有關化學式計算的教學原理初探

聶軍 謝祥林

摘 要：主要研究了化學式計算的學習條件及學習的心理機制，學生在學習有關化學式的計算中，數學計算技能是滿足學習化學式計算要求的前提，但對于原子、分子組成，化學式表示物質組成等概念不清將嚴重影響有關化學式的計算。另外，對相對原子質量表示原子的質量不理解，而且教學中強調相對原子質量不表示原子的質量，使學生喪失了學習化學式計算的基礎。

關鍵詞：化學式計算；化學教學；學習條件分析

有關化學式計算是化學科學中最基礎的知識，是九年級化學教學的重點內容和難點內容，化學學科的后續學習都要在具備清晰、熟練的化學式計算技能的條件下才能順利地進行。化學教師對有關化學式的計算教學進行了一定程度的研究，提出了一些具有一定理論的、有一定效果教學方法，但從學生學習和教學實際來看，有關化學式計算的教和學的效率都不是太高。探討有關化學式計算教學的原理對于指導中學化學的教學具有很好的實際意義。

一、有關化學式計算的學習條件分析

化學式是用元素符號或元素符號與數字的組合表示物質組成的式子，是一種可以表達多種含義的化學符號：表示某種物質、表明了這種物質的元素組成、表明一種物質的分子（對于分子化合物）、表明分子的原子構成情況等。表明物質元素組成及分子的原子構成是有關化學式計算的基礎。

有關化學式計算看上去十分簡單，但由于是在分子和原子層次上認識化學式并進行計算，所以在學生學習中并不如想象的那么容易。學生必須具備以下幾項條件：

1.學生必須明了化學式表明了物質最小組成

任何數量的物質都是這種組成的按整倍數的擴大，這一最小部分就代表了整個物質，同樣這一小部分的相關量計算就代表了整個物質相關量的計算”這一認知基礎。

2.清晰的原子概念

學習者必須具備清晰的原子概念，必須知道原子在化學反應中是一個不“破裂”的球，而且任何同種原子的質量都相同，物質的最小組成就是由化學式所表示的原子種類和各種原子的數目。

3.清晰的相對原子質量概念

由于原子的質量很小，其質量是用相對原子質量表示的，而不用千克（kg）質量單位來表示原子的質量。

二、有關化學式計算學習困難原因的調查研究

有關化學式計算類型較多，常見的有關化學式計算類型及各種計算類型學習過程中產生的困難原因調查分析如下：

1.對分子質量計算

這是最簡單，最基礎的有關的化學式計算。這一計算在學生的學習中相對來說是簡單，約90%的學生可以在課堂內掌握概念和計算方法，因為相對分子量是直接將化學式中各原子相對原子質量加和。但是仍然有部分學生學習困難。經訪談得知，原來學生并不清楚原子的概念，他們對原子是球形不清楚，對化學式里的符號與符號所表示的原子不能進行轉換，因而沒法學習相對分子質量的計算。這些學生不能用思維來掌握原子的形貌，因此也沒法認識物質的組成，對化學式的來源和表達物質組成的意義不清楚。例如，有的學生在計算H2O的相對分子質量時，因為只知道“H2O”表示水的化學式，將其理解成表示水的符號，而不能理解為表示水分子的原子組成表達，不知道“H”“O”這兩個符號在整個化學式中既可以表示宏觀的水的組成元素，也可以表示微觀的分子的原子構成，不理解符號可以表示氫原子和氧原子，從而無法下筆進行計算。

2.根據化學式求組成元素中各元素的質量分數

這種計算類型有兩個原理必須掌握，一是要理解對于物質來說其組成是用“元素”而非原子表示的，在分子中講原子構成，但對于物質而言講元素組成。二是化學式所表示的原子構成是物質組成的最小單位，因此，計算物質中各元素的百分含量的原理就是計算化學式中各種原子質量占化學式中全部原子質量的總和百分數。對于百分數的計算，絕大部分學生是熟悉的，學生學習中出現的問題主要是不能將物質中元素的質量轉換為化學式中原子的相對原子質量，將物質中元素質量比轉化為一個分子中原子的相對質量比。對學生進行訪談顯示，出現這些問題的原因在于學生學習分子、原子、元素、化學式等概念時，知識機械的記憶理解概念，不會對宏觀的元素與微觀的原子這兩個概念進行聯系，以及對化學式是表示分子組成的符號，在表觀上表示物質的組成單元的這一原理進行深度解析、二次加工。例如，在計算SO3中氧元素的質量分數時，要理解SO3分子是三氧化硫這一物質的組成單元，三氧化硫這一物質就是若干個SO3分子聚集而成的，SO3分子中氧原子的質量分數就代表了氧元素在整個三氧化硫這種物質中的質量分數。

3.根據化學式計算物質中各元素質量比

此類問題同樣是從物質組成單元（即化學式）中各元素原子的質量比而推論為物質中各元素的質量比。化學式表示物質的最小組成單元（包括分子組成），而整個物質中各元素的原子組成與化學式中各元素的原子組成是一致的，因此只要求出了化學式中各元素的原子質量比，這個各元素的原子質量比，就是物質中各元素的質量比。對于這類有關化學式的計算，學生出現的主要問題是沒有理解化學式的宏觀含義可以表示一種物質以及表示該物質的元素組成，不能將物質中各元素的質量比轉化為化學式中各原子的質量比。究其原因，除了前面幾項學習中所產生的問題，學生對于化學式表示物質的單元（分子）組成，而單元（分子）組成與整個物質的組成是一致的這個原理不甚理解，因而造成了在計算物質中各元素質量比時出現概念指向不明及質量與微粒數目概念混淆的問題。

4.根據化學式計算一定量物質中所含某元素的質量

這類計算是在前面三類計算的基礎上發展的較為高級的計算，其計算較之前三類計算多了一項計算技能，就是在已知某物質中M元素含量為b%的基礎上，求a kg物質中所含M元素的質量。進行此項內容的學習，學生必須有這樣的知識，即分子是物質組成的最小單位，表示物質的化學式其實也是表示了這種物質的最小組成單位，然后轉化成所有物質的組成就是這些小單位的無限重復。這類計算也可以看成是一個比例式的計算，只要將其換個形式理解，即百分含量是指每個組成單元中某元素原子的含量，這種計算就很容易被學生理解和接受了。

三、有關化學式計算的教學原理

有關化學式計算教學的研究說明，根據化學式進行計算需要兩方面的基本技能，一方面是數學技能，另一方面是化學的基本概念要清晰。對數學技能的要求不高，主要是比例的計算，九年級學生進行比例計算是較為熟悉的，但將比例計算技能運用到化學式計算中產生困難的主要原因乃是化學基本概念掌握不牢固。在有關化學式的計算教學當中，學生掌握原子的形貌和化學式所表達的意思是基礎，因為無論是分子或是化學組成單元，首先必須使學生理解到這些都是由不改變的原子組成的，而且每個原子的形貌和質量都是固定且不改變的，這樣學生可以對分子和物質的組成單元就可以清晰地從原子的角度理解，各種有關質量的計算中就可以從他們的原有知識出發解決問題。其次是準確地理解相對原子質量，對相對原子質量應該理解為也是表示原子的質量的一個量，只不過相對原子質量不是以kg做單位，而是以一個化學科學中設定的一個值—— 一個碳原子質量的十二分之一的質量為一個單位來衡量原子的質量。如果學生將相對原子質量理解非表示原子的質量，那么有關化學式計算就喪失了學習的基礎。

參考文獻：

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（作者單位 湖南師范大學化學化工學院）