高中化學教學中學生數學素養培養初探

林世進

[摘 ? 要]化學計算能力偏弱是高中生普遍存在的問題，其原因在于教師對學生數學素養的培養意識不足。針對這一問題，提出注重核心概念、符號表征、圖表功能及守恒觀念等四個方面的教學策略，以提升學生的定量思維和“巧算”素養，培養學生的“數證”思維習慣和數形結合思想，進而實現高中化學教學與數學素養培養的有效融合。

[關鍵詞]數學素養;培養;高中化學

[中圖分類號] ? ?G633.8 ? ? ? ?[文獻標識碼] ? ?A ? ? ? ?[文章編號] ? ?1674-6058（2020）32-0069-02

數學作為一門工具性學科，其重要性不言而喻，數學素養水平的高低影響著人的發展水平。許多國家都將數學素養納入本國的核心素養內容中，我國也強調不同學科融合對學生發展的教育價值。近幾年高考化學對數學運算與數據分析的考查量與難度在不斷加大，許多學生“談算色變”，對于涉及此類問題的試題甚至放棄解答。從學科角度上講，化學學科對數學運算能力的要求其實并不高，但數據分析對學生的綜合能力提出了較高的要求。學生數據分析能力弱的根本原因是教師對學生融入數學素養的培養意識不足。

一、高中化學教學中存在的問題

當前，我國化學學科教學一般在初三年級開設，初中化學強調基礎性和啟蒙性，主要以物質的定性學習為主，而高中化學則轉向了微觀與定量研究，對物質的認識則由原來的感性轉向理性，因此對學生的學習能力有了更高的要求。不少高中化學教師缺少對初高中化學教材及學生認知心理特點的差異性研究，教學中缺乏學習進階意識，不注重學習方式轉變的過渡，隨意加大教學難度和深度[1]，這讓學生感到難以適應而大大挫敗了其學習的信心。例如，課標明確指出“物質的量”教學中，只要求學生了解相關概念的含義及簡單的計算，體會定量研究對化學學科的重要作用。但許多教師在本節教學中補充了很多專題，恨不得把高中所有涉及計算的問題類型全部塞給學生。這種超車式教學違背了循序漸進的認知規律，更談不上數學素養的培養了。

教師缺乏“大教學”觀念，對于教材的功能價值挖掘也是浮于表面。高中化學課程以主題為組織框架，共分為五大主題。教師教學時要總體把握高度，不能按“概念是概念”“理論是理論”“計算是計算”分塊教學，知識之間本來就沒有絕對的“塊別”，這種“分塊”思想太過嚴重的教學必然會割裂知識之間的聯系。例如，在“物質的量”教學過后，教師很少再用“物質的量”的知識讓學生定量地去分析新的知識，顯然僅僅憑“物質的量”一節的教學是根本無法讓學生形成“定量”思想的。高中化學教材把“物質的量”編排在高一教材的第一章，就是希望在后續的學習中學生能夠多從“量”的視角去認識新知識，并能逐漸形成數學思維素養。莘贊梅老師指出：“怎么教知識，離不開對學科本質的研究，要有系統的思考、整體把握教學的意識，關注知識的橫向關聯和縱向深入，這樣才能促進學生的認識進階。[2]”

二、高中化學教學中培養學生數學素養的有效策略

1. 注重核心概念教學，培養定量思維素養

數學素養是屬于認識論和方法論的綜合性思維，認識論就是認識概念，方法論是以計算的公式來模式化概念。概念是人們以詞語形式提煉出物質的本質屬性的思維形式，通常都比較抽象。概念教學不能只是名詞解釋，要化抽象為具體，使學生能逐步理解概念的內涵、概念間的聯系以及運用的注意事項。

“物質的量”是貫穿整個高中化學計算、大學化學計算乃至今后一生化學計算的核心概念。對物質的量，學生要由認識到理解再到熟練運用，為此教師要有放眼整個高中進行“物質的量”教學的意識。高一初學“物質的量”，學生只需理解相關概念的含義及應用的范圍，明確它是描述微觀粒子數目多少的物理量，是架構宏觀與微觀的橋梁，計算公式為[N=n·NA]，其與質量、體積的計算關系為[n=mM=V氣體Vm=c（B）·V]（溶液），能進行簡單的計算和注意理解公式運用的注意事項;在后續的學習中再逐步運用此概念去解釋、分析化學問題，進而對這個抽象的概念有漸進性的理解。例如，在元素知識的教學中，就可以多用“物質的量”的知識讓學生定量地認識化學反應，使學生在對概念的理解和運用中逐步形成定量思維素養。

2.注重符號表征教學，培養“數證”思維習慣

化學符號是宏觀與微觀的聯系紐帶，也是構建“量”的思想的重要載體，給化學學習和研究帶來了方便。正確的符號表征能夠使概念化抽象為具象，使學生更好地理解物質微觀本質及關聯量的遷移轉化。對于化學符號的學習，若能融合“數據分析”這一數學核心素養的培養，將更有利于學生對化學符號的掌握和運用。

高中生要建立平衡思想去分析理解化學反應。由于平衡常數K作為反應方向的判斷依據更具簡潔性和可遷移性，新課標加強了平衡常數作為反應方向判斷依據的功能，使學生能夠從量的角度去理解可逆反應。例如，許多教師都把H2S與CuSO4溶液的反應當成“強酸制弱酸”的特例，并告知學生NH4HCO3能穩定存在于溶液中，讓學生死記硬背。這樣的教學，顯然缺乏說服力，學生聽后依然感到茫然，無法理解。若讓學生計算這兩個反應的平衡常數并進行數據分析，學生會發現H2S與CuSO4溶液反應的平衡常數數量級高達1014，而NH4+與HCO3-雙水解反應的平衡常數數量級僅為10-3，這樣便從“量”的角度為此類疑難問題的解決提供了理論依據，突破了教學難點。因此，教學中教師應注重符號表征教學，加強學生“數證”思維習慣的培養，使學生在用量化思想分析解決化學問題的過程中逐漸形成數學思維素養。

3.注重挖掘圖表功能，培養數形結合思想

圖表設計有著自身的表達特性，能將對象屬性和數據更加直觀地展現出來。圖表在化學學科的發展中起著非常重要的作用。獲取圖表的信息并運用化學語言去解釋化學問題，對學生的閱讀能力與信息加工能力都提出了較高的要求。近年來高考化學中涉及圖表與數據提取的題目大量增加，且經常作為壓軸題出現，讓學生望而生怯。解決不好這類問題，是學生缺乏數形結合思想的反映。數形結合思想，即利用圖形展開直觀想象，利用圖形描述分析問題，也是高中數學核心素養培養的基本要求之一。

這種素養是無法通過短時間的習題訓練培育形成的，需要教師在教學中長期有意識地引導。教材中提供了很多圖表素材，以魯科版必修2《元素周期律和周期表》一節為例，教材設計了活動探究環節，讓學生對表格進行數據與變量分析，并繪制出原子序數與相關變量的二維坐標圖。學生在此探究活動中發現原子結構及相關變量之間的規律性聯系，進而實現不同元素之間借助元素周期表的位置變量進行相關的推理。數形結合思想的形成對發展學生的“證據推理與模型認知”化學學科核心素養也具有非常重要的意義。因此，教師要充分挖掘教材圖表教學的育人功能，鼓勵、引導學生從多方面、多角度去挖掘圖表中的信息，并結合有關信息拓展延伸其內涵，使學生在活動中逐步形成數形結合思想，發展學科核心素養。

4.注重培養守恒觀念，發展守恒觀念與“巧算”素養

對于學生學科素養的形成，2017年版高中化學課程標準明確提出：學生要在化學學習中建立“守恒觀”?？梢?，“守恒觀”也是學生終身學習和發展的一種必要素養。靈活運用守恒法能夠提高問題解決的效率，尤其在涉及多步反應的計算中，運用守恒法可以提高計算技巧，使問題化繁為簡。運算能力也是數學學科核心素養培養的關鍵，運算的對象越具體，運算的法則越明晰，那么運算的技巧將越熟練。

如高考實驗題中對于物質純度或產率等的計算，可以摒棄中間各步反應的量變關系，牢抓原料與產物核心元素的“量變”關系，運用元素守恒便可快速解答。但是學生面對這類題目時往往缺乏運算思路，即使通過專題強化復習，也只是提高了解題的熟悉度，在新的情境中解題技能卻依舊無法遷移。研究表明，這是因為高中生大多數只具備基本的守恒知識，而化學守恒觀的發展水平是不足的，還沒能達到深入理解和自如綜合應用的程度[4]。平時的教學中，教師要加強守恒觀的培育意識。例如，在N2→NO→NO2→HNO3三步變化的教學中，教師要引導學生展開分析，通過設置計算問題使學生理解何為原料的利用率，學會將煩瑣的多步計算用一步轉化來處理，體會運用守恒法為計算帶來的便捷。教學中，諸如此類的教學設計可以有很多，教師要深入思考如何設置問題讓學生具體地去理解各類守恒的本質，使學生深刻領會運用守恒法解決計算問題的各種法則，并在運用中逐步發展守恒觀念與“巧算”素養。

綜上，數學運算與數據分析的考查關注點是學科知識的延伸性及數學思維的運用，計算難題往往不是問題本身難以計算，而是學生數學素養不足的表現，只要教師能夠認識到數學素養的重要性，注重學科知識之間的相互滲透，用心思考化學課堂教學中如何有效培養學生的數學素養，定能實現學生能力素養的綜合提升。

[ ? 參 ? 考 ? 文 ? 獻 ? ]

[1] ?林文興.中學生化學計算能力的進階式培養策略[J] .福建基礎教育研究，2019（5）：115-117.

[2] ?莘贊梅.怎么教知識：從系統思考到認識進階[M].北京：北京教育出版社，2018.

[3] ?吳俊明.對化學語言及其教學的再認識[J]. 化學教學，2015（7）：3-9.

[4] ?王禹超，王后雄.中學化學守恒觀研究現狀的分析與思考[J].化學教學，2019 （6）：27-32.

（責任編輯 羅 ? 艷）