鄒莉

摘要：數(shù)據(jù)是描述事物的符號(hào)記錄。合理利用數(shù)據(jù)可以將復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)簡(jiǎn)單化，深?yuàn)W的化學(xué)反應(yīng)原理淺顯化，抽象的微觀世界具體化，能讓學(xué)生真實(shí)的體會(huì)到化學(xué)中的多少、多大、多慢、多強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)；化學(xué)教學(xué)

文章編號(hào)：1008-0546（2016）01-0000-02 中圖分類號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.01.000

一、理論基礎(chǔ)

化學(xué)是在原子、分子層次上研究物質(zhì)性質(zhì)、組成、結(jié)構(gòu)與變化規(guī)律的科學(xué)?；瘜W(xué)物質(zhì)豐富多彩，化學(xué)現(xiàn)象變化萬(wàn)千，化學(xué)物質(zhì)既抽象又具體，化學(xué)分析方法既定性又定量，化學(xué)研究既理論又實(shí)驗(yàn)，化學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程既敘述又推理。[1]而化學(xué)反應(yīng)是復(fù)雜的，反應(yīng)原理是深?yuàn)W的，物質(zhì)結(jié)構(gòu)是抽象的，實(shí)驗(yàn)手段是多樣的。這使得學(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)的過(guò)程中會(huì)覺(jué)得化學(xué)知識(shí)雜、散、抽象、難記、難學(xué)。為了幫助學(xué)生建構(gòu)化學(xué)知識(shí)，可以將學(xué)生置于具體、真實(shí)的情境中，提供給學(xué)生真實(shí)的數(shù)據(jù)，可以使某些抽象概念具體化，模型建構(gòu)形象化，深?yuàn)W道理淺顯化，幫助學(xué)生將知識(shí)轉(zhuǎn)化為真知，真知轉(zhuǎn)化為能力，實(shí)現(xiàn)從感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)的飛躍。

數(shù)據(jù)是描述事物的符號(hào)記錄，是可定義并有意義的實(shí)體，它與事物的存在形式有關(guān)，數(shù)據(jù)表征事實(shí)、數(shù)字和觀點(diǎn)。[2]數(shù)據(jù)是一種符號(hào)表征，數(shù)據(jù)是理論形成的前提，理論又來(lái)源于數(shù)據(jù)。1988年，提出“理論—觀察—現(xiàn)象”三元論觀點(diǎn)的J.Bogen和J.Woodward認(rèn)為：理論可以預(yù)測(cè)和解釋現(xiàn)象，但是不能預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，但并不是說(shuō)理論對(duì)數(shù)據(jù)的產(chǎn)生沒(méi)有任何影響，相反地，在數(shù)據(jù)產(chǎn)生的過(guò)程中，理論對(duì)它的影響無(wú)處不在。由此可見(jiàn)，數(shù)據(jù)對(duì)于化學(xué)中的基本概念、原理以及某些實(shí)驗(yàn)結(jié)論的得出等都密切相關(guān)，在化學(xué)教學(xué)中合理地利用數(shù)據(jù)可以起到事半功倍的教學(xué)效果。

二、數(shù)據(jù)在化學(xué)教學(xué)中的作用和價(jià)值

1. 借助數(shù)據(jù)，體會(huì)化學(xué)中的“多少”

化學(xué)基本概念中表示數(shù)據(jù)“多少”的概念比較多，比如pH值、利用率、轉(zhuǎn)化率、分解率、質(zhì)量、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、體積、體積分?jǐn)?shù)、物質(zhì)的量濃度等。這些基本概念中都有一定的計(jì)算公式，通過(guò)這些符號(hào)表征，可以使學(xué)生感受到化學(xué)的魅力，比如我們可以宏觀調(diào)控溫度、壓強(qiáng)、反應(yīng)物的質(zhì)量或濃度等來(lái)改變化學(xué)反應(yīng)的速率。

案例1：鹽類水解是微弱的

鹽類水解的諸多知識(shí)都是建立在分析溶液中微粒對(duì)水電離平衡影響的基礎(chǔ)上形成的，

而對(duì)于“水解是微弱的”這一知識(shí)學(xué)生在理解上有一定的困難。此時(shí)采用真實(shí)的數(shù)據(jù)，讓他們直觀地感受水解確實(shí)是微弱的，知識(shí)在不經(jīng)意間便形成了。已知0.1mol/L NaAc溶液的pH=9，請(qǐng)計(jì)算溶液中c（H+）、c（OH-），Ac-的水解率是多少？如果Ac-全部和水結(jié)合，溶液的pH是多少？通過(guò)給與確切的數(shù)據(jù)讓學(xué)生自己計(jì)算，可以發(fā)現(xiàn)水解的Ac-確實(shí)很少，只有10-5mol/L，只占總量的0.01%；如果Ac-完全和水結(jié)合，則溶液的pH=13，這與該溶液的實(shí)際pH=9相差1萬(wàn)倍，由此學(xué)生可以很自然地得出結(jié)論：鹽類水解是微弱的，教師就無(wú)需再過(guò)多的解釋。

案例2：HNO3受熱分解

硝酸受熱分解實(shí)驗(yàn)中，如果加熱濃硝酸溶液看不到紅棕色氣體，必須要加熱硝酸蒸汽才能看到其分解產(chǎn)生的紅棕色氣體。為了解決這個(gè)難題，許多老師在裝置改進(jìn)上下功夫，但是改進(jìn)之后都還是比較麻煩，而常州高級(jí)中學(xué)的房老師就將視角從裝置轉(zhuǎn)移到了量上，進(jìn)行改進(jìn)之后不僅所需儀器簡(jiǎn)單，現(xiàn)象明顯，而且節(jié)約藥品，只需1滴濃硝酸。具體操作如下：在一支干燥的試管中加入1滴濃硝酸，最好能滴在試管底部，不要滴在試管壁上（蒸發(fā)時(shí)能輕易判斷是否完全蒸發(fā)），在試管口塞一團(tuán)棉花，然后加熱。當(dāng)試管底部的一滴濃硝酸全部蒸發(fā)后（大概需要15秒左右），此時(shí)將燈焰加熱試管中上部，15秒之后在白紙的映襯下可以看到有紅方棕色氣體產(chǎn)生，再加熱，紅棕色氣體更加明顯。[3]

2. 借助數(shù)據(jù)，體會(huì)化學(xué)中的“多大”

化學(xué)基本概念中表示數(shù)據(jù)“多大”的概念有：阿伏伽德羅常數(shù)，微粒半徑等。化學(xué)是將微觀世界與宏觀世界聯(lián)系起來(lái)的一門學(xué)科，而對(duì)于肉眼看不到的微觀世界是抽象的，通過(guò)數(shù)據(jù)這一橋梁可將其具體化。以 “物質(zhì)的量使用范圍”為例。

對(duì)于剛進(jìn)入高中化學(xué)學(xué)習(xí)不久的高一年級(jí)學(xué)生，在“物質(zhì)的量”這一新“工具”的理解和應(yīng)用上總是覺(jué)得比較困難，為了幫助學(xué)生理解“物質(zhì)的量”這一物理量只適用于微觀粒子，而不能表示宏觀物質(zhì)，可以利用阿伏伽德羅常數(shù)這一數(shù)據(jù)進(jìn)行舉例：阿基米德與國(guó)王下象棋的故事都聽(tīng)說(shuō)過(guò)，國(guó)王輸給阿基米德的大米他永遠(yuǎn)也拿不出來(lái)，有沒(méi)有什么辦法幫國(guó)王解決這個(gè)難題呢？我們把不值錢的大米換成值錢的金子，在每格棋盤上按照阿基米德的要求放上Au原子，那么所需金子的質(zhì)量為1.845×1019×3.27×10-22 kg=6.04g，為什么把不值錢的大米換成值錢的金子后國(guó)王就能拿得出來(lái)呢？阿伏伽德羅常數(shù)將近是該金原子個(gè)數(shù)的3萬(wàn)倍，可以發(fā)現(xiàn)阿伏伽德羅常數(shù)非常大，物質(zhì)的量這個(gè)數(shù)據(jù)只適用于微觀粒子而不適用與宏觀物質(zhì)。通過(guò)這種將學(xué)生置于真實(shí)的數(shù)據(jù)情境中學(xué)習(xí)新的概念，可以加深他們對(duì)物質(zhì)的量這一概念的理解與掌握。

3. 借助數(shù)據(jù)，體會(huì)化學(xué)中的“多慢”

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，化學(xué)反應(yīng)的快慢既是化學(xué)理論學(xué)習(xí)中的重點(diǎn)，同時(shí)也是化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀察的重點(diǎn)。在蘇教版選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》“化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡”這一專題中主要研究的就是“快、慢”，當(dāng)把某些理論反應(yīng)付諸于實(shí)驗(yàn)時(shí)就能真實(shí)地感受到“多慢”。以 “硝酸的性質(zhì)之不穩(wěn)定性”為例。

硝酸見(jiàn)光會(huì)分解，所以實(shí)驗(yàn)保存時(shí)需要放在棕色試劑瓶中，但并不是把硝酸置于光照條件下就會(huì)立馬分解，其分解的速率比較緩慢，為了加深學(xué)生對(duì)硝酸不穩(wěn)定性這一性質(zhì)的理解，課前可做如下實(shí)驗(yàn)：將一瓶用無(wú)色試劑瓶裝著的濃硝酸放在陽(yáng)光下（確保每天可以接受5小時(shí)的陽(yáng)光直射），每天對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象拍攝照片，課上給學(xué)生展示能說(shuō)明這個(gè)變化過(guò)程的代表性照片，并在每幅照片中注明拍攝的時(shí)間間距，發(fā)現(xiàn)這樣的條件下要3天以后才能看到淡紅棕色氣體，“3天后”這個(gè)數(shù)據(jù)讓學(xué)生真實(shí)地感受到硝酸是可以分解，但是分解的速率還是比較緩慢。

4. 借助數(shù)據(jù)，體會(huì)化學(xué)中的“多強(qiáng)”

化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是舊鍵的斷裂與新鍵的形成。一般來(lái)說(shuō)，鍵長(zhǎng)越短，鍵能越大，鍵越牢固，越難斷裂，物質(zhì)越穩(wěn)定。鍵長(zhǎng)、鍵能是表示了“多強(qiáng)”的一種數(shù)據(jù)，它們可以幫助學(xué)生理解相同類型鍵的不同物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)活性的不同，或相同原子間形成的不同類型鍵使得物質(zhì)之間性質(zhì)的不同，同時(shí)也能讓學(xué)生通過(guò)這些確切的數(shù)據(jù)理解某些有機(jī)物的真實(shí)結(jié)構(gòu)。以“苯環(huán)結(jié)構(gòu)的確定”為例。

對(duì)于現(xiàn)在仍然采用凱庫(kù)勒式的苯環(huán)結(jié)構(gòu)，剛開(kāi)始接觸這一新知識(shí)時(shí)學(xué)生很難理解為什么結(jié)構(gòu)中表示出了單雙建交替出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)，可是卻偏偏強(qiáng)調(diào)苯環(huán)中的六個(gè)碳碳鍵都是等價(jià)的。如果在教學(xué)中通過(guò)對(duì)比：C—C鍵長(zhǎng)0.154nm， C=C鍵長(zhǎng)0.134nm，苯環(huán)中的碳碳鍵長(zhǎng)都相等為0.140nm，C—C鍵能332kJ/mol， C=C鍵能611kJ/mol，苯環(huán)中的碳碳鍵鍵能介于332～611kJ/mol之間，由此可推知苯環(huán)中的碳碳鍵不同于一般的C—C鍵和C=C鍵，而是介于兩者之間的一種獨(dú)特的鍵，且6個(gè)碳碳鍵完全等價(jià)，這種特殊的結(jié)構(gòu)就是苯環(huán)結(jié)構(gòu)。

通過(guò)以上教學(xué)案例可以發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)能幫助教師更好地說(shuō)明物質(zhì)的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、用途，使得教學(xué)內(nèi)容有理有據(jù)，理論和實(shí)際并舉、互補(bǔ)，滿足學(xué)生的好奇心和求知欲。必修教材中有很多關(guān)于物質(zhì)含量的樹(shù)狀圖，如蘇教版必修1 第40頁(yè)圖2-1“每千克海水中幾種氯化物的含量”、第69頁(yè)圖3-9“一些金屬元素在地殼中的含量”等，這些樹(shù)狀圖中的數(shù)據(jù)能準(zhǔn)確地說(shuō)明物產(chǎn)資源的多寡、物資的消耗和應(yīng)用，引發(fā)學(xué)生或驚或喜等情感，有利于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)資源開(kāi)發(fā)、利用、保護(hù)的意識(shí)，激勵(lì)學(xué)生探索科學(xué)的熱情，樹(shù)立遠(yuǎn)大的志向和社會(huì)責(zé)任感，[4]無(wú)形中將情感態(tài)度價(jià)值觀的目標(biāo)滲透在課堂教學(xué)中。把數(shù)據(jù)恰當(dāng)充分地應(yīng)用到化學(xué)教學(xué) 中，在培養(yǎng)學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)的理解、解決化學(xué)問(wèn)題的能力、知識(shí)遷移的能力和創(chuàng)新思維等多方面有重要作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉忠英.芻議化學(xué)教學(xué)中的比喻藝術(shù)化學(xué)教學(xué)[J].化學(xué)教學(xué). 2015（3）：15

[2] 劉紅.“數(shù)據(jù)-理論-觀測(cè)-現(xiàn)象”四元論[J].自然辯證法研究，2014，（2）：95

[3] 房壽高.硝酸受熱分解實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)易化改進(jìn)[J].化學(xué)教學(xué). 2015（3）

[4] 宋志貴.廣泛利用數(shù)據(jù) 搞好中學(xué)化學(xué)教學(xué)[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，1996（5）：14