化学计算题解决困难的成因与教学对策

李祥培，刘秀英 ，张　敏 ，吴晗清

(1.西南大学化学化工学院，重庆 400700；2.首都师范大学化学教育研究所，北京 100048；

3.长春师范大学化学学院，吉林长春 130032)



化学计算题解决困难的成因与教学对策

李祥培1，刘秀英2，张敏3，吴晗清2

(1.西南大学化学化工学院，重庆 400700；2.首都师范大学化学教育研究所，北京 100048；

3.长春师范大学化学学院，吉林长春 130032)

[摘要]化学计算在高中化学教学中占有重要地位，但学生往往望而生畏。本文统计了近六年化学计算题在全国高考新课标卷Ⅱ中的分值比例和内容分布情况，对某示范性高中的265名学生进行问卷调查，并对部分学生进行访谈，结果表明，化学计算题解决困难的成因主要有：基础知识薄弱型、精细计算能力欠缺型、综合运用能力欠佳型、心理素质脆弱型等。基于此，本文提出了化学计算教学的相应对策。

[关键词]化学计算；问题解决；教学对策

高中化学计算是化学中的重点和难点，它从定量角度帮助学生理解化学概念、理论并解决实际问题，并能有效提高学生的逻辑思维能力和创新能力。新一轮高考改革在如火如荼地进行，考试内容、方向及权重一直牵动着师生的目光，化学计算作为考试内容的一部分，具有很好的选拔功能，但现状是很多学生畏惧化学计算。本文通过统计分析全国新课标卷Ⅱ中化学计算题的分值比例及内容分布情况，结合问卷调查与学生访谈，反思化学计算问题解决困难的成因，并提出相应的教学策略。

12010-2015年化学计算在全国新课标卷Ⅱ中的分值及知识分布的统计分析

全国新课标卷Ⅱ近6年高考计算题分值的统计结果如图1所示。

注：未统计选考题中的计算题分值，下同。图1　全国新课标卷Ⅱ近6年高考计算题分值的统计结果

对于高考计算题内容的分布，笔者通过研究发现，6年来考查机率较高的内容是：盖斯定律、化学反应速率与平衡常数、物质组成及Ksp相关计算。这4方面内容的相关计算占据了每年高考计算题的大多数分值。

另外，有机化学中产率的计算、中和滴定相关计算、pH的计算等也在近6年全国新课标卷Ⅱ中以一定分值出现过。笔者对全国新课标卷Ⅱ的计算题主要内容及分值分布的统计结果如图2所示。

图2　全国新课标卷Ⅱ的计算题主要内容及分值分布的统计结果

针对以上统计结果，笔者作出简略分析如下：(1)计算题占分比例较高，近5年平均每年占近18分，约为18%，若加上选考的《化工》或《物质结构》板块，每年还应增加约4分的分值；(2)考试内容及方向稳中有变，并不断创新；(3)考试内容回归学科本质，注重基本概念和理论，紧密联系化学计算在科研、生产、生活中的实际运用，回避追求技巧、人为繁化、不切实际的计算；(4)计算题难度分布合理，如有关物质组成计算较难，而盖斯定律、平衡常数、中和滴定及Ksp相关计算属中等难度；(5)计算题形式多样，常结合图象、表格、信息进行考查，且阅读量大，情境和角度新颖。

2学生计算题困难成因的调查研究

向西南大学附属中学高二、高三学生发放调查问卷共计280份，回收有效问卷265份，有效率为94.6%。除了问卷调查，还对15名学生进行了半结构性访谈。问卷和访谈主要围绕如下几个问题：你对化学计算题感兴趣吗？请说明原因；你认为化学计算为什么难以掌握？你认为教师和学生如何进行教与学，才能更好地突破化学计算？经过调查研究和统计分析，得出以下几个结论。

2.1非智力因素的影响

非智力因素是指智力以外对学习活动起着起动、导向、维持和强化作用的个性心理，包括兴趣与爱好、对挫折的忍受性与意志力、自信心与好强心等。非智力因素在学生对待化学计算题方面影响显著。调查中发现，超过60%的学生对化学计算题有畏难情绪，42%的学生在考试中最后做化学计算题，没有多余时间就放弃，只有部分学生对化学非常热爱。

2.2困难的主要原因及类型分析

为了明确学生认为化学计算困难的原因，笔者设计了简单的问卷并对学生进行调查，问卷内容如下：

你感觉化学计算难吗，难________不难________

如果难，主要的原因有(可以多选)________

A.茫然不知所措——基础知识不扎实B.数据处理困难——计算能力差

C.思维单一线性——综合运用能力欠佳D.信息提取困难——心理素质欠佳

通过统计分析，笔者发现学生感觉计算题难的主要原因有以下4类：

①茫然不知所措——基础知识薄弱型(约占27.9%)

具体表现为：学生不知道发生哪些反应、化学方程式不会写、忘记公式或者不知道根据什么知识来建立等式等。

②数据处理困难——精细计算能力欠缺型(约占20.0%)

具体表现为：数据繁杂，学生计算过程耗时多，最终得出的结果错误率较高。

例2:(2015年全国理综Ⅱ卷，26题) 酸性锌锰干电池是一次性电池，外壳为金属锌，维持电流强度为0.5A，电池工作5分钟，理论消耗Zn多少克？(已知F=96500C·mol-1，部分条件略)(答案：0.05g)

该题若设Zn的质量为m，可列等式：m=0.5A×5min×60÷96500C·mol-1÷2×65g·mol-1=0.05g，题目并不难，但数据繁杂，极易出错。

③思维单一性——综合运用能力欠佳型(约占31.7%)

有的计算题要综合考虑诸多知识，运用多种方法，且将各种结果有机结合起来方能得出正确答案，部分学生容易顾此失彼。

例3：(2012年全国高考理综课标卷Ⅱ卷,26题)要确定铁的某氯化物FeClx的化学式。可用离子交换和滴定的方法。实验中称取0.54g的FeClx样品，溶解后先进行阳离子交换预处理，再通过含有饱和OH-的阴离子交换柱，使Cl-和OH-发生交换。交换完成后，流出溶液的OH-用0.40mol·L-1的盐酸滴定，滴至终点时消耗盐酸25.0mL。计算该样品中氯的物质的量，并求出FeClx中x的值。(答案为x=3)

本题综合了离子交换、平均分子式、中和滴定等知识，学生不仅要理解各部分知识，还要将不同知识得出的结论进行逻辑严密的分析计算，综合运用，直至解出答案。

④信息提取困难——心理素质脆弱型(约占20.4%)

若题目新颖、信息陌生、阅读量大，从中获取有用信息困难，部分学生便立即产生畏惧心理甚至选择放弃。

图3　PbO2的失重曲线

该题既有失重质量分数的概念，又有图像作为载体，还有混合物平均分子式的计算，信息量很大，学生短时间很难从不同形式的条件中提取信息，失去得分机会。

2.3学生视角的解决策略

关于学生对教与学的建议，学生众口一词：希望教师按计算题类型、解题技巧和方法对计算题进行归类，做成专题试卷并详细讲解，然后举出大量的类似例子，让学生勤加练习。

3化学计算教学的对策

3.1注重基本概念和基本理论的教学，实现学生探究与教师讲授优势互补

科学概念和理论在学科知识体系中占据了极为重要的地位，它是对客体本质属性的抽象和概括，是科学知识结构的基础，也是进一步探究科学规律、建构科学理论的基石。长久以来，我们的理科教育把重点放在了对概念的识记和解题应用上，对学生概念的形成和理解过程关注不够，造成学生对概念一知半解，在某种程度上来说，这也是不少学生被迫进入“题海战术”的原因所在，如此便形成了学生累、教师累的现状。科学概念教学往往更强调对具体的事实性知识的掌握和对科学概念的机械记忆，学生对科学概念不能真正认识和理解，科学概念教学没有真正实现学生对科学概念的建构，因而无法形成对科学概念的正确观念。而提到化学计算，很多人会认为是那些各种名目繁多的计算技巧。方法固然重要，但基本概念和理论是核心。若不能正确书写化学方程式，如何能找到量与量之间的关系？若对盖斯定律、平衡常数、中和滴定概念不熟，如何能充分运用已知条件？学生与教师都不必过分追求技巧，应该首先打好基础，利用基本概念和理论来寻求量与量之间的关系。

在教学方式上，几乎每个高中化学教师都讲过化学计算专题及配套练习，但是高考计算题永远是新颖的。如果学生没有适应新情境的能力，不具备灵活运用知识构建解决方案的能力，训练再多相似题目也无益。“填鸭”和“题海”式的教学方式已经让学生产生了极强的依赖性，忽视了自身探索、创造、归纳、总结、反思的重要性。在教学中，我们常常看到教师课前做了大量题目，并把题目中可能遇到的陷阱、易错点、障碍等都归纳出来，在课堂上进行详尽的讲解。学生完成具有类似障碍的题目时显得轻松，却失去了锻炼自已、提升能力的好机会。当他们面临新的挑战和陷阱时，同样会感到茫然。建议教师选取经典例题适度讲授，或者不举例即让学生去探究计算题的解法，若学生完成较好，可点拔学生自行总结归纳，教师再总结升华，详细阐述。最后教师提供新颖原创题目进行检测，并督促学生在课外学习中不断反思与归纳。该方法实行之初，也许学生会有抵触情绪，但若能真正实行，必定收获颇丰，也有助于实现化学计算问题解决的终极目标：提升学生的综合能力。

3.2增强化学试题的实用性和情境性，通过分解与综合，联通“听得懂”和“做得起”之间的鸿沟

建构主义强调知识是由学生自己建构的，教学是引导学生积极主动地建构知识的过程。学习者不是空着脑袋进入学习情境中的，当问题呈现在他们面前时，他们会基于以往的经验，形成对问题的解释。建构的前提就是要了解学生原有的知识、经验基础，注重情境性。诚如杜威所说，不管是优等生掌握数学的基本原理，还是语言学校学生了解历史，或者大学生掌握哲学，任何情况下第一步都是准备。准备就是提出问题，激发学生联想到熟悉的个人经历，这在了解新的问题时很有帮助。已知的知识为理解未知的事物提供了依据，给人以亲切感。化学与我们日常的生活息息相关，教师可以挖掘的素材有很多，合理、适时地运用这些素材能更好地激发学生学习化学的兴趣。化学计算作为化学学科中非常重要的组成部分，充分体现了化学的严谨性、准确性、实用性等。因此，在化学计算中出现新颖情境、贴近生活的信息是不可避免的，这些情境和信息让化学计算更有魅力，也可以使学生在解决问题的过程中体会到化学学科的价值。

针对化学计算的问题解决，笛卡尔的方法论规则也许更能引发我们的思考，给我们启示。按照先分析后综合的顺序，笛卡尔建立起四条方法论的规则：第一，绝不接受我没有确定为真的东西；第二，把每一个考察的难题分析为细小部分，直到可以圆满解决的程度为止；第三，按照顺序，从最简单、最容易认识的对象开始，一点一点地上升到复杂对象的认识；第四，把一切情况尽量完全地列举出来。在教学中，引导学生将不熟悉的题目进行分解，通过综合运用分解与综合的训练方式，帮助学生深化对相关知识的理解，在分解题目的过程中，一方面可以帮助学生逐步形成丰富、组织完好的陈述性知识，另一方面也可以使学生更加熟练地使用程序性知识。现实中，学生常常感叹“听得懂，做不起”，究其原因，一是思考较少，不愿动手，学习主动性差，二是训练不够，方法不当，而提高学生的逻辑思维能力是不可能一蹴而就的。教师要精选题目，合理安排，使训练符合认知规律。

3.3实施“头脑风暴”，注重一题多解，提高问题解决的综合能力

进行一题多解或一题多变的训练也是不错的教学策略，在训练中引导学生全方位、多角度地分析问题，培养学生逆向思维能力，举一反三，融汇贯通。在对典型题目进行一题多解训练时，最终一定要总结出该题的最常规解法，也就是该类题型的通法。在实践中，有的教师和学生往往热衷于“最简单的方法”，然而，这种巧解方法往往具有个别性，真正需要重视的是常规解法，也就是最能体现学科本质的思维方法。科学教育的本质是要提高学生的科学素养，培养学生逻辑思维和创新思维能力，提升学生掌握知识、运用知识的能力，而不仅仅是模仿、记忆、重复的能力。

新课程改革注重三维目标的达成，而提高学生的化学计算能力与学习的三维目标理论本质上是一致的：增强化学计算的实用性、严谨性和趣味性，可促进学生建立正确的情感态度与价值观；让学生参与计算方法的发现、总结和反思，体现了学习过程与方法的重要性；而扎实的基本知识和基本技能是掌握化学计算的前提。如何有效地促进学生化学计算的问题解决，仍需广大教育工作者在实践中不断探索、不断总结。

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[1]陈琦,刘儒德,当代教育心理学[M].2版,北京:北京师范大学出版社,2007:326-331.

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[3]陈琦,刘儒德,当代教育心理学[M].2版,北京:北京师范大学出版社,2007:181-187.

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[5]赵敦华.西方哲学简史[M].北京:北京大学出版社,2001:212-213.

[6]陈琦,刘儒德.当代教育心理学[M].2版,北京:北京师范大学出版社,2007: 352-361.

[作者简介]李祥培(1974- )，男，研究员，从事中学教学法研究。

[基金项目]全国教育科学规划教育部重点课题“高中生科学素养形成机制的实践研究”(DHA130257)。

[收稿日期]2015-12-03

[中图分类号]G633.8

[文献标识码]A

[文章编号]2095-7602(2016)02-0115-05