讓化學成為“畫學”

張建英

【內容摘要】數(shù)形結合思想具體來講就是根據(jù)問題的背景、數(shù)量關系、圖形特征等進行解決問題，或者是借助“形”觀察“數(shù)”的問題。而且，數(shù)形結合是常用的解題思想，在使用方法上較為簡便。因此，為了使高中生在學習化學時的效率能夠有效提升，本文主要論述該方法在化學教學中的應用策略。

【關鍵詞】數(shù)形結合 高中 化學

數(shù)學語言、數(shù)量關系、直觀圖形、位置關系相結合的思維方法可以統(tǒng)稱為數(shù)形結合思想。近年來，各地化學高考試題里，都增加了大量的“非連續(xù)性文本”類試題，且難度極高。而應用數(shù)形結合思想來進行化學習題解答具有極大的優(yōu)勢，尤其是化學定量、半定量等方面的計算中更加明顯。其不僅能夠使復雜的問題簡化，將抽象的問題具體化，并且，對于學生的形象、抽象思維能力的結合可以有效培養(yǎng)。因此，在高中化學教學中，為了使學生在解題中壓力減輕，在課堂上就應滲透數(shù)形結合思想，從而使學生的發(fā)展性能力得到提高。

一、高中化學概念理解中數(shù)形結合思想的應用

對于高中階段的學生而言，化學的一些基本概念的形成和理解是較為抽象的，因此，教師為了使其能夠更加準確的理解，在教學中應用數(shù)形結合思想，從而使學生的學習效率有效提升，讓高中化學課堂的目的得以實現(xiàn)。

例如，在學習《化學平衡狀態(tài)》這一課程時，由于其概念的建立是較為抽象化的，從而使學生在理解過程上增加了難度。所以，針對此，教師應制定針對性教學方案，采用數(shù)形結合的方式將整個反應過程的v-t圖繪制出來，這樣，學生就能夠很直觀的將化學平衡的建立過程進行理解。并且，還可從圖中直觀的看到隨著反應的進行，正反應速率逐漸減小，而逆反應速率則逐漸增大，以及若正反應速率與逆反應速率相等的同時，可以看到正逆反應達到平衡狀態(tài)。圖中反映了正反應、逆反應速率雖然相等，但是，反應并未停止，從而使化學平衡容易被理解為動態(tài)平衡。

二、高中化學計算中的數(shù)形結合應用

數(shù)形結合思想主要是通過抽象與形象思維的結合，將抽象問題具體化，復雜問題簡單化，也就是“以數(shù)解形”或者“以形助數(shù)”，進而將學生的思維能力提高的目的實現(xiàn)。數(shù)行結合作為一種解題方法，那么在應用上大致分為“以形助數(shù)”或者“以數(shù)解形”兩種情況，這樣，在不僅能夠在闡明形的某些屬性時可以借助數(shù)的精確性，而且在闡明數(shù)之間某種關系時也可以借助形的幾何直觀性。所以，這就說明了在高中化學教學中應用數(shù)形結合思想的意義極為特殊。

學生通過“以數(shù)解形”將抽象的問題直觀化

“數(shù)無形，少直觀；形無數(shù)，難入微”是偉大的數(shù)學家華羅庚曾說過的，而且，從數(shù)與形兩個字中也將事物的兩個側面反應出來：數(shù)量和形狀。所以，這也就說明化學反應中的抽象問題也能通過“數(shù)”與“形”進行直觀化。

例如，將三種固體（NaOH、MgCl2、ALCl3）的混合物與足量水融入后，可生成白色沉淀1.16g，而后，滴入1mol·L-1HCl于懸濁液中，再加入HCl溶液的體積V與生成沉淀的質量m的關系，以圖1表示。

通過圖像，該題可分為三個階段分析，一階段沉淀物中加入鹽酸體積為0-10mL時沉淀量不變，該階段的化學反應為NaOH+HCl=NaCl+H2O，則說明氫氧化鈉過量，所以，A點所對應的是沉淀物Mg（OH）2。第二階段沉淀物中加入鹽酸的體積為10-30ml時量逐漸增大，發(fā)生的離子反應為AlO2-+H++H2O=Al（OH）3↓，所以，B點所對應的是沉淀物Mg（OH）2和Al（OH）3。第三階段沉淀物中加入鹽酸體積為30-QmL時逐漸溶解后消失。因此，學生在經(jīng)過以“數(shù)”解“形”，從中將圖形與整個化學反應過程聯(lián)系起來，進行分析，這樣，就能夠在最佳的狀態(tài)、最短的時間內將問題解決了。

1.學生通過“以形助教”理解化學反應過程

為了便于學生能夠很好的將復雜的化學知識及數(shù)量關系完全理解消化，可以在化學計算中將其轉化為數(shù)軸，通過直觀的圖形使化學反應過程完全展現(xiàn)。這樣，不僅能夠使學生的理解能力提高，同時還可避免其他解漏掉，使其思維的嚴密性得以培養(yǎng)。

例如，在一定條件下，表現(xiàn)可逆反應可以通過正、逆反應建立的變化進行圖形構造，這樣，能夠使學生在簡化的情況下更好地理解化學平衡過程的建立。如圖2。

如構造圖2（a）中表示的可逆反應，如果生成物的濃度為零時，那么它的逆反應速率則為零；反之，如果反應物剛開始的濃度處于最大，那么它的正反應速率也處于最大。如構造圖2（b）表示的可逆反應，隨著反應的進行（由0→t1），如果生成物的濃度逐漸增大，那么其逆反應速率也會隨之增大，反之，如果生成物的濃度逐漸減小，那么，其逆反應速率也會相對應的減小。如圖2（c）表示的可逆反應，反應進行到一定時刻（t2），如果混合物處于一個化學平衡狀態(tài)，那么，則說明其正、逆反應速率相等。

2.學生通過數(shù)形結合掌握化學過程的規(guī)律

化學中數(shù)形結合對于代數(shù)式的曲線弧度、精確刻劃、直線斜率等并沒有純數(shù)學的數(shù)形結合重視，主要重視是線段的拐點，也就是轉折點，以及線段的變化趨勢的意義。因此，在化學課程中應用數(shù)形結合能夠使學生在掌握化學過程規(guī)律的效率得到促進。

例如，一定質量的冰醋酸在一定的溫度下加入水進行稀釋，在該過程中則會導致溶液的導電能力變化受到影響。根據(jù)圖3所示，以下正確的是（ ）。

圖3

A.三點溶液的pH比較，a

B.三點醋酸的電離程度比較a

C.測量a處溶液的pH，使用濕潤的pH試紙，測量結果較小

D.使用1mol/L的氫氧化鈉溶液中和，而后將氫氧化鈉溶液體積相比，a

冰醋酸加水在一定溫度下稀釋的過程，也就是冰醋酸加水過程中的離子濃度變化“量變”至“質變”的過程。隨著加入水體積的增大，離子也隨之逐漸增大（0至b點）；b點以后隨著加入水體積的逐漸增大，離子的濃度則隨之減小。所以，要想本題解答困難減小，通過以上方式可以完全將“拐點”B的意義理解，將醋酸加水電離過程中離子濃度變化趨勢完全理解。

三、高中化學教學中應用數(shù)形結合思想的對策

在高中化學教學中應用數(shù)形結合進行教學，那么就應該遵循簡單到復雜、單一至多重、定性至定量的整個過程，并且要完全滲透。將“數(shù)”與“形”的對應關系及化學意義、曲線變化趨勢與化學反應規(guī)律的對應關系等進行側重。這樣，可以使學生實現(xiàn)思維模式轉化，逐步由抽象轉換為直觀。

例如，將氫氧化鈉溶液加入氯化鋁中，而后再將已經(jīng)形成的氫氧化鋁的質量與加入的氫氧化鈉溶液體積的關系圖畫出。這樣，學生就能通過數(shù)學知識和化學反應結合將圖4的關系圖作出。教師在對學生進行指導時，一定要其注意對溶解氫氧化鋁沉淀及氫氧化鋁沉淀所對應的堿的體積關系。

結語

綜上所述，數(shù)學結合思想作為一種科學的方法，其中“數(shù)”是形的依據(jù)，“形”是數(shù)的直觀表示，所以，其在人的思維領域內，存在著兩種不同的意義。以“數(shù)”的意義來講，具有嚴謹?shù)纳羁绦?、抽象性、嚴密性；而以“形”的層面來講，就屬于形象性、簡潔性、直觀性。對于學生而言，數(shù)形結合主要是將抽象思維表達形象化，進而讓其能夠真切將表達的技能感受與體驗。同時，也是學生的抽象、形象思維的發(fā)展得到促進，提升其綜合能力。

【參考文獻】

[1] 張彩霞. 數(shù)形結合思想在化學教學中的應用[J]. 新課程學習，2014（03）：90.

[2] 郭子春、徐泓. 例談數(shù)形結合思想在解析化學習題中的應用[J]. 化學教學，2013（08）：54.

（作者單位：山西省朔州市第一中學校）