對物質的量及其單位教學環節的探索

摘 要： 本文對物質的量引入的方式及摩爾質量與相對式量關系的講解教學環節進行了探討。

關鍵詞： 物質的量 物理量的創設 比例法 高中化學教學

物質的量是高中化學中一個很重要的基本概念，它是摩爾質量、摩爾體積、物質的量濃度、平均摩爾質量等概念的母體。從純化學知識點上看，它是貫穿整個高中化學計算的靈魂。從生活生產中看，它廣泛地應用于工農業生產和科學研究中；它的重要性是不言而喻的，而新教材的編寫又把這部分內容放在了第一章第二節，對于這時期學生的學情來說，他們的化學知識總體較淺，沒有豐富的元素化合物知識，對微觀世界的認識只是停留在簡單的原子、分子構成層面上。客觀從化學知識結構角度上說，此時引入物質的量的概念有點早，對學生來說是一個巨大挑戰。如何由淺入深、循序漸進地講解；如何合理地分化難點是擺在化學教師面前的一個重要任務。如果學生一開始在這里沒學好，就會對學生學習化學造成心理障礙，產生畏難情緒，對以后學習化學產生嚴重的影響。針對以上問題我對物質的量的教學談談心得體會。

一

首先，對教材中物質的量的引出我有不同的看法。先看物質的量引出的兩個范例。

范例1：

[引出基本概念] 18克水可以用托盤天平稱量，但1個水分子卻無法稱；1把大米可以稱量，1粒大米卻無法稱，但1粒大米質量可以計算，同理，1個水分子的質量也可以計算，通過物質的量進行換算。科學上用“物質的量”這個物理量把一定數目的原子、分 子或離子等微觀粒子與可稱量的物質聯系起來。

范例2：

[教學過程設計]

[引言]

同學們，我這里有一杯水。請問，我們可以通過哪些物理量來描述有多少水呢？請同學們從多角度來分析。

[生]展開分析討論。質量，體積，水分子的個數……

[師]引導學生回答，水的質量可以用天平稱量，水的體積可以用量筒來量取。那么水分子的個數呢？可以直接用儀器測量嗎？如果不能直接測量，那么我們怎樣才能知道這杯水中含有多少個水分子呢？

[激思]請同學們相互討論設計解決問題的方案。

[學生討論，提出研究方案]不能直接用儀器測量，但如果已知一個水分子的質量就可以通過計算求出一定質量的水中所含水分子的個數。

[師生評價] 同學們提出的方案很好，下面我們就來完成。

[投影]我們由以下幾個物理量來描述燒杯中水的多少：

[學生練習]略

[師]我們注意到，我們是用已知的水分子的質量來計算的，那么，我們在實驗室中能否稱出一個水分子的質量呢？其他的微觀粒子也是如此，那么如果沒有已知一個微粒的質量，我們又能不能知道一定質量的物質中含有的微粒數目呢？宏觀質量與微粒數目之間到底有什么樣的聯系呢？大家和我一起學了今天的內容后就會知道了……

以上兩個范例引出物質的量的概念手法雖然繁簡有別，但本質是一樣的，都是從為什么要創設“物質的量”為知識背景引入。這是學習一個新物理量正常思維方式，徹底理解一個物理量在自然科學研究領域或生活領域中的創設需求，就等同于掌握這個物理量的根源，學起來就會很輕松。有的物理量創設非常貼近我們的生活，如 “速度” “長度”和“體積”等物理量，這些物理量只要一提出來，學生很快就會理解為什么要創設它們。但與上述物理量相比，物質的量的創設需求卻非常深奧：它是聯系宏觀與微觀粒子的橋梁，表面上是計量微觀粒子的多少，實際上是通過這種計量方式達到微觀粒子數與宏觀物質的質量建立聯系的目的。這是化學學科發展到一定程度才意識到的一個需求。如果一開始就這樣給學生講其引入背景，學生就會“丈二和尚——摸不著頭腦”，根本不會理解其本意。所以每每這樣講起來總覺得不是很順。那么，如何處理這個環節呢？

根據知識認知的螺旋上升性，我認為物質的量的第一個課時先不要急于把物質的量的引出與物質質量聯系起來，僅僅把它作為一個統計微觀粒子的數目為目的的物理量出現，就會降低物質的量的學習難度，使學生更易接受；等學習完了摩爾質量之后，明白物質的量與物質質量的關系，在此時教師稍加引導，學生自然就會領悟到物質的量創設的真實需求：物質的量不僅僅是一個統計微觀粒子數目的集體，更是聯系微觀粒子數與宏觀物質的質量的橋梁。我講解的一個范例如下。

范例3：

[教學過程設計]

[引言]

同學們，我們今天學習第一章第二節：化學計量在實驗中的應用。

“計量”是我們常用的詞，什么需要計量呢？我們仔細想一想，每一種計量方式都是針對一個物理量而提出。如：速度、時間、長度等它們都是物理量，都需要用特定的方式去計量。但每個物理量的提出都會涉及科學研究領域或生產實踐領域中遇到的問題。如要研究機械運動時要描述物體移動的快慢便產生了“速度”這個物理量、要研究物體的長短及所占空間的大小便產生了“長度”及“體積”等物理量。我們已經學習了許多物理量及其計量方式，它們能用來解決我們身邊的許多問題。今天為什么又要提出“化學計量”在實驗中的應用呢？

我們首先要了解在化學實驗研究上遇上什么需要計量的問題。化學學科的定義中可知道從物質組成上認知物質是化學的一個重要內容，任何一個肉眼能看到的宏觀物質，從組成上說都是由許許多多看不見的微觀粒子聚集而成。我們能見到的一滴水，是由很多水分子聚集而成，到底有多少水分子呢？要不要計量呢？要計量是肯定的，但如何計量？如用常規的計量方式表示，它們大概有15萬億個水分子。顯而易見這種計量方式是很繁瑣的。對于像水分子一樣粒子很多，它們的特征是體積小、質量小、數量又很龐大，我們采取什么方式來計呢？通過我們今天學習我們就徹底知道了……

以上的開頭并沒有提出質量與物質的量有關聯，把物質的量引出僅僅限定在解決計量微觀粒子的多少的范圍之內，學生就不難理解用阿伏伽德羅常數為一個單位計量微觀粒子的方式。至于接下來如何進一步講清楚物質的量這個概念，我就不再贅述了。

二

其次，對課本上摩爾質量的講解我也提出不同的看法。一般情況下對摩爾質量的講解是先給出一些原子、離子和分子的真實質量，然后讓學生分別計算出它們1摩爾的質量是多少，從而讓學生發現1摩爾任何物質的質量（以克為計）在數值上等于它們的化學式量。基本形式如下：

范例1：

填寫下面的表格，看是否可以從這些數據中得出有用的結論。

結論：

[歸納]一、摩爾質量

這樣處理給學生的感覺只是對上述的結果感到驚訝、覺得很神奇；然而老師沒有繼續講出這種神奇的結果與物質的量的單位摩爾設定的必然聯系。讓學生只是在神奇的感覺中接受了它、使用了它。我覺得這恰恰抹殺了科學家苦心創設物質的量及巧妙設置其單位的大智慧，使學生無法真正地理解阿伏伽德羅常數的規定，失去了一個化學史教育的大好時機。

那么，如何突破這一難點呢？下面就是我創意的一個范例。

范例2：

[教學過程設計]

[引言]

同學們，我們上節課學習了一個新的物理量——物質的量，學習了它的單位。請一位同學回答物質的量的單位摩爾是如何規定的？

學生回答：略。

我們先看看用下面比例法的推導：

從上面的推導中不難看出：1摩爾鐵原子的質量如果以克為計在數值上必然等于鐵的相對原子質量（56）、我們也不難以此方法為基礎推出：1摩爾任何物質的質量如果以克為計在數值上恰好等于其式量。

[歸納] 一、摩爾質量

到此，讓學生終于明白了科學家對阿伏伽德羅常數的規定起到了一石二鳥的作用，體會到科學家如此規定顯示出來的大智慧；它不僅僅解決了物質的量的單位問題，最主要的是把物質的量與物質的質量相關聯；讓學生很自然地理解出物質的量不僅僅是一個統計微觀粒子數目的集體，更是聯系微觀粒子數與宏觀物質的質量的橋梁。