摘要:化學教學的重要目的之一就是要培養(yǎng)學生的思維能力和學習能力�；瘜W的學習過程有其特殊性,首先是對基礎知識的感知、記憶、理解和注意,在具備了一定的知識背景基礎上,才能去分析和解決化學問題。學生的學習過程圍繞著一個需要解決的問題展開,有時用一些常見的數(shù)學方法分析,不僅會使解決問題的途徑更加直接,而且會加深對題意的理解,舉一反三,融會貫通。

　　關鍵詞:化學;教學;優(yōu)先意識;學習遷移;梯度;類推

　　化學教學的重要目的之一就是要培養(yǎng)學生的思維能力和學習能力�；瘜W的學習過程有其特殊性,首先是對基礎知識的感知、記憶、理解和注意,在具備了一定的知識背景基礎上,才能去分析和解決化學問題。學生的學習過程圍繞著一個需要解決的問題展開,有時用一些常見的數(shù)學方法分析,不僅會使解決問題的途徑更加直接,而且會加深對題意的理解,舉一反三,融會貫通。

　　學生學業(yè)成績的好壞,在一定程度上取決于學習策略的優(yōu)劣。以往對部分學習困難的學生進行教學干預時,總將注意力分別集中在怎樣幫助他們對教材內(nèi)容的理解及對學科學習方法的掌握這兩個方面,對學習策略尤其是認知變換策略的指導和訓練則很少,結果收效甚微。實際上學生對知識的理解與掌握并不是十分困難,在解決化學問題時他們的最大障礙是缺乏對信息的再加工能力,難以將內(nèi)容和方法進行“匹配式”思維,即是缺乏認知變換的策略。一個智力平庸的人可以通過正確引導和激勵不斷增強意識,掌握和運用科學思維法。從而在學習上取得飛速的進步。因此,在化學解題教學中,不僅要向?qū)W生介紹解題的具體方法,更要注意培養(yǎng)和訓練學生的認知變換策略和解決問題的優(yōu)先意識。

　　1.化學解題與認知變換策略和解題優(yōu)先意識的關系

　　從某種意義上看,如果說認知策略是關于解決化學問題的策略,而認知變換策略則是在認知策略的自我意識的基礎上、對認知策略不斷進行自我調(diào)節(jié)的策略。化學解題,尤其是求解探索性的化學問題,是一個復雜的智力活動,它是解題者的一種有目的、有計劃的科學活動。學生在解題過程中,他們所采取的種種行為,都不是無意識的盲目的嘗試,而是有著明確的目標指向的。但由于問題的復雜性,或?qū)W生的思維缺陷等主、客觀原因,解題的進程有時會中斷,或偏離正確的方向。因此,在解題過程中學生應當隨時接收有關信息,及時地加以修正和調(diào)節(jié)。通過自我調(diào)節(jié),強化正確,糾正錯誤。由此可見,化學解題是一個需要不斷對所發(fā)生的情況進行自我評估并隨時加以必要調(diào)節(jié)的動態(tài)過程,也就是一個不斷進行認知和再認知(認知變換)的過程。

　　2.認知變換策略和解題優(yōu)先意識訓練的基本方法

　　G.波利亞把數(shù)學問題的解決過程分為四個階段:弄清問題、擬定計劃、實施計劃、回顧,依據(jù)此原則,筆者把化學問題的解決粗分為五個階段:弄清問題、已知解決方式的使用、新解決方法的尋找、實施尋到的方法、回顧。這五個階段可用下圖表示:

　　化學解題教學中有關認知變換策略的訓練也主要集中在上述幾個階段。主要做法是:

　　2.1弄清問題階段

　　弄清問題是解題的第一環(huán)節(jié),它的任務是獲取題目提供的各種信息,以供思維加工。準確、充分地感知題目信息是成功解題的前提條件。在這一過程中,要讓學生學會自己對自己提出如下問題:①未知條件是什么?②已知條件是什么?③是否有隱含條件?④為了解決這個問題,我應該怎樣做?

　　2.2已知解決方式的使用階段

　　求解是解題的中心環(huán)節(jié),它的任務是制定解題方案和實施解 題方案。對于一些比較簡單的化學問題,指導他們盡可能地用現(xiàn)有的信息去聯(lián)想、分析,試圖使用已有的解題方式進行解題。這一過程中,要讓他們學會自己能對自己提如下問題:①過去見過這類題嗎?②該題涉及到哪些基本概念、基礎理論?哪些化合物的性質(zhì)?③過去的哪種解題方式與此相關?可以運用它嗎?

　　2.3新解決方法的尋找階段

　　一個好的解題方案并不是一開始就能作出的,它需要在解題過程中經(jīng)過多次修正而逐步完善。有的解題途徑則是邊解題邊摸索出來的。對于一些比較復雜的化學問題,當用原有解題方式解決受阻時,應教會他們先如何將實際問題或題設的情景予以分解,找出應答的關鍵,選擇、調(diào)用自己貯存的知識塊,然后用分解、遷移、轉(zhuǎn)換(聯(lián)想、類比、模仿、改造)、重組等方法來探尋新的解決方案。這一過程中,要讓學生學會自己對自己提如下問題:

　�、傥覒�選擇何處作突破口?②再看一下未知條件,能否思考一個具有相同或相似未知條件的熟悉問題?③能否用聯(lián)想、類比、假設、猜測等方法予以突破?④如果還不能解決眼前問題,那就先解決某個相關問題,再回頭解決眼前問題。

　　2.4回顧階段

　　回顧是解題的最后一個環(huán)節(jié),它的任務是反思解題過程,對解題過程再認識,檢驗題解的正確性,擴大題解的成果等。為了使回顧對解題起到調(diào)節(jié)作用,在解題之后,應讓學生學會自己對自己提如下問題:

　�、傥夷軝z驗結果的正確性嗎?②我為什么要這樣做?③我為什么會想到這樣做?④我不這樣做行不行,還有沒有別的方法?這些方法哪個最好?⑤這個問題改變設問角度,還會變成什么的問題?⑥這個結果與方法還能運用于其它問題?

　　3.化學解題的優(yōu)先意識培養(yǎng)的有效途徑

　　3.1構建問題的梯度,突破解題的障礙,開動腦筋尋求解題的最佳方法。

　　現(xiàn)在的考試不僅僅是書本的重現(xiàn),而是利用所學的課本知識去完成未學的東西。怎樣利用這些信息去解決化學問題,就必須要求我們對解決化學問題有個優(yōu)先的意識。

　　根據(jù)試題提供的信息作出迅速而直接的判斷和猜測。直接法不按照常規(guī)的推理步驟和嚴密的論證而直接得出結論,因此解題思維簡化,判斷快捷。運用直接法解題,并非胡亂猜測,而是以扎實的知識為基礎,是一種知識的結晶與升華。運用直接法應注意以下三點:(1)前題:扎實的雙基知識。(2)基礎:抓住問題的實質(zhì)和解決問題的突破口。(3)關鍵:準確的再現(xiàn)知識

　　例1礦物膽礬就是CuSO4?5H2O,當它溶于水滲入地下,遇到黃鐵礦(FeS2),銅將以輝銅礦(Cu2S)的形式沉積下來;而反應得到的鐵和硫則進入水溶液,該溶液無臭味,透明不渾濁,綠色,呈強酸性,在有的礦區(qū)�？梢姷竭@種具有強腐蝕性的地下水(俗稱黑水)滲出地面,上述反應可以用一個化學方程式來表示,試寫出配平的化學方程式。

　　[解題思路]由題給的信息可知:反應物有CuSO4?5H2O、FeS2、還有可能有H2O。生成物有中Cu2S,硫和鐵的價態(tài)運用直接法可確定:綠色溶液?鐵以Fe2+進入溶液;溶液無臭味、透明不渾濁、呈強酸性?排除了硫以-2,0,+4等價態(tài)進入水溶液的可能,只能以SO42-存在。

　　[答案]14CuSO4+5FeS2+12H2O=7Cu2S+5FeSO4+12H2SO4

　　[評注]試題提供信息隱蔽,但只要我們運用直接法,抓住問題的實質(zhì),也不難解決。本題應注意元素化合價的升降,Cu的化合價在反應物中為+2價、生成物Cu2S中為+1價,硫元素化合價在FeS2為-1價、生成物Cu2S中為-2價、生成物FeSO4或H2SO4中為+6價,既升又降,在配平時一定要保證化合價升降總數(shù)相等,方可完成任務。

　　3.2讓學生在解決化學問題遷移、類推能力中形成化學解題優(yōu)先意識。

　　3.2.1組成接近類推形成化學解題優(yōu)先意識

　　例2已知乙炔、苯、乙醛的混合蒸汽中含碳的質(zhì)量分數(shù)為84%,求混合物中氧的質(zhì)量分數(shù)。

　　做法:從分子式[C2H2、C6H6、C2H2]?H2O(改寫CH3CHO)可以發(fā)現(xiàn),框內(nèi)有n(C)=n(H),現(xiàn)令混合物為100g,則m(C)=100×84%=84(g),n(C)=84/12=7(mol),所以,n(H)=7(mol),框內(nèi)質(zhì)量為84+7=91(g),故混合物內(nèi)有“水”9g,其中氧元素質(zhì)量為9×16/18=8(g),即含氧量為8%。

　　類推①  已知Fe2(SO4)3和FeSO4的混合物中含硫元素的質(zhì)量分數(shù)為a%,求鐵元素的質(zhì)量分數(shù)。

　　類推②  已知Na2S、Na2SO3、Na2SO4的混合物中含硫元素的質(zhì)量分數(shù)為x%,求氧元素的質(zhì)量分數(shù)。

　　其中類推題①②不用贅述我們也會從硫和氧、鈉和硫的特定關系進行解析,同時學生自己會產(chǎn)生類推③④,并歸納出對含三種元素的混合物中求某種元素質(zhì)量分數(shù)的方法。

　　3.2.2化學反應類似類推形成化學解題優(yōu)先意識

　　例3已知同主族元素的單質(zhì)及其化合物在性質(zhì)上有相似之處,試完成下列反應:

　�、貼a2S和CS2溶液反應生成黃色物質(zhì)。

　�、赑2S5易溶于Na2S溶液。

　　做法:本題可類推到氧化物的性質(zhì):Na2O+CO2=Na2CO3    3Na2O+P2O5 = 2Na3PO4

　　因氧和硫是同族元素可以迅速遷移得到:

　　Na2S+CS2= Na2CS3     3Na2S+P2S5 = 2Na3PS4

　　類推:鹵素互化物如溴化碘IBr、氯化溴BrCl、氯化碘ICl及擬鹵化合物氰(CN)2、硫氰(SCN)2、氧氰(OCN)2的性質(zhì)與鹵素單質(zhì)的性質(zhì)相似。試完成下列反應:

　�、貼a+IBr →                    ②NaOH+ICl →

　　③BrCl+SO2+H2O →           ③KSCN+MnO2 →

　�、�(CN)2+H2O →             ⑥KSCN+ KHSO4 →

　　做法:因鹵素互化物和擬鹵化合物性質(zhì)與鹵素單質(zhì)相似,因此,只要掌握了Cl2的性質(zhì)(與Na、NaOH、SO2、H2O的反應),及Cl2的制備和氯化鉀的性質(zhì),上述反應就能順利完成。通過反應類似類推,可提高我們的遷移能力。

　　3.2.3物質(zhì)制備對比類推形成化學解題優(yōu)先意識

　　例4碳化鈣可用于制乙炔,則Al4C3、Fe3C、SiC放入水中情況如何?

　　做法: 碳化物有離子型如CaC2、MgC2、Al4C3等,共價型如SiC、B4C3等,只有離子型碳化物會與水作用放出氣體,其他不與水反應。MgC2+2H2O == Mg(OH)2↓+C2H2↑

　　Al4C3+12H2O== 4Al(OH)3↓+3CH4↑,而Fe3C是介于典型離子型和共價型之間的過渡情況,與水反應但產(chǎn)物復雜。由于物質(zhì)之間的聯(lián)系是多種多樣的、錯綜復雜的,因此我們應從多層次、多方位、多角度去分析問題,產(chǎn)生豐富的類推,進行多方面的遷移,使所學知識體系和能力體系有機結合成一體。

　　3.3利用數(shù)據(jù)不足無從下手的計算或混合物組成判斷的題,激發(fā)學生形成化學解決問題優(yōu)先意識.

　　極值法在是利用數(shù)據(jù)不足無從下手的計算或混合物組成判斷的題,激發(fā)學生形成化學解決問題優(yōu)先意識的有效方法.所謂“極值法”就是對數(shù)據(jù)不足無從下手的計算或混合物組成判斷的題,極端假設恰好為某一成分,或者極端假設為恰好完全反應,以確定混合體系各成分的名稱、質(zhì)量分數(shù)、體積分數(shù)的解題方法.

　　3.3.1用極值法確定物質(zhì)的成份

　　在物質(zhì)組成明確,列方程缺少關系無法解題時,可以根據(jù)物質(zhì)組成進行極端假設得到有關極值,再結平均值原則確定正確答案。

　　例5.某堿金屬單質(zhì)與其普通氧化物的混合物共1.40g,與足量水完全反應后生成1.79g堿,此堿金屬可能是(     )

　　(A)Na     (B)K     (C)Rb       (D)Li

　　解析 本題若用常規(guī)思路列方程計算,很可能中途卡殼、勞而無功。但是如果將1.4g混合物假設成純品(堿金屬或氧化物),即可很快算出堿金屬相對原子質(zhì)量的取值范圍,以確定是哪一種堿金屬

　　假定1.4g物質(zhì)全是金屬單質(zhì)(設為R)      假定1.40g全是氧化物設為R2O

　　則:R→ROH △m                        則:R2O → 2ROH △m

　　MR    17                             2MR+16    18

　　1.40 (1.79-1.40) 解之MR=61             1.40  (1.79-1.40)  解之MR=24.3

　　既然1.40g物質(zhì)是R和R2O的混合物,則R的相對原子質(zhì)量應介于24.3?61之間。題中已指明R是堿金屬,相對原子質(zhì)量介于24.3?61之間的堿金屬只有鉀,其相對原子質(zhì)量為39。答案為B

　　3.3.2用極值法確定雜質(zhì)的成份

　　在混合物雜質(zhì)成分分析時,可以將主要成分與雜質(zhì)成分極值化考慮,然后與實際情況比較,那么就迅速判斷出雜質(zhì)的成分。

　　例6 將13.2克可能混有下列物質(zhì)的(NH4)2SO4樣品,在加熱的條件下,與過量的NaOH反應,可收集到4.3升NH3(密度為17克/22.4升),則樣品中不可能含有的物質(zhì)是(     )

　　(A)NH4HCO3、NH4NO3   (B)(NH4)2CO3、NH4NO3

　　(C)NH4HCO3、NH4Cl     (D)NH4Cl、(NH4)2CO3

　　解析:假設樣品為純(NH4)2SO4,則由(NH4)2SO4→2NH3可知,能產(chǎn)生4.48升NH3,大于4.3升。因此樣品中的雜質(zhì)造成樣品NH4+的含量小于純(NH4)2SO4中NH4+的含量。這就要求選項的兩種物質(zhì)中至少有一種物質(zhì)的NH4+含量小于(NH4)2SO4中NH4+的含量,都大于是不可能的�？蓪�備選答案化學式變形后進行估算:NH4HCO3→(NH4)2(HCO3)2,NH4NO3→(NH4)2(NO3)2,NH4Cl→(NH4)2Cl2  部分“式量”:(HCO3)=122,(NO3)2=124,Cl2=71,CO3=60,而(NH4)2SO4中,SO4=96,故答案選D。

　　3.3.3用極值法確定混合氣體的平均相對分子質(zhì)量

　　兩種氣體組成的混合氣體的平均相對分子質(zhì)量肯定介于組成氣體相對分子質(zhì)量之間,三種氣體組成的混合氣體平均相對分子質(zhì)量肯定介于組成氣體相對分子質(zhì)量最大值和最小值之間,但這個范圍太大,依據(jù)題目內(nèi)在關系和極值法可使范圍更加準確。

　　例7 0.03mol Cu完全溶于硝酸,產(chǎn)生氮的氧化物(NO、NO2、N2O4)混合氣體共0.05mol 。該混合氣體的平均相對分子質(zhì)量是(     )

　　(A)30    (B)46     (C)50      (D)66

　　解析:設NO、NO2、N2O4三者的物質(zhì)的量分別為:x、y、z, x + y + z = 0.05---①式

　　則依據(jù)電子守恒可得:3x+y+2z=0.06---②式,②式減去①式得:2x + z = 0.01

　　故NO物質(zhì)的量的極值為0.005 mol ,N2O4物質(zhì)的量的為極值0.01 mol

　　若NO物質(zhì)的量的為0.005 mol,則NO2為0.045 mol∴= =44.4

　　若N2O4物質(zhì)的量的為0.01 mol,則NO2為0.04 mol ∴= =55.2

　　∴該混合氣體的平均相對分子質(zhì)量介于44.4和55.2之間,故答案選B、C

　　3.3.4用極值法確定可逆反應中反應物、生成物的取值范圍

　　由于可逆反應總是不能完全進行到底的,故在可逆反應中,分析反應物、生成物的量的取值范圍時利用極值法能達到目標明確,方法簡便,范圍正確。

　　例8 容積不變的反應容器中,要求通過調(diào)節(jié)體系溫度使A(g)+2B(g)      2C(g)達平衡時保持氣體總物質(zhì)的量為12mol,現(xiàn)向反應容器中通入6.5molA、xmolB和2molC,欲使起始反應向逆反應方向移動,x的取值范圍為

　　解析:依題意:6.5+x+2<12,x<3.5(逆向為物質(zhì)的量增加的反應,故6.5+x+2小于12)

　　一般同學都能順利解出這步,但對x的另一范圍部分同學就存在困難,若假設C(極值)能完全轉(zhuǎn)化,則x的極值馬上可得。設2molC完全轉(zhuǎn)化為A、B,則(6.5+1)+(x+2)>12,x>2.5(因C實際不能完全轉(zhuǎn)化,故(6.5+1)+(x+2)大于12 。實際上C轉(zhuǎn)化一部分滿足12mol) 故答案為2.5<x<3.5

　　3.3.5用極值法確定反應時的過量情況

　　當反應物以混合物的總質(zhì)量或總物質(zhì)的量已知時,可以利用極值假設全部是某一反應物,然后假設全部是另一反應物,再假設兩者則好完全反應,從而得到解題的線索。

　　例9 18.4g NaOH 和NaHCO3固體混合物,在密閉容器中加熱到250℃,經(jīng)過充分反應后排除氣體,冷卻,稱得剩余固體質(zhì)量為16.6g,試計算原混合物中NaOH的質(zhì)量分數(shù)。

　　解析:這是在密閉容器中進行反應,可能的反應有:

　　NaOH+ NaHCO3 = Na2CO3+H2O   ---①        2NaHCO3 = Na2CO3+ CO2↑+ H2O---②

　　40    84        106                       168        106

　　究竟按何種情況反應,必須判斷出NaOH與NaHCO3在反應①中何者過量,然后才能進行計算,借助極值法,能使判斷方便直觀。

　　設18.4g 固體全為NaOH,則受熱不減少,剩余固體18.4g。

　　設18.4g 固體全為NaHCO3,則按②反應,剩余固體(18.4g÷84 g/mol)×106 g/mol=11.6g

　　設18.4g 固體恰好按①完全反應,則剩余固體÷(40+84)g/mol×106 g/mol =15.7g

　　∵現(xiàn)剩余固體16.6g,介于15.7g和18.4g之間,∴應為NaOH過量,以后的計算就比較方便了。

　　NaOH+ NaHCO3 = Na2CO3+H2O     △m

　　40      84        106             18

　　x=8.4g                 18.4g-16.6 g

　　m(NaOH)= 18.4g-8.4 g = 10 g

　　m(NaOH)% =  10 g/18.4g ×100% = 54.3%

　　3.3.6用極值法確定反應巧解計算題

　　例10  某混合物含有KCl、NaCl和Na2CO3,經(jīng)分析含鈉31.5%,含氯27.08%(以上均為質(zhì)量分數(shù)),則混合物中Na2CO3的質(zhì)量分數(shù)為(     )

　　(A)25%   (B)50%     (C)80%    (D)無法確定

　　解析:   若混合物質(zhì)量為100g,則可求出n (Cl-)= 0.763mol ,①假設這0.763mol的Cl-全部來自于KCl(即混合物為KCl和Na2CO3)則m(KCl)=56.84g,②假設這0.763mol的Cl-全部來自于NaCl(即混合物為NaCl和Na2CO3)則m(NaCl)=44.63g,因Cl-來自于NaCl、KCl兩種物質(zhì),由平均值原理知(1-56.84%)<m(Na2CO3) %<(1-44.63%)故答案選B

　　3.3.7用極值法確定化學反應方程式

　　例7  已知Cl2和NO2在一定條件下可以化合成一種氣態(tài)化合物A。為了A測定的組成,進行如下實驗:(1)當Cl2和NO2混合氣體以不同比例混合時,測得其平均相對分子質(zhì)量為51及61,則Cl2在上述混合氣體中的體積分數(shù)分別為         和         ;

　　(2)取上述不同比例的混合氣體各5 L ,分別在一定條件下充分反應,氣體體積仍均為4L,則Cl2與NO2反應的化學方程式為:

　　解析:此題第一問依據(jù)混合氣體平均相對分子質(zhì)量的定義法馬上可求得Cl2在上述混合氣體中的體積分數(shù)分別為1/5和 3/5。在第二問中,由于總體積為5 L,故第一種條件下氣體組成為:Cl2:1 L、NO2  4L ;第二種條件下氣體組成為:Cl2:3L、NO2  2L。

　　由題意可知反應方程式只有一個,可不同條件下體積變化值相同,說明參加反應的量相同,故在兩種條件下,肯定都存在一種反應物剛好完全反應,另一種反應過量的情況,所以兩種條件下同一種成分的極小值剛好完全反應,即1 L Cl2和2L NO2恰好完全反應,故化學為:Cl2+2NO2=2NO2Cl(體積之比等于計量系數(shù)之比)

　　4結語

　　心理學研究表明,意識的形成過程是有階段性的,即有一個由初級階段到熟練掌握的階段。學生化學解題優(yōu)先意識的培養(yǎng)也要遵循這個規(guī)律。因此,教師在日常教學中一定要重視激發(fā)學生化學解題優(yōu)先意識的培養(yǎng)。馬卡連柯曾指出:"一般地說來,教育學是最辨證、最靈活的一種科學,也是最復雜、最多樣化的一種科學"。中學化學教師只有認真學習和掌握各種教學方法和理論,才能在處理各種教學問題上游刃有余,從而有效提高教學質(zhì)量。

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本文來自：逍遙右腦記憶 http://m.yy-art.cn/gaozhong/718392.html

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