難，原因在于學(xué)生的思維特點(diǎn)與構(gòu)建高中化學(xué)知識(shí)和方法體系的高能力要求不相匹配”。如何突破高能力的學(xué)習(xí)要求跟學(xué)生低水平思維間的不匹配矛盾呢？本文就破解此問題在高三電離平衡復(fù)習(xí)課的課堂教學(xué)中做了以下嘗試：

一、運(yùn)用圖像處理化學(xué)反應(yīng)過程，培養(yǎng)和提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和探究能力

【案例1】在復(fù)習(xí)溶液導(dǎo)電性問題時(shí)，進(jìn)行了如下設(shè)計(jì)：

①課堂演示：1mol/L醋酸、鹽酸、醋酸鈉、硫酸亞鐵、硫酸銅溶液的導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)。（裝置相同）

現(xiàn)象：導(dǎo)電性：硫酸亞鐵＝硫酸銅＞鹽酸＝醋酸鈉＞醋酸

學(xué)生討論并回答導(dǎo)電性不同的原因。

結(jié)論：影響溶液導(dǎo)電性的因素：1.離子濃度2.離子所帶電荷數(shù)﹙3.溶液溫度、電極間距﹚

②學(xué)生思考：將0.1mol/L鹽酸滴入0.1mol/LNaOH中，溶液的導(dǎo)電性將如何變化？

③教師點(diǎn)撥與引導(dǎo)分析：滴加鹽酸過程中，溶液中的離子濃度如何變化？得出導(dǎo)電性I——V(酸)的圖形。

④變式：若將鹽酸換成同濃度的醋酸，圖像又該怎樣？

體會(huì)：此案例利用圖像從定性和定量兩方面描述反應(yīng)過程中溶液導(dǎo)電性的變化，不僅能提供給學(xué)生處理問題的過程、方法，還貫穿著化學(xué)思想和方法的教育，培養(yǎng)了學(xué)生思考問題的能力和解決問題的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度、科學(xué)方法，對(duì)化學(xué)概念和規(guī)律的描述有采用文字、解析式和圖像三種等價(jià)但抽象水平不同的描述方法。其中圖像是用化學(xué)理論推導(dǎo)或?qū)嶒?yàn)中得出來的，是數(shù)與形相結(jié)合的產(chǎn)物。對(duì)化學(xué)過程和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的描述具有直觀、形象和簡潔的特點(diǎn)。很顯然，運(yùn)用圖像來呈現(xiàn)和構(gòu)建知識(shí)體系，更符合學(xué)生“以形象思維為主逐漸向抽象思維為主過渡”的特點(diǎn)。

二、利用圖像類比優(yōu)化學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，提高學(xué)生思維的品質(zhì)和能力

人類最早表達(dá)思維的方式并不是語言式的文字，而是圖畫。圖形能將多種因素之間的復(fù)雜關(guān)系用簡單的線條直觀地展示出來，能將數(shù)學(xué)公式或抽象理論轉(zhuǎn)換為清晰的化學(xué)圖像。

圖像類比充分利用人的非語言處理系統(tǒng)，以表象形式促使學(xué)習(xí)者進(jìn)行類比推理，圖像類比含有解釋功能，不僅避免了冗長的文字?jǐn)⑹觯灾庇^簡明的特點(diǎn)，傳遞復(fù)雜、抽象的科學(xué)概念，對(duì)學(xué)習(xí)過程有正確的幫助。在教學(xué)中使用圖像類比，有助于提高教師活動(dòng)的質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)成效。

【案例2】在復(fù)習(xí)強(qiáng)弱電解質(zhì)的本質(zhì)差異的教學(xué)時(shí)，進(jìn)行如下設(shè)計(jì)：

1.問題：同物質(zhì)的量濃度的鹽酸和醋酸如何鑒別。學(xué)生討論并回答。

教師匯總學(xué)生的結(jié)論并總結(jié)解題思路及鑒別方法。

解題思路：相同點(diǎn)：濃度相同。

不同點(diǎn)：氫離子濃度不同、總的離子濃度不同、陰離子種類不同。

鑒別方法：①根據(jù)總的離子濃度不同，可用測溶液的導(dǎo)電性

②根據(jù)氫離子濃度：可用測PH及加碳酸氫鈉、碳酸鈉、鎂、鋅等看氣泡快慢。

③根據(jù)陰離子不同：（醋酸根的檢驗(yàn)不做要求）

2.演示：0.1mol NaHCO3固體分別與100mL1mol/L的鹽酸、醋酸混合。

要求學(xué)生從開始反應(yīng)的速率大小、哪個(gè)反應(yīng)先停止、最終氣球的大小三方面來描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：開始反應(yīng)速率鹽酸快，鹽酸反應(yīng)先停止，最終氣球一樣大。

然后要學(xué)生解釋現(xiàn)象，再根據(jù)現(xiàn)象畫出產(chǎn)生的V(CO2)與反應(yīng)時(shí)間t的關(guān)系圖。得出圖A。

變式一：畫出產(chǎn)生CO2的速率與反應(yīng)時(shí)間的v-t圖。（學(xué)生動(dòng)手），師生一起得出圖B。

變式二：將0.1mol NaHCO3固體與pH=2的鹽酸、醋酸混合（酸過量），則產(chǎn)生的CO2體積與反應(yīng)時(shí)間的V-t圖像又該怎樣？學(xué)生畫圖。師生一起得出圖C。反應(yīng)速率v-t圖呢？得出圖D。

變式三：將pH=3的鹽酸、稀醋酸分別加水稀釋，此時(shí)溶液pH將如何變化？畫出所加水的體積V與溶液的pH的變化關(guān)系圖。得出下面圖像：

體會(huì)：課堂是向未知方向挺近的旅程，隨時(shí)都有可能發(fā)現(xiàn)意外的通道和美麗的圖景，而不是一切必須遵循固定路線而沒有激情的行程，高三復(fù)習(xí)教學(xué)應(yīng)注意知識(shí)的生成，生成是知識(shí)建構(gòu)的一種方式，在生成的理念下，學(xué)習(xí)不是被動(dòng)的接受知識(shí)，而是獨(dú)立選擇、重組、加工，重新構(gòu)建新的知識(shí)結(jié)構(gòu)過程。

在教學(xué)實(shí)踐中，我們把有關(guān)化學(xué)規(guī)律的文字表達(dá)和圖像表達(dá)，通過圖像類比進(jìn)行了有機(jī)整合，如“案例2”所示，促進(jìn)學(xué)生抽象思維水平的提高和學(xué)習(xí)能力的提升，較好的解決了化學(xué)知識(shí)構(gòu)建高能力要求跟學(xué)生抽象思維發(fā)展低水平間的矛盾。

三、運(yùn)用化學(xué)圖像表述化學(xué)原理，提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)解決問題的能力

【案例3】在復(fù)習(xí)電離平衡的影響因素的教學(xué)時(shí)，進(jìn)行如下設(shè)計(jì)：

1.除了加水，還有哪些措施能促進(jìn)醋酸的電離？①降溫；②去H＋；③去CH3COO－

2.例題：某溫度下，1.01mol/L的醋酸的pH=2，求電離度α及該溫度下的電離常數(shù)Ka=？

(1)若平衡后加NaOH固體，忽略溶液溫度和體積變化，各粒子濃度及Ka如何變化？

(2)若重新平衡時(shí)pH=3，求此時(shí)c(CH3COOH)、c(CH3COO－)的值。

(3)畫圖：加NaOH時(shí)，pH由2到3的過程中，pH、c(CH3COOH)、c(CH3COO－)三者變化的關(guān)系圖。

追問：①倘若再加NaOH呢？pH、c(CH3COOH)、c(CH3COO－)三者又如何變化？

②當(dāng)c(CH3COOH)=c(CH3COO－)時(shí)，此時(shí)pH=？

師生一起完成加NaOH使溶液pH由2變?yōu)?、4、6過程中，pH、醋酸根、醋酸三者濃度變化的關(guān)系圖。

根據(jù)圖中任何一點(diǎn)pH所對(duì)應(yīng)c(CH3COOH )、c(CH3COO－)，都可求出醋酸的電離常數(shù)。一般我們選擇圖中c(CH3COOH)=c(CH3COO－)的交叉點(diǎn)來計(jì)算電離常數(shù)，比較方便。

體會(huì)：在教學(xué)中充分利用圖形形象、直觀和簡約特點(diǎn)，可以幫助學(xué)生全面動(dòng)態(tài)地把握化學(xué)過程，啟迪學(xué)生的思維和提高學(xué)生抽象思維的水平。高三復(fù)習(xí)課在注重知識(shí)形成的過程上，要更加注重學(xué)生化學(xué)語言表達(dá)能力、分析解決問題能力的提升。要求學(xué)生能把形成的知識(shí)用圖像、圖表等表述出來，目的是使抽象的知識(shí)上升到簡單、直觀的圖像，再以圖像歸納總結(jié)已有知識(shí)，無形中使學(xué)生的作圖、識(shí)圖能力上升到更高的層次。再來回顧近幾年的化學(xué)圖像題，使學(xué)生具備“一覽眾山小”的能力和魄力。