基于学科本质的化学计算一轮复习教学的实践研究

欧阳志斌

摘要：基于高中化学计算成为教与学的突出难题的客观实际和中学化学计算教学的研究现状，大胆尝试开展以草酸的组成、结构、性质及变化为载体，开展基于学科本质的化学计算一轮复习的教学实践，以期为当前高中化学计算的教与学摆脱困局提供一定的借鉴。

关键词：学科本质;化学计算;复习教学;草酸

文章编号：1008-0546（2021）07-0074-04 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.07.019

一、问题的提出

对学生进行问卷调查、对进行教师访谈，统计结果表明，高中化学计算成为教与学的突出难题。其原因主要有：（1）部分学生缺乏自信，认为自己的数学计算能力不济，从初三开始就基本放弃了化学计算题，见到化学计算题就绕过去，久而久之，造成高中化学计算就演变成“纵使心有余也力不足”。（2）一些教师从应试的角度建议学生战略性放弃化学计算题，这种情况普遍存在，甚至一些名师、骨干教师、化学教研员在进行教研活动或学科培训等场合都表达了上述看法，这也就导致部分一线并不重视化学计算的课堂教学。（3）教与学的缺位，由于部分教师对化学计算的不重视，导致他们在课前缺乏深刻的思考，课中关注学生的课堂生成不够，更多的是生硬的讲解、简单的示范、热衷于计算技巧的传授，缺乏基于化学科学本质的化学计算教学设计，课后又没有进行教学反思，因此学生的学就是机械的模仿，陷于题海战术，缺乏必要的化学思维活动。如何走出当前高中化学计算教与学的困局，部分教师、学者和专家进行了不断的实践与探索，那么化学计算教学的研究现状如何呢？

二、中学化学计算教学的研究现状

检索中国知网，有关“中学化学计算”的研究文献不少，董军[1]认为化学计算教学要落实到基础知识、基本原理、基本观念和基本的学科思想、学科思维和学科素养中去;杨玉琴[2]则基于对化学计算本质的理解，通过创设真实的应用情境服务于化学计算教学，并精心设计例题学习来凸显化学学科思维;薛青峰[3]以案例形式探讨了定量类化学概念的特点和教学思路，提出中学化学计算教学应定位于以帮助学生理解物质的组成、结构、性质与转化为目的，建构定量研究化学物质及转化的基本思维方式;林文兴[4]针对当前中学生计算能力薄弱的现状，分析了中学化学教师在化学计算能力培养方面的常见教学误区，并基于学习进阶理论，对中学生化学计算能力采取进阶式培养策略。杨砚宁[5]、沈红英[6]不约而同地以“依据化学方程式的计算”的教学为例，让学生体验真实情境中的化学计算，体会定量研究在化学科学中的价值，形成和提高化学计算的基本方法和技能;王新文[7]深刻阐述了2017年课标视域下高中化学计算教学的意义、作用与实现途径;方扬平[8]提出了初、高中化学计算教学衔接的有效策略。王宝斌[9]认为化学计算的学科本质是对化学问题的数学处理;李祥培[10]反思了化学计算问题解决困难的成因;王佳[11]以初中化学计算教学为载体，探究从化学与生活生产的结合点创设教学情境，使学生感受化学计算在生产生活中的价值。周维清[12]、柴勇[13]就如何在化学计算中运用假设法分析和解决化学问题的能力进行了探析。周昌勇[14]通过具体案例例举了“一锅法”在化学解题中的应用，基于元素守恒建立总反应式的认知模型以发展学生的整体思维能力;诸全头[15]深入探析了培养学生守恒思维和解题能力的方法以帮助学生走出思维困境，提升化学计算能力。王云生老师[16]提出：“化学计算的核心在于综合运用化学概念、原理学习和研究物质的组成、结构、转化中的量和量变关系帮助我们更加深刻地理解和掌握物质及其变化的规律，分析和解决真实的化学问题。遗憾的是，目前国内研究文献中并没有发表以研究物质的组成、结构、性质及变化为载体融合化学计算的一轮复习的研究成果。

三、化學计算一轮复习的教学实践

化学计算是一种定量研究物质的组成、性质、结构、转化的工具，贯穿于化学科学学习和研究的始终[17]。高中化学计算教学除了物质的量的集中学习外，都是分散、渗透在元素化合物、反应原理知识的教学中逐步推进深入的，需要教师从整体上进行把握，下面以草酸的组成、结构、性质及变化为载体，开展基于学科本质的化学计算一轮复习的教学实践。

1.教学目标

（1）通过对草酸分子式和结构式的确定，复习物质组成测定、结构分析的研究方法，提高运用仪器分析和化学分析的方法定量测定物质组成和结构的能力。

（2）通过草酸的弱酸性和还原性的实验探究活动，促进学生进一步理解基于物质类别和化合价认识物质性质的方法，深化对化学科学本质和规律的认识。提高以物质的量为中心的化学计算，定量认识和研究弱电解质，电解质溶液中粒子浓度的大小比较，氧化还原滴定的相关计算和实验数据的处理Ksp的有关计算的能力。

2.教学思想

高中化学计算一轮复习，要努力创设真实而有价值的问题情境，让学生做“真”题，而非做“假”题，凸显化学计算的价值，让学生积极参与有意义的知识建构，这样的一轮复习才有了坚实的基础，才能提高复习的实效性，否则复习就变成了教师的独角戏，学生成为戏外的看客。根据研究物质的一般步骤和方法，结合必要的化学计算，精心命制以草酸的组成、结构、性质及变化的化学计算习题，放手让学生自主开展学习活动，使习题解答和真实问题的解决贯穿化学计算一轮复习课堂教学的始终，引导学生在习题解答过程中感受化学科学的本质，在真实而有意义的问题解决中体会化学科学的应用价值，促进对化学计算工具属性的认识。

3.教学活动

PPT展示以下试题，通过命制以研究草酸的组成、结构、性质及变化的具有层次清晰、梯度合适、指向明确的化学计算试题，让学生当场进行化学计算，然后教师进行讲解。通过教学活动，深刻理解和感受化学计算是研究物质的组成、结构、性质及变化的基础工具，让学生体会化学计算的学科价值，从而激发学生进行化学计算的兴趣。试题及命制意图如下：

（1）菠菜中富含草酸，为了研究该有机物的化学组成，利用燃烧分析实验测定该有机物中的碳的质量分数为26.67%，氢的质量分数为2.22%，氧的质量分数为71.11%，经质谱测定，草酸的相对分子质量为95，试求草酸的分子式。

（2）为了研究草酸的分子结构，经测定，其1HNMR只有一个吸收峰，红外光谱图表明有羧基（-COOH）吸收峰，试画出草酸的结构式。

命制意图：1、2题要求学生基于草酸分子中元素的质量分数和相对分子质量的数据，计算出草酸的分子式，结合核磁共振氢谱和红外光谱测试结果，分析确定草酸的结构式，让学生体会化学计算是研究物质组成和结构的工具。

（3）请大家根据草酸的组成和结构预测和分析草酸可能具有的化学性质。

命制意图：引导学生从物质类别（或官能团）、化合价角度分析和预测物质的化学性质，发展学生基于“价类”研究物质性质的学科思维，也为接下来草酸的弱酸性和还原性的实验探究活动埋好伏笔。

（4）为了探究草酸的弱酸性和还原性，某化学兴趣小组设计如下实验。

△乙二酸的弱酸性：

为验证草酸的性质需480mL浓度为0.1mol/L的草酸溶液。

①配制该溶液需要_____g草酸晶体（H2C2O4·2H2O）。

②下列实验事实能说明草酸是弱酸的是_____。

A.将草酸晶体加入含酚酞的氢氧化钠溶液中，溶液褪色。

B.常温下，0.1mol/L草酸溶液的pH为1.2。

C.将草酸溶液加入纯碱溶液中，有CO2放出。

D.常温下，测得草酸钠溶液的pH大于7。

③该小组同学将0.1mol/L草酸溶液和0.1mol/L的NaOH等体积混合后，测定反应后溶液呈酸性，则溶液中各离子的浓度由小到大的顺序是_____。

△乙二酸的还原性：

①该同学向酸性KMn04溶液中滴入过量的草酸溶液，发现酸性KMn04溶液褪色，从而判断草酸具有较强的还原性。该反应的离子方程式为_____。

命制意图：问题①考查学生对溶液配制实验的认识及计算公式n=c·V，m=n·M的运用。通过对所需草酸晶体的计算，让学生熟悉容量瓶的规格，正确判断溶液的溶质并计算其物质的量。问题②考查学生从定性和定量的角度分析弱电解质，引导学生认识到弱电解质在水溶液中存在电离平衡，从微观角度探析弱电解质的电离平衡，并学会从宏观角度进行表征。问题③考查溶液中离子浓度大小的比较，帮助学生建立基于弱电解质的电解平衡、盐类水解平衡的离子浓度大小比较的认知模型。问题提出都是考查学生基于氧化还原反应原理判断生成物，并利用质量守恒、电子守恒、电荷守恒定律书写离子反应方程式，此设问也为采用酸性KMnO4溶液去滴定菠菜中的草酸含量做好了知识铺垫，可谓设计巧妙，独具智慧。

②某食品检验机构检测员用0.02mol/L的酸性KMnO4溶液去滴定草酸为了测定某产地菠菜中的草酸含量，实验步骤如下：取菠菜样品0.10g，预处理后，加适量水完全溶解配成100.00mL溶液，取25.00mL置于锥形瓶中，然后用0.02mol/L的酸性KMnO4溶液滴定至终点（杂质不反应），滴定前后读数见下表1（单位：mL），则该菠菜样品中草酸的纯度为;滴定时，是否_____（填“是”或“否”）需要加入指示剂。

命制意图：此题侧重考查对基本理论的理解和运用、正确处理实验数据，明确氧化还原反应滴定实验原理及实验操作方法是解题关键。

（5）营养师建议食用高草酸蔬菜的同时，适当摄入高钙食物，使二者在肠道内结合成草酸钙沉淀（常温下，草酸钙的Ksp=4.0×10-8），并随着粪便排出体外。以免草酸进入血液中与人体内的血钙结合，提升了泌尿系统结石的风险。常温下，某菠菜汁中C2O42-的浓度为1.8×10-3mol/L，往菠菜汁中加入等体积浓度为4×10-5mol/L氯化钙溶液，是否有草酸钙生成？

命制意图：考查学生学会运用化学知识（难溶电解质的沉淀溶解平衡原理）解决实际问题（适当摄入高钙食物以免食物中的草酸进入血液中与人体内的血钙结合）的能力。

4.教学反思

（1）以研究有机物（草酸）的一般步骤（分子式的计算→分子结构的鉴定→性质的预测和分析→开展基于实验探究的性质验证），融合定量研究物质的组成、结构、性质及转化的研究方法，开展基于化学科学本质的化学计算一轮复习的教学实践是一种大胆的创新与尝试。

（2）基于真实的问题情境（测定菠菜中的草酸含量）的化学计算教学，有利于复习氧化还原滴定的相关知识和计算，培养学生正確处理实验数据得出合理结论的能力，体会定量研究是学习和研究化学科学的重要方法。

（3）通过学生对精心命制习题的解答和教师对学生解答问题过程中暴露的知识错误和认识误区的学习活动，激发了学生的学习兴趣，激活了学生的化学学科思维，提升了化学计算的能力。

四、结束语

化学计算是高中化学教学的重要内容，而化学计算能力是学生学习和研究化学科学的基本技能[18]。化学计算是从定量的角度分析化学问题，解决化学问题，而非简单的数学运算，更不是单一的计算技巧和方法的练习与强化，需要教师用心设计教学思路，组织教学内容。在一轮复习阶段，高中化学计算教学采取集中专题复习或基于元素化合物、化学反应原理进行渗透复习策略，都是可行的。但无论采取什么样的复习教学策略，都应该努力达成“通过一轮复习加深学生对化学计算作为定量学习和研究的工具属性的认识，认识化学计算的价值，发现知识漏洞、认识和思维误区、计算能力上的缺陷，提高学生运用化学计算分析和解决真实化学问题的能力，发展对化学科学本质的认识，培养学生化学学科核心素养”的教学目标。

参考文献

[1]董军，侯春.从化学概念和化学反应原理的视角审视化学计算[J].中小学教材教学.2020（9）：38-41

[2]杨玉琴.化学计算的学科本质及其教学[J].北学教学.2013（10）：6-9

[3]薛青峰.核心素养视域下中学化学计算教学的再思考——以“定量类化学概念”的教学为例[J].化学教学.2020（2）：42-45

[4]林文兴.中学生化学计算能力的进阶式培养策略[J].福建基础教育研究.2019（5）：115-117

[5]杨砚宁.创设真实情境提高化学计算教学实效——以“依据化学方程式的计算”的教学设计为例[J].化学教学.2018（11）：52-55

[6]沈红英.基于真实情境的化学计算教学以“依据化学方程式的计算”教学设计为例[J].北学教与学.2015（3）：54-56

[7]王新文.2017版课标视域下高中化学计算教学的意义、作用与实现[J].中小学教师培训.2018（6）：66-71

[8]方扬平.初、高中化学计算衔接教學的探索与思考[J].化学教学.2015（8）：21-24

[9]王宝斌.化学计算：“假题”分析与教学设计——以“溶液浓度的计算”为例[J].教育研究与评论.2015（8）：4-8

[10]李祥培.化学计算题解决困难的成因与教学对策[J].长春师范大学学报.2016（2）：115-119

[11]王佳.创设教学情境，感受化学计算之“有用”[J].化学教与学.2016（1）：67，82

[12]周维清.运用极端假设法巧解化学计算题[J].化学教学2012（11）：62-65

[13]柴勇.假设法在化学计算题中的应用例析[J].化学教学.2011（7）：63-65

[14]周昌勇.“一锅法”思想在化学计算中的应用[J].化学教学.2013（7）：67-70

[15]诸全头.守恒——化学计算解题的重要思维方法[J].化学教学.2014（9）：80-82

[16]王云生北学教学设计构思22例[M].上海：上海教育出版社，2019，10

[17]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018，8

[18]房喻.普通高中化学课程标准（2017年版）解读[M].北京：高等教育出版社，2019，12