巧用数轴解题 发展化学思维

摘要：数轴是规定了原点、正方向、长度单位的直线，当赋予数轴特定的化学意义时，数轴上的点以及点的变化过程就有了特殊的化学含义.本文以具体教学案例为载体，建构了不同情境下的数轴，以解决具体化学问题，促进了“少教多学”教学模式下的高效学习，发展了科学思维，为学生的终身发展奠定基础.

关键词：数轴;可视化;科学思维;少教多学;初中化学

中图分类号：G632文献标识码：A文章编号：1008-0333（2024）26-0109-03

《义务教育化学课程标准（2022年版）》中提出教师应当引导学生自主学习，并开展项目式学习［1］.在初中化学解题教学中，教师应不断引导学生将复杂问题简单化、抽象问题具体化，将动态化学过程有序地描绘在“一条线”上，将直线的严谨与性质的直观相结合，以此梳理并开阔解题思路，增强解题的综合性和灵活性，探索出合理而简洁的解题途径.下面几个教学片段，综合运用了比较、分类、分析、综合、归纳等科学方法，展示了数轴在化学解题中的巧妙应用，构建有深度、有广度、有温度的“少教多学”复习课模式，发展科学思维.

1 ;教学案例

1.1透析数轴上“点”的含义——浓溶液配制稀溶液相关计算

例1（2021年南京中考试题）稀盐酸（1∶2）是指浓盐酸与水按体积比1∶2进行混合所得的盐酸.已知所用浓盐酸中溶质的质量分数为37%，密度为1.19 g/cm3；水的密度为1 g/cm3.计算所配制的稀盐酸溶质的质量分数.

解析这是人教版教材九年级下册第九单元课题3的内容，学生都知道根据“溶液稀释前后，溶质的质量不变”的原理进行计算，但学生最常见的问题是不会对数据进行分类分析.解题中，教师可先带领学生列表汇总数据见表1，使杂乱无章的数据变得整齐明了.实际解题过程，会有不少学生对于“稀溶液的质量”有所疑问，只因学生脑中只有静态数据，没有溶液配置的动态过程，从而找不出配置后稀溶液质量，不知道将稀溶液与浓溶液相联系.可根据配置步骤——计算、量取、混匀、装瓶贴标签，将静态数据绘制在数轴上，赋予数轴“溶液质量”的含义，用数轴表示配置动态过程，如图1所示，形象生动可视化.

学生对于溶液配置时的4个数据找寻无果时，便说明没有理解浓溶液配制稀溶液的动态过程.利用数轴将配置过程可视化，变静态为动态，透析数轴上“点”的含义，引导学生深入思考，扩展理解宽度，使“数加轴”更直观.

1.2掌握数轴上“点”的移动——金属的化学性质专题复习

例2某同学为探究相关金属性质，向Cu（NO3）2和AgNO3溶液中加入一定量锌粉，充分反应后过滤，滤液仍为蓝色，下列说法正确的是.

A．滤渣一定有Ag，一定没有Cu和Zn

B．滤渣一定有Ag，可能有Cu，一定没有Zn

C．滤液中一定有Cu2+，可能有Zn2+和Ag+

D．滤液中一定有Cu2+和Zn2+，可能有Ag+

解析①根据情境书写所有可能发生的化学方程式，注意反应发生的先后顺序.②根据口诀“第一个反应的生成物一定有，没有参与反应的物质一定有，其余反应物根据用量多少判断可能有”.此题中一定有的是：Ag，Zn（NO3）2.根据情境“滤液仍为蓝色”，可知硝酸铜一定有.几种反应物的有无情况，如何确定？此时两个反应发生到了什么程度？

所有可能的情况都是抽象的，学生理解不了抽象内容，那就将抽象问题可视化.将所有可能的情况列举如图2所示.

图2Cu（NO3）2和AgNO3溶液中加入锌粉的分析

但学生对列表法还不够清晰，数据太多，再如何简化？赋予数轴化学含义，根据反应的先后顺序，将抽象内容可视化，变多维为一维，将反应物的两种溶质标注在数轴上，如图3所示.锌粉在数轴上缓慢向前行驶，先后出现5种情况.而符合此情境的只有前三种，即可简单明了地得出答案.

①锌无，硝酸银、硝酸铜有余

②锌和硝酸银无，硝酸铜有余

③锌和硝酸银无，硝酸铜有余

④锌、硝酸银、硝酸铜恰好无

⑤锌过量，硝酸银、硝酸铜无

根据数轴从左往右的顺序，将化学反应与轴线相结合，在线性变换过程中，抽象内容可视化，简化化学解题思维，降低思考难度，提升思维品质.数轴在化学学习中的应用有很多，例如物质的溶解性和溶解度的关系也可以绘制成数轴，如图4所示，pH与酸碱性的关系可以绘制成双向数轴，如图5所示.

利用数轴将反应过程绘制出来，变静态为动态.通过点的移动，变多维为一维，挖掘创新意识，引导学生条理清晰、层层深入地思考，发展科学思维，使“轴加符”更入微.

1.3理解数轴上“点”的范围——物质中的碳元素含量计算

例3木炭还原氧化铜实验中，若生成气体中含有一氧化碳，则反应时消耗碳元素和氧元素的质量比为（填“大于”、“等于”或“小于”）3∶8.

解析据情境知，木炭粉还原氧化铜可能生成二氧化碳，也可能生成一氧化碳，但无论哪一种情况，均遵循质量守恒定律，生成物中碳元素均来自木炭粉，氧元素均来自氧化铜.因此可直接计算二氧化碳和一氧化碳中的碳、氧元素质量比.绘制数轴如图6所示，有5种情况（其中①②、④⑤可视作一种情况）：

①只有CO2②只有CO2③CO2和CO

④只有CO⑤只有CO

反馈常温常压时，由甲烷和另两种气体组成的混合物中，碳元素的质量分数为80%，则另两种气体可能是（）

A．H2和COB. H2和C2H2

C.C2H2和C2H4D.CO和C2H4

解析根据题意，首先计算甲烷中碳元素质量分数：75%，要想达到80%，必须有大于80%的物质和其混合.现将计算后的碳元素质量分数，绘制成数轴如图7所示，以80%为分界线，寻找合适的物质.

此类题型的数轴解题法也是“极值法”的一种.化学上的“极值法”是因数据不足而无从判断混合物组成的题目，采用极端假设（即某一成分恰好完全反应）的方法，确定混合体系中各物质的名称、质量分数、体积分数等，使复杂问题具体化.将数轴与极值法相结合，分析数据间的关系，通过范围的大小，剖析可能的情况，发展思维深度.

2总结与反思

模型建构意识是化学核心素养的重要内容，对学生的科学学习具有积极影响［2］.针对不同情境下的化学问题建构数轴模型，可以快速且准确地解决化学问题，达到高效课堂.数加轴，更直观；轴加符，更入微.数轴是数形结合的产物，能促进化学“线性变换”思想的升华［3］，数轴上的化学思维是对化学宏观-微观-符号的延伸与拓展，具有间接、明了、直观等特点.在化学教学中，巧妙运用数轴进行教学，可以变抽象为直观，化复杂为简单.既可以帮助学生深刻体会化学知识，又可以充分发展科学思维.

2.1发展科学思维

科学思维是科学认识和实践的思想和基石，是组成科学素质的最高层次要素.基于线性变换模型，进行证据推理、建构数轴并推测物质及其变化，在解决与化学相关的真实问题中，培养思维能力，形成创新意识，养成科学态度.

（1）透析数轴上“点”的含义，扩展理解宽度

（2）掌握数轴上“点”的移动，挖掘创新意识

（3）理解数轴上“点”的范围，发展思维深度

2.2强化创新意识

应用数轴简明的特点，让复习课不再是知识点及知识框架的简单重复，将抽象问题具体化，将复杂反应简单化，将多维思想一维化，让学生在数轴绘制的过程中思考问题、启迪思维、掌握反应的本质.数轴构建少教多学复习课堂，使复习课从知识中心转化到以科学方法为中心，从经验逻辑转变到理论逻辑，从抽象思考到科学思维再到创新意识，最后借助科学方法应用到整个学习过程.

2.3养成科学态度

数轴的构建使学生学会尝试创新解题过程，拓宽思考维度，简化计算分析过程，达到减负增效的效果.通过构建少教多学的复习课堂，发展学生科学思维，养成科学态度，灵活应对各项问题，达到全学科育人的目的.

参考文献：［1］ 中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2022年版）［M］.北京：人民教育出版社，2022.

［2］ 黄勇.培养应用数学模型意识提升学生物理思维能力［J］.物理通报，2023（4）：46-49.

［3］ 吴学军.数形结合 引思激趣［J］.数理化解题研究，2019（35）：17-18.

［责任编辑：季春阳］

新课改背景下化学实验教学优化研究

殷金花

摘要：新课改背景下的化学教学，教师必须转变教学观念，强化实验教学，将知识教学与实验教学相结合，鼓励实验创新，鼓励学生发现问题、提出问题、分析和解决问题，培养学生思维能力；引导学生积极探究化学实验的奥秘，在问题解决过程中培养学生的实践能力，形成持续的化学学习兴趣，增强学习的自信心.

关键词：化学实验；创新；探究

中图分类号：G632文献标识码：A文章编号：1008-0333（2024）26-0112-03

化学是一门以实验为基础的学科，新课程改革要求教师重视学生的自主学习和实验教学.这意味着教师需要转变传统的教学方式，让学生成为学习的主体，并积极引导学生进行自主学习和实验探究，培养学生的创新能力和实践能力.

1设计科学新颖的导入实验，提高学生的学习兴趣

苏霍姆林斯基说过，在人的心灵深处，都有一种根深蒂固的需要，这就是希望自己是一个发现者、研究者、探索者，在青少年的精神世界中，这种需要则更为强烈.而实验能给学生直接的感官刺激，对激发学生的学习兴趣作用明显.学生通过自主探究不仅能获得知识，而且能学会方法、激发兴趣、培养思维［1］.

案例分析1：在开学第一课，教师采用了一个简单的实验：在膨胀的气球中装入一定量的水，然后在蜡烛火焰上加热，探究气球被加热至爆炸的时间与哪些因素有关.本实验设计的目的是让学生通过实验，探究气球被加热至爆炸的时间与哪些因素有关.

实验步骤：

（1）准备一个气球和一些水，将水倒入气球中，然后将气球口扎紧；

（2）将气球放在蜡烛火焰上加热，并开始计时；

（3）当气球爆炸时，停止计时；

（4）重复实验几次，探究气球被加热至爆炸的时间与不同因素的关系.

该实验可以让学生了解气球加热至爆炸的时间与水的量、气球的材料、加热的温度等因素有关.在实验中每一个学生都积极参与，真正做到了在“学中做，做中学”.同时，通过提出问题、作出猜想、设计实验和演示实验，学生有了较完整的思维过程和明确的答案，针对问题的探讨和演示，初三学生对化学这门学科产生了浓厚的兴趣，激发了学生学习化学的热情，让学生考虑问题的完整性和严密性在很大程度上得到了完善.

案例分析2：

有的时候教师还会采用“大象牙膏”实验作为开场白，预先将20 mL饱和碘化钾溶液加入到一个矿泉水瓶中，然后找一个胆大的男生，一手拿着20 mL 30%过氧化氢溶液，另一手拿着30 mL洗洁精，同时把这两种液体倒入矿泉水瓶中，瓶中的液体迅速上升，弯弯曲曲如牙膏样的泡沫从瓶中喷涌而出.学生在巨大的牙膏泡沫中尖叫起来，在对双氧水有了初步的认识的同时，也学习到了安全和注意事项，掌握了正确的实验操作方法，为未来的学习和工作打下基础.学生近距离地与化学有了第一次亲密的接触，感受到化学与我们的缤纷世界息息相关.

综上所述，通过创新实验演示或实物展示以及学生亲手操作等方式，可以激发学生对化学的兴趣和热情，有利于学生更好地理解和掌握化学知识.

2精心设计演示实验，提升学生的观察能力

新课程改革要求以学生发展为本，即“以学生为本”或“以学生为主体”.这意味着在教学活动中，学生应处于主要地位，教师的作用是负责组织、引导、帮助和监控，引导学生学会思考、学会学习，让学生经历获取知识的过程.在学生自主实验中，如果对所设置的活动内容缺乏兴趣，或者设置的活动内容脱离学生的知识背景，

学生就会对探究活动失去热情，活动只能停留表面，缺乏思维的参与.虽然有时学生探究活动显得很热闹，但学生一阵忙乱之后，就成为过眼云烟，得不到任何收获，这样的活动就成为一个无效探究活动，反而不如一个精心设计的演示实验［2］.

案例分析3：沪教版九年级上册《认识化学变化》单元中燃烧引起的爆炸现象.教材把此实验安排成“观察与思考”栏目进行教学，特别是对于学生分组实验教学效果较好，有利于探究习惯的培养.但是由于该实验存在一些问题，无法进行分组实验，只能做演示实验，教学效果就不够理想，主要原因有以下几方面：

（1）实验现象明显，但存在安全隐患；

（2）视频教学过于理性，给学生留下的印象不够深刻，无法提高学生兴趣，教学效果就不够好；

（3）化学药品准备不节能.

为了提高教学效率，促使学生对可燃物、助燃物混合后爆炸有直接感知且印象深刻，增强感性认识，实验现象明显而更有趣味性，

教师改进了实验，设计思路如图1所示.

（1）用大注射器改装后成为简单的电解水装置；

（2）用冷却后的茶叶水加入白糖和洗涤剂作为发泡液，白糖的加入是为增加形成气泡的体积，或者直接用外面卖的儿童专用的泡泡液；

（3）连接好装置后，用生成的气体吹起硬币大小的气泡；

（4）点燃，观察实验现象.

改进后的实验，明显有助于吸引学生注意力和提高学生学习兴趣，从而增强学生探究意识的培养，比教材上实验效果好.该实验不仅加深了学生对完全燃烧和不完全燃烧的理解，还让学生知道了家庭生活中一旦燃气灶具出现冒黑烟等异常情况时，应如何进行调整.同时，学生也计算出氢气与空气混合，氢气的体积含量是28.6%时爆炸最剧烈.

3有效开展创新实验，让课堂更具有趣味性和知识性

德国教育家第斯多惠说过，一个人要不主动学会些什么，他就一无所获，不堪造就.因此，创设积极思维的开发，是培养学生科学素养的一种重要方式.教师应紧密联系教学实际，深入钻研教材，从教材中挖掘出有一定思考价值的知识内容，触发学生思维的兴奋点，启动学生思维的激活点，进而引发其探求的欲望和动机［3］.

案例分析4：课本实验中，在制取二氧化碳的实验里，提到了固液常温型的装置类型，我们可以用到日常生活中的物品来做到即开即用、即关即停的实验效果.如矿泉水瓶，可以让学生自由发挥想象力，如何做到最好？经师生讨论后可得出最简易的实验方法，如图2所示.

图2矿泉水瓶

先在矿泉水瓶底部装上稀盐酸，从中间扭曲以后，

在瓶口部分装上块状石灰石，再在瓶口塞上带导管的单孔橡皮塞.开始实验时，先将矿泉水瓶略向瓶口倾斜，这时由于重力作用，稀盐酸会从瓶底流向块状石灰石，固液接触开始反应，导管另一端的集气瓶收集气体.想要反应停止时，可将矿泉水瓶略向瓶底倾斜，由于重力作用，液体会向瓶底流去，自然就造成了固液分离，反应停止.此实验有效利用了身边的物质进行化学实验.在二氧化碳的性质实验中，我们用到了多个装置：制取、收集、验满、验证等.实验耗时太长，不利于课堂操作，实验后的药品不利于回收，所以我们可以对整个实验进行以下改进，如图3所示.

图3改进实验装置

改进后的实验方案不仅极好地控制了反应开始和结束，而且还实现了回收药品的目的.在该实验中，第一个多功能瓶验证了二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊的性质，第二个多功能瓶验证了二氧化碳能和水反应生成的碳酸使紫色石蕊变为红色的性质，而最后的烧杯则说明了二氧化碳不可燃、不助燃、密度大于空气的性质.实验一气呵成，连贯、快捷、方便，学生完全可以通过观察实验现象，自行归纳二氧化碳的物理性质和化学性质，提高了课堂效率.

案例分析5：

例如分解过氧化氢制氧气实验中，对于催化剂作用的探究，由于二氧化锰是一种黑色粉末，整个实验过程中，学生在试管里只看到黑乎乎一片，而且二氧化锰回收困难，实验中易出现错误结论，所以不适合探究它的催化剂的性质.为了提高实验探究的有效性，对实验进行了改进.用市面装潢所用的发泡剂与二氧化锰混合，做成一个个的黑色小球，在加入过氧化氢溶液后，溶液仍然澄清透明，不会出现黑色浑浊的现象，而且回收后可多次使用.实验装置还可用启普发生器或者类似装置代替，实验效果明显，非常适合学生分组探究.

4结束语

总之，初中化学课改的实践与探索是一项系统工程，需要从多个方面入手，不断进行完善和创新.化学教师要不断更新自己的教学方式和手段，注重培养学生的科学素养和创新意识.就好比做菜，做得好，色香味俱全，学生食之有味，甘之若饴；若是做得不好，同样也是食物，学生却是食不下咽，或者导致消化不良.这就要求我们教师具有较好的教学机智、高度的修养、深厚的功力、广博的知识、熟练的技巧，方能为学生烹饪出美味的知识大餐.而实验功能的体现，则是化学课堂上的锦上添花，它不仅仅在于获得正确的实验结果，更重要的是学生的经历和体验，在实验过程中受到科学方法的训练，形成科学的态度情感和价值观，在生动活泼的科学实验中，发现学习的快乐，感受到化学的魅力.

参考文献：［1］

周业虹.研究新课标情境素材，培养学生科学思维［J］.化学教学，2023（04）：23-27.

［2］郑健.初中化学实验教学的现状及对策分析［J］.中学化学，2021（08）：1-3.

［3］张克龙.课堂实现“教、学、评”一体化的学习任务设计实践［J］.中学化学教学参考，2023（01）：9-13.

［责任编辑：季春阳］