讓數據在高中化學課堂發言

鄒莉

摘要：數據是描述事物的符號記錄。合理利用數據可以將復雜的化學反應簡單化，深奧的化學反應原理淺顯化，抽象的微觀世界具體化，能讓學生真實的體會到化學中的多少、多大、多慢、多強。

關鍵詞：數據；化學教學

文章編號：1008-0546（2016）01-0000-02 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.01.000

一、理論基礎

化學是在原子、分子層次上研究物質性質、組成、結構與變化規律的科學。化學物質豐富多彩，化學現象變化萬千，化學物質既抽象又具體，化學分析方法既定性又定量，化學研究既理論又實驗，化學學習過程既敘述又推理。[1]而化學反應是復雜的，反應原理是深奧的，物質結構是抽象的，實驗手段是多樣的。這使得學生在學習化學的過程中會覺得化學知識雜、散、抽象、難記、難學。為了幫助學生建構化學知識，可以將學生置于具體、真實的情境中，提供給學生真實的數據，可以使某些抽象概念具體化，模型建構形象化，深奧道理淺顯化，幫助學生將知識轉化為真知，真知轉化為能力，實現從感性認識到理性認識的飛躍。

數據是描述事物的符號記錄，是可定義并有意義的實體，它與事物的存在形式有關，數據表征事實、數字和觀點。[2]數據是一種符號表征，數據是理論形成的前提，理論又來源于數據。1988年，提出“理論—觀察—現象”三元論觀點的J.Bogen和J.Woodward認為：理論可以預測和解釋現象，但是不能預測數據，但并不是說理論對數據的產生沒有任何影響，相反地，在數據產生的過程中，理論對它的影響無處不在。由此可見，數據對于化學中的基本概念、原理以及某些實驗結論的得出等都密切相關，在化學教學中合理地利用數據可以起到事半功倍的教學效果。

二、數據在化學教學中的作用和價值

1. 借助數據，體會化學中的“多少”

化學基本概念中表示數據“多少”的概念比較多，比如pH值、利用率、轉化率、分解率、質量、質量分數、體積、體積分數、物質的量濃度等。這些基本概念中都有一定的計算公式，通過這些符號表征，可以使學生感受到化學的魅力，比如我們可以宏觀調控溫度、壓強、反應物的質量或濃度等來改變化學反應的速率。

案例1：鹽類水解是微弱的

鹽類水解的諸多知識都是建立在分析溶液中微粒對水電離平衡影響的基礎上形成的，

而對于“水解是微弱的”這一知識學生在理解上有一定的困難。此時采用真實的數據，讓他們直觀地感受水解確實是微弱的，知識在不經意間便形成了。已知0.1mol/L NaAc溶液的pH=9，請計算溶液中c（H+）、c（OH-），Ac-的水解率是多少？如果Ac-全部和水結合，溶液的pH是多少？通過給與確切的數據讓學生自己計算，可以發現水解的Ac-確實很少，只有10-5mol/L，只占總量的0.01%；如果Ac-完全和水結合，則溶液的pH=13，這與該溶液的實際pH=9相差1萬倍，由此學生可以很自然地得出結論：鹽類水解是微弱的，教師就無需再過多的解釋。

案例2：HNO3受熱分解

硝酸受熱分解實驗中，如果加熱濃硝酸溶液看不到紅棕色氣體，必須要加熱硝酸蒸汽才能看到其分解產生的紅棕色氣體。為了解決這個難題，許多老師在裝置改進上下功夫，但是改進之后都還是比較麻煩，而常州高級中學的房老師就將視角從裝置轉移到了量上，進行改進之后不僅所需儀器簡單，現象明顯，而且節約藥品，只需1滴濃硝酸。具體操作如下：在一支干燥的試管中加入1滴濃硝酸，最好能滴在試管底部，不要滴在試管壁上（蒸發時能輕易判斷是否完全蒸發），在試管口塞一團棉花，然后加熱。當試管底部的一滴濃硝酸全部蒸發后（大概需要15秒左右），此時將燈焰加熱試管中上部，15秒之后在白紙的映襯下可以看到有紅方棕色氣體產生，再加熱，紅棕色氣體更加明顯。[3]

2. 借助數據，體會化學中的“多大”

化學基本概念中表示數據“多大”的概念有：阿伏伽德羅常數，微粒半徑等。化學是將微觀世界與宏觀世界聯系起來的一門學科，而對于肉眼看不到的微觀世界是抽象的，通過數據這一橋梁可將其具體化。以 “物質的量使用范圍”為例。

對于剛進入高中化學學習不久的高一年級學生，在“物質的量”這一新“工具”的理解和應用上總是覺得比較困難，為了幫助學生理解“物質的量”這一物理量只適用于微觀粒子，而不能表示宏觀物質，可以利用阿伏伽德羅常數這一數據進行舉例：阿基米德與國王下象棋的故事都聽說過，國王輸給阿基米德的大米他永遠也拿不出來，有沒有什么辦法幫國王解決這個難題呢？我們把不值錢的大米換成值錢的金子，在每格棋盤上按照阿基米德的要求放上Au原子，那么所需金子的質量為1.845×1019×3.27×10-22 kg=6.04g，為什么把不值錢的大米換成值錢的金子后國王就能拿得出來呢？阿伏伽德羅常數將近是該金原子個數的3萬倍，可以發現阿伏伽德羅常數非常大，物質的量這個數據只適用于微觀粒子而不適用與宏觀物質。通過這種將學生置于真實的數據情境中學習新的概念，可以加深他們對物質的量這一概念的理解與掌握。

3. 借助數據，體會化學中的“多慢”

化學是一門以實驗為基礎的學科，化學反應的快慢既是化學理論學習中的重點，同時也是化學實驗過程中觀察的重點。在蘇教版選修4《化學反應原理》“化學反應速率與化學平衡”這一專題中主要研究的就是“快、慢”，當把某些理論反應付諸于實驗時就能真實地感受到“多慢”。以 “硝酸的性質之不穩定性”為例。

硝酸見光會分解，所以實驗保存時需要放在棕色試劑瓶中，但并不是把硝酸置于光照條件下就會立馬分解，其分解的速率比較緩慢，為了加深學生對硝酸不穩定性這一性質的理解，課前可做如下實驗：將一瓶用無色試劑瓶裝著的濃硝酸放在陽光下（確保每天可以接受5小時的陽光直射），每天對實驗現象拍攝照片，課上給學生展示能說明這個變化過程的代表性照片，并在每幅照片中注明拍攝的時間間距，發現這樣的條件下要3天以后才能看到淡紅棕色氣體，“3天后”這個數據讓學生真實地感受到硝酸是可以分解，但是分解的速率還是比較緩慢。

4. 借助數據，體會化學中的“多強”

化學反應的本質是舊鍵的斷裂與新鍵的形成。一般來說，鍵長越短，鍵能越大，鍵越牢固，越難斷裂，物質越穩定。鍵長、鍵能是表示了“多強”的一種數據，它們可以幫助學生理解相同類型鍵的不同物質化學性質活性的不同，或相同原子間形成的不同類型鍵使得物質之間性質的不同，同時也能讓學生通過這些確切的數據理解某些有機物的真實結構。以“苯環結構的確定”為例。

對于現在仍然采用凱庫勒式的苯環結構，剛開始接觸這一新知識時學生很難理解為什么結構中表示出了單雙建交替出現的結構，可是卻偏偏強調苯環中的六個碳碳鍵都是等價的。如果在教學中通過對比：C—C鍵長0.154nm， C=C鍵長0.134nm，苯環中的碳碳鍵長都相等為0.140nm，C—C鍵能332kJ/mol， C=C鍵能611kJ/mol，苯環中的碳碳鍵鍵能介于332～611kJ/mol之間，由此可推知苯環中的碳碳鍵不同于一般的C—C鍵和C=C鍵，而是介于兩者之間的一種獨特的鍵，且6個碳碳鍵完全等價，這種特殊的結構就是苯環結構。

通過以上教學案例可以發現數據能幫助教師更好地說明物質的性質、結構、用途，使得教學內容有理有據，理論和實際并舉、互補，滿足學生的好奇心和求知欲。必修教材中有很多關于物質含量的樹狀圖，如蘇教版必修1 第40頁圖2-1“每千克海水中幾種氯化物的含量”、第69頁圖3-9“一些金屬元素在地殼中的含量”等，這些樹狀圖中的數據能準確地說明物產資源的多寡、物資的消耗和應用，引發學生或驚或喜等情感，有利于培養學生對資源開發、利用、保護的意識，激勵學生探索科學的熱情，樹立遠大的志向和社會責任感，[4]無形中將情感態度價值觀的目標滲透在課堂教學中。把數據恰當充分地應用到化學教學 中，在培養學生對化學知識的理解、解決化學問題的能力、知識遷移的能力和創新思維等多方面有重要作用。

參考文獻

[1] 劉忠英.芻議化學教學中的比喻藝術化學教學[J].化學教學. 2015（3）：15

[2] 劉紅.“數據-理論-觀測-現象”四元論[J].自然辯證法研究，2014，（2）：95

[3] 房壽高.硝酸受熱分解實驗的簡易化改進[J].化學教學. 2015（3）

[4] 宋志貴.廣泛利用數據 搞好中學化學教學[J].中學化學教學參考，1996（5）：14