摘要：化學(xué)計算的本質(zhì)是對化學(xué)問題的數(shù)學(xué)處理過程，即對物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化規(guī)律的量化過程。傳統(tǒng)化學(xué)課程中將“化學(xué)計算”作為一項基本技能，過于注重程式化教學(xué)，學(xué)生過分依賴機(jī)械訓(xùn)練、反復(fù)練習(xí)，并沒有真正習(xí)得計算能力。基于對化學(xué)計算本質(zhì)的理解，在化學(xué)計算教學(xué)中教師應(yīng)創(chuàng)設(shè)真實的應(yīng)用情境，凸顯化學(xué)學(xué)科思維，并精心設(shè)計樣例學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：化學(xué)計算；學(xué)科本質(zhì)；樣例學(xué)習(xí)

文章編號：1005–6629（2013）10–0006–04 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

在化學(xué)學(xué)科發(fā)展的歷史進(jìn)程中，人類對物質(zhì)的認(rèn)識從定性深入到定量，是化學(xué)發(fā)展過程中的里程碑。正是通過對物質(zhì)的定量認(rèn)識和對化學(xué)變化的定量分析，人類的化學(xué)思維水平上升到一個新的高度，化學(xué)學(xué)科發(fā)展有了新的突破。運(yùn)用數(shù)學(xué)手段定量地研究化學(xué)物質(zhì)的組成及其變化，不僅是化學(xué)學(xué)科向縱深發(fā)展的結(jié)果，也是現(xiàn)代化學(xué)領(lǐng)域不可缺少的重要手段，更為化學(xué)科學(xué)成果向技術(shù)轉(zhuǎn)化提供依據(jù)。中學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)計算，則是從量的角度豐富和完善對物質(zhì)的組成、性質(zhì)和變化規(guī)律的認(rèn)識?；瘜W(xué)計算歷來在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中占有重要的地位，但由于長期以來對化學(xué)計算的定位使得化學(xué)計算教學(xué)過于程式化，而學(xué)生也過分依賴于機(jī)械訓(xùn)練、反復(fù)練習(xí)，對于化學(xué)計算的本質(zhì)及意義都缺乏較為深入的理解。

1 傳統(tǒng)教學(xué)中化學(xué)計算的定位及教學(xué)

從知識分類的角度，按照傳統(tǒng)雙基觀，化學(xué)計算屬于基本技能。《心理學(xué)大詞典》對技能的定義是：“個體運(yùn)用已有的知識經(jīng)驗，通過練習(xí)而形成的智力動作方式和肢體動作方式的復(fù)雜系統(tǒng)?！薄督逃筠o典》對技能的定義是：“主體在已有知識經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，經(jīng)練習(xí)形成的執(zhí)行某種任務(wù)的活動方式?！痹谶@些定義中，技能都被看作是通過練習(xí)之后掌握的活動方式。反映在教學(xué)實際中，往往強(qiáng)調(diào)的是對技能性知識的模仿和反復(fù)操練。受這種觀點的影響，在化學(xué)計算教學(xué)中教師往往會按照一定的操作程序進(jìn)行教學(xué)，如依據(jù)化學(xué)方程式計算的教學(xué)程序是“設(shè)、寫、找、比、算、答”，然后讓學(xué)生模仿，反復(fù)練習(xí)。結(jié)果學(xué)生所形成的只是對計算技能的一種暫時性熟練，而非對從定量角度研究物質(zhì)變化的深層理解。

2 化學(xué)計算的學(xué)科本質(zhì)

門捷列夫曾多次指出，自然現(xiàn)象的質(zhì)和量是各種事物最重要的特征，兩者具有規(guī)律性的聯(lián)系，認(rèn)識這種聯(lián)系，對于化學(xué)家具有特殊的重要性，把握質(zhì)和量的統(tǒng)一，就能找到一條線索，使化學(xué)家們從片斷資料的迷宮中走出來?；瘜W(xué)是在分子、原子水平上，以研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)為基礎(chǔ)，著重研究物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)的規(guī)律的科學(xué)。物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)是從反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為生成物的質(zhì)變，同時也伴隨著能量的轉(zhuǎn)化。但是僅僅知道轉(zhuǎn)化是不夠的，在生產(chǎn)實踐或?qū)嶒炇抑形覀円@得目標(biāo)產(chǎn)物，或者要利用化學(xué)變化產(chǎn)生的能量，都必須要從量的角度去研究化學(xué)反應(yīng)。

因此，化學(xué)計算的學(xué)科本質(zhì)是對化學(xué)問題的數(shù)學(xué)處理過程，即對物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化規(guī)律的量化過程。中學(xué)化學(xué)計算的基礎(chǔ)是物質(zhì)微觀粒子在化學(xué)變化中的“質(zhì)”與“量”的關(guān)系，這是化學(xué)學(xué)科中的數(shù)學(xué)計算與其他學(xué)科的本質(zhì)區(qū)別之處?；瘜W(xué)中的計算離不開有關(guān)的化學(xué)概念和原理的運(yùn)用，這不僅是因為這些概念和原理規(guī)定著化學(xué)計算的意義，而且還是因為許多計算方法就包含在這些概念或原理之中。化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)要求“根據(jù)化學(xué)方程式進(jìn)行簡單的計算”，實質(zhì)上也就意味著化學(xué)計算的重點并不在數(shù)學(xué)運(yùn)算方法上，而是對概念、原理以及量的關(guān)系的理解上。只有理解了建立在化學(xué)基本概念、化學(xué)基本原理基礎(chǔ)上的各種化學(xué)符號語言所表示的質(zhì)和量的關(guān)系，才能依據(jù)條件選擇適當(dāng)關(guān)系進(jìn)行計算。

傳統(tǒng)化學(xué)課程將“化學(xué)計算”作為一項基本技能，但從量的角度解決化學(xué)問題并非單純的數(shù)學(xué)運(yùn)算，也并非簡單的方法、技巧等技能的操練，而是以基本概念、基本理論、元素化合物知識為基礎(chǔ)，以化學(xué)式、化學(xué)方程式及溶液組成等蘊(yùn)含的量的關(guān)系為依據(jù)，進(jìn)行分析、判斷、推理、運(yùn)算的過程。因此，從這一認(rèn)識出發(fā)，化學(xué)計算并非是“按照一套既定規(guī)則和操作程序去完成特定任務(wù)”的技能，而是“有意識、有意義、有目的、有方法的認(rèn)知和操作的共同體”，即是一種能力，是依據(jù)化學(xué)基礎(chǔ)知識，運(yùn)用數(shù)學(xué)方法解決物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、變化中“量”的問題的能力。化學(xué)計算能力是學(xué)生化學(xué)學(xué)科能力的重要組成部分。

3 化學(xué)計算的教學(xué)策略

長期以來，由于沒有明確化學(xué)計算的本質(zhì)，對學(xué)生化學(xué)計算能力的形成及其發(fā)展規(guī)律缺乏研究，導(dǎo)致不少教師在中學(xué)化學(xué)計算教學(xué)中往往把大量時間和精力投入到計算類規(guī)則、技巧的教學(xué)中，讓學(xué)生反復(fù)感知，甚至編出許多抽象、繁雜、脫離生產(chǎn)生活實際的“假題”讓學(xué)生反復(fù)練習(xí)。學(xué)生不理解“為何要計算”以及“如何來計算”，不少學(xué)生依賴套公式解題或試誤性解題，并沒有真正地習(xí)得化學(xué)計算能力?；趯瘜W(xué)計算本質(zhì)的理解，在化學(xué)計算教學(xué)中教師應(yīng)注意應(yīng)用以下教學(xué)策略：

3.1 創(chuàng)設(shè)真實的應(yīng)用情境

在義務(wù)教育和高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中，都明確提出“體會定量研究的方法對研究和學(xué)習(xí)化學(xué)的重要作用”，這就意味著我們不是為教計算而教計算，不應(yīng)該用一些沒有價值或?qū)嶋H意義的計算題來代替對化學(xué)計量關(guān)系的了解。而應(yīng)將計算問題置于真實的情境中，讓學(xué)生在解決生產(chǎn)、生活以及實驗室中有關(guān)“量的問題”的過程中，真正體驗到定量研究方法在化學(xué)科學(xué)研究和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要作用，理解化學(xué)計算的應(yīng)用價值。

案例1 某鈣片的標(biāo)簽如右圖所示，已知此鈣片成分中只有碳酸鈣含有鈣元素。

問題①：直接從晶胞中數(shù)出各原子個數(shù)是否正確？

問題②：晶胞中原子是否完全屬于該晶胞？

問題③：原子個數(shù)比與哪些因素有關(guān)？

第二步：分別對不同類別的原子個數(shù)進(jìn)行計算；

問題④：晶胞中原子按照位置可分為幾類？

第三步：得出結(jié)論。

問題⑤：根據(jù)計算規(guī)則得出結(jié)論。

（2）探究型樣例。即在樣例中并未給學(xué)生呈現(xiàn)明確的解題步驟，而是由探究性的問題組成，包含了選擇題和開放題，這些問題以問題解決進(jìn)程為主線，并將學(xué)生可能犯的錯誤預(yù)設(shè)其中。同樣以“根據(jù)氯化鈉晶體結(jié)構(gòu)確定鈉原子和氯原子個數(shù)比”為例，解答部分加入了開放性的問題，如：

①同學(xué)甲認(rèn)為：由氯化鈉晶胞圖中可直接數(shù)出，該晶胞中有13個Na+，14個Cl-，因此個數(shù)比為13：14，你認(rèn)為這種說法是否正確？為什么？

②圖1中，A表示頂點上的Cl-，同學(xué)甲認(rèn)為A完全屬于該晶胞，但乙卻認(rèn)為A其實被8個周圍的晶胞所共用，只是圖中沒有畫出而已，你認(rèn)為哪位同學(xué)的說法正確？為什么？

③你認(rèn)為個數(shù)比與下列哪些因素有關(guān)？為什么？

A. 離子的大小 B.離子在晶胞中的位置

C.離子的種類

④如果讓你將晶胞中的離子按照位置分類，你將分為哪幾類？

問題1預(yù)設(shè)了學(xué)生可能存在的錯誤，即直接數(shù)出晶胞中的原子個數(shù)。問題2對學(xué)生的這個錯誤進(jìn)行提示，引導(dǎo)學(xué)生理解晶胞中原子共用的概念，改正原有的錯誤。同時，開放性問題能夠?qū)W(xué)生的思路進(jìn)行追蹤?？梢姡谠擃愋蜆永慕獯鸩糠?，學(xué)生經(jīng)歷了問題探究的過程和與錯誤思路的碰撞，從而正確理解樣例中問題的解答方法，將新知識建構(gòu)于原有的認(rèn)知系統(tǒng)中。

整體而言，樣例學(xué)習(xí)的模式如圖2所示。學(xué)生的樣例學(xué)習(xí)過程包含兩個階段：第一，學(xué)生在研究樣例的過程中提取樣例規(guī)則。第二，學(xué)生在利用規(guī)則完成練習(xí)、解決問題的過程中，不斷反思，使規(guī)則更加完善，并內(nèi)化于自己的認(rèn)知體系中。

在樣例學(xué)習(xí)中，解題的方法和規(guī)則由學(xué)習(xí)者自己研究樣例、解決問題而習(xí)得。教師講解的作用只在于提供必須的知識儲備，為學(xué)生化學(xué)樣例學(xué)習(xí)搭建腳手架。學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生先通過已有知識仔細(xì)研究樣例，總結(jié)出樣例中隱含的方法規(guī)則，隨后有目的性和針對性地完成所附練習(xí)。當(dāng)解題過程遇到困難時，學(xué)習(xí)者可以隨時參照樣例或者求助于教師。因此，樣例學(xué)習(xí)是一種自我建構(gòu)式的學(xué)習(xí)方式，學(xué)生通過自我主動的學(xué)習(xí)建構(gòu)起對知識的理解和體會，計算規(guī)則在學(xué)生心中自然生成，而非通過大量強(qiáng)化練習(xí)而得到。這樣獲得的知識更為牢固，也更有利于遷移。當(dāng)然，樣例學(xué)習(xí)對教師提出了更大的挑戰(zhàn)，因為需要教師精心設(shè)計樣例及其呈現(xiàn)方式，在樣例中有效整合陳述性知識、程序性知識以及策略性知識，還要考慮是否符合學(xué)生的認(rèn)知水平以及閱讀習(xí)慣等。

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