化學(xué)計(jì)算題解決困難的成因與教學(xué)對(duì)策

李祥培，劉秀英 ，張　敏 ，吳晗清

(1.西南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，重慶 400700；2.首都師范大學(xué)化學(xué)教育研究所，北京 100048；

3.長(zhǎng)春師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 130032)

?

化學(xué)計(jì)算題解決困難的成因與教學(xué)對(duì)策

李祥培1，劉秀英2，張敏3，吳晗清2

(1.西南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，重慶 400700；2.首都師范大學(xué)化學(xué)教育研究所，北京 100048；

3.長(zhǎng)春師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院，吉林長(zhǎng)春 130032)

[摘要]化學(xué)計(jì)算在高中化學(xué)教學(xué)中占有重要地位，但學(xué)生往往望而生畏。本文統(tǒng)計(jì)了近六年化學(xué)計(jì)算題在全國(guó)高考新課標(biāo)卷Ⅱ中的分值比例和內(nèi)容分布情況，對(duì)某示范性高中的265名學(xué)生進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，并對(duì)部分學(xué)生進(jìn)行訪談，結(jié)果表明，化學(xué)計(jì)算題解決困難的成因主要有：基礎(chǔ)知識(shí)薄弱型、精細(xì)計(jì)算能力欠缺型、綜合運(yùn)用能力欠佳型、心理素質(zhì)脆弱型等?；诖?，本文提出了化學(xué)計(jì)算教學(xué)的相應(yīng)對(duì)策。

[關(guān)鍵詞]化學(xué)計(jì)算；問(wèn)題解決；教學(xué)對(duì)策

高中化學(xué)計(jì)算是化學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，它從定量角度幫助學(xué)生理解化學(xué)概念、理論并解決實(shí)際問(wèn)題，并能有效提高學(xué)生的邏輯思維能力和創(chuàng)新能力。新一輪高考改革在如火如荼地進(jìn)行，考試內(nèi)容、方向及權(quán)重一直牽動(dòng)著師生的目光，化學(xué)計(jì)算作為考試內(nèi)容的一部分，具有很好的選拔功能，但現(xiàn)狀是很多學(xué)生畏懼化學(xué)計(jì)算。本文通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析全國(guó)新課標(biāo)卷Ⅱ中化學(xué)計(jì)算題的分值比例及內(nèi)容分布情況，結(jié)合問(wèn)卷調(diào)查與學(xué)生訪談，反思化學(xué)計(jì)算問(wèn)題解決困難的成因，并提出相應(yīng)的教學(xué)策略。

12010-2015年化學(xué)計(jì)算在全國(guó)新課標(biāo)卷Ⅱ中的分值及知識(shí)分布的統(tǒng)計(jì)分析

全國(guó)新課標(biāo)卷Ⅱ近6年高考計(jì)算題分值的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖1所示。

注：未統(tǒng)計(jì)選考題中的計(jì)算題分值，下同。圖1　全國(guó)新課標(biāo)卷Ⅱ近6年高考計(jì)算題分值的統(tǒng)計(jì)結(jié)果

對(duì)于高考計(jì)算題內(nèi)容的分布，筆者通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，6年來(lái)考查機(jī)率較高的內(nèi)容是：蓋斯定律、化學(xué)反應(yīng)速率與平衡常數(shù)、物質(zhì)組成及Ksp相關(guān)計(jì)算。這4方面內(nèi)容的相關(guān)計(jì)算占據(jù)了每年高考計(jì)算題的大多數(shù)分值。

另外，有機(jī)化學(xué)中產(chǎn)率的計(jì)算、中和滴定相關(guān)計(jì)算、pH的計(jì)算等也在近6年全國(guó)新課標(biāo)卷Ⅱ中以一定分值出現(xiàn)過(guò)。筆者對(duì)全國(guó)新課標(biāo)卷Ⅱ的計(jì)算題主要內(nèi)容及分值分布的統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖2所示。

圖2　全國(guó)新課標(biāo)卷Ⅱ的計(jì)算題主要內(nèi)容及分值分布的統(tǒng)計(jì)結(jié)果

針對(duì)以上統(tǒng)計(jì)結(jié)果，筆者作出簡(jiǎn)略分析如下：(1)計(jì)算題占分比例較高，近5年平均每年占近18分，約為18%，若加上選考的《化工》或《物質(zhì)結(jié)構(gòu)》板塊，每年還應(yīng)增加約4分的分值；(2)考試內(nèi)容及方向穩(wěn)中有變，并不斷創(chuàng)新；(3)考試內(nèi)容回歸學(xué)科本質(zhì)，注重基本概念和理論，緊密聯(lián)系化學(xué)計(jì)算在科研、生產(chǎn)、生活中的實(shí)際運(yùn)用，回避追求技巧、人為繁化、不切實(shí)際的計(jì)算；(4)計(jì)算題難度分布合理，如有關(guān)物質(zhì)組成計(jì)算較難，而蓋斯定律、平衡常數(shù)、中和滴定及Ksp相關(guān)計(jì)算屬中等難度；(5)計(jì)算題形式多樣，常結(jié)合圖象、表格、信息進(jìn)行考查，且閱讀量大，情境和角度新穎。

2學(xué)生計(jì)算題困難成因的調(diào)查研究

向西南大學(xué)附屬中學(xué)高二、高三學(xué)生發(fā)放調(diào)查問(wèn)卷共計(jì)280份，回收有效問(wèn)卷265份，有效率為94.6%。除了問(wèn)卷調(diào)查，還對(duì)15名學(xué)生進(jìn)行了半結(jié)構(gòu)性訪談。問(wèn)卷和訪談主要圍繞如下幾個(gè)問(wèn)題：你對(duì)化學(xué)計(jì)算題感興趣嗎？請(qǐng)說(shuō)明原因；你認(rèn)為化學(xué)計(jì)算為什么難以掌握？你認(rèn)為教師和學(xué)生如何進(jìn)行教與學(xué)，才能更好地突破化學(xué)計(jì)算？經(jīng)過(guò)調(diào)查研究和統(tǒng)計(jì)分析，得出以下幾個(gè)結(jié)論。

2.1非智力因素的影響

非智力因素是指智力以外對(duì)學(xué)習(xí)活動(dòng)起著起動(dòng)、導(dǎo)向、維持和強(qiáng)化作用的個(gè)性心理，包括興趣與愛(ài)好、對(duì)挫折的忍受性與意志力、自信心與好強(qiáng)心等。非智力因素在學(xué)生對(duì)待化學(xué)計(jì)算題方面影響顯著。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，超過(guò)60%的學(xué)生對(duì)化學(xué)計(jì)算題有畏難情緒，42%的學(xué)生在考試中最后做化學(xué)計(jì)算題，沒(méi)有多余時(shí)間就放棄，只有部分學(xué)生對(duì)化學(xué)非常熱愛(ài)。

2.2困難的主要原因及類型分析

為了明確學(xué)生認(rèn)為化學(xué)計(jì)算困難的原因，筆者設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)單的問(wèn)卷并對(duì)學(xué)生進(jìn)行調(diào)查，問(wèn)卷內(nèi)容如下：

你感覺(jué)化學(xué)計(jì)算難嗎，難________不難________

如果難，主要的原因有(可以多選)________

A.茫然不知所措——基礎(chǔ)知識(shí)不扎實(shí)B.數(shù)據(jù)處理困難——計(jì)算能力差

C.思維單一線性——綜合運(yùn)用能力欠佳D.信息提取困難——心理素質(zhì)欠佳

通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生感覺(jué)計(jì)算題難的主要原因有以下4類：

①茫然不知所措——基礎(chǔ)知識(shí)薄弱型(約占27.9%)

具體表現(xiàn)為：學(xué)生不知道發(fā)生哪些反應(yīng)、化學(xué)方程式不會(huì)寫、忘記公式或者不知道根據(jù)什么知識(shí)來(lái)建立等式等。

②數(shù)據(jù)處理困難——精細(xì)計(jì)算能力欠缺型(約占20.0%)

具體表現(xiàn)為：數(shù)據(jù)繁雜，學(xué)生計(jì)算過(guò)程耗時(shí)多，最終得出的結(jié)果錯(cuò)誤率較高。

例2:(2015年全國(guó)理綜Ⅱ卷，26題) 酸性鋅錳干電池是一次性電池，外殼為金屬鋅，維持電流強(qiáng)度為0.5A，電池工作5分鐘，理論消耗Zn多少克？(已知F=96500C·mol-1，部分條件略)(答案：0.05g)

該題若設(shè)Zn的質(zhì)量為m，可列等式：m=0.5A×5min×60÷96500C·mol-1÷2×65g·mol-1=0.05g，題目并不難，但數(shù)據(jù)繁雜，極易出錯(cuò)。

③思維單一性——綜合運(yùn)用能力欠佳型(約占31.7%)

有的計(jì)算題要綜合考慮諸多知識(shí)，運(yùn)用多種方法，且將各種結(jié)果有機(jī)結(jié)合起來(lái)方能得出正確答案，部分學(xué)生容易顧此失彼。

例3：(2012年全國(guó)高考理綜課標(biāo)卷Ⅱ卷,26題)要確定鐵的某氯化物FeClx的化學(xué)式?？捎秒x子交換和滴定的方法。實(shí)驗(yàn)中稱取0.54g的FeClx樣品，溶解后先進(jìn)行陽(yáng)離子交換預(yù)處理，再通過(guò)含有飽和OH-的陰離子交換柱，使Cl-和OH-發(fā)生交換。交換完成后，流出溶液的OH-用0.40mol·L-1的鹽酸滴定，滴至終點(diǎn)時(shí)消耗鹽酸25.0mL。計(jì)算該樣品中氯的物質(zhì)的量，并求出FeClx中x的值。(答案為x=3)

本題綜合了離子交換、平均分子式、中和滴定等知識(shí)，學(xué)生不僅要理解各部分知識(shí)，還要將不同知識(shí)得出的結(jié)論進(jìn)行邏輯嚴(yán)密的分析計(jì)算，綜合運(yùn)用，直至解出答案。

④信息提取困難——心理素質(zhì)脆弱型(約占20.4%)

若題目新穎、信息陌生、閱讀量大，從中獲取有用信息困難，部分學(xué)生便立即產(chǎn)生畏懼心理甚至選擇放棄。

圖3　PbO2的失重曲線

該題既有失重質(zhì)量分?jǐn)?shù)的概念，又有圖像作為載體，還有混合物平均分子式的計(jì)算，信息量很大，學(xué)生短時(shí)間很難從不同形式的條件中提取信息，失去得分機(jī)會(huì)。

2.3學(xué)生視角的解決策略

關(guān)于學(xué)生對(duì)教與學(xué)的建議，學(xué)生眾口一詞：希望教師按計(jì)算題類型、解題技巧和方法對(duì)計(jì)算題進(jìn)行歸類，做成專題試卷并詳細(xì)講解，然后舉出大量的類似例子，讓學(xué)生勤加練習(xí)。

3化學(xué)計(jì)算教學(xué)的對(duì)策

3.1注重基本概念和基本理論的教學(xué)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生探究與教師講授優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)

科學(xué)概念和理論在學(xué)科知識(shí)體系中占據(jù)了極為重要的地位，它是對(duì)客體本質(zhì)屬性的抽象和概括，是科學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，也是進(jìn)一步探究科學(xué)規(guī)律、建構(gòu)科學(xué)理論的基石。長(zhǎng)久以來(lái)，我們的理科教育把重點(diǎn)放在了對(duì)概念的識(shí)記和解題應(yīng)用上，對(duì)學(xué)生概念的形成和理解過(guò)程關(guān)注不夠，造成學(xué)生對(duì)概念一知半解，在某種程度上來(lái)說(shuō)，這也是不少學(xué)生被迫進(jìn)入“題海戰(zhàn)術(shù)”的原因所在，如此便形成了學(xué)生累、教師累的現(xiàn)狀?？茖W(xué)概念教學(xué)往往更強(qiáng)調(diào)對(duì)具體的事實(shí)性知識(shí)的掌握和對(duì)科學(xué)概念的機(jī)械記憶，學(xué)生對(duì)科學(xué)概念不能真正認(rèn)識(shí)和理解，科學(xué)概念教學(xué)沒(méi)有真正實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的建構(gòu)，因而無(wú)法形成對(duì)科學(xué)概念的正確觀念。而提到化學(xué)計(jì)算，很多人會(huì)認(rèn)為是那些各種名目繁多的計(jì)算技巧。方法固然重要，但基本概念和理論是核心。若不能正確書(shū)寫化學(xué)方程式，如何能找到量與量之間的關(guān)系？若對(duì)蓋斯定律、平衡常數(shù)、中和滴定概念不熟，如何能充分運(yùn)用已知條件？學(xué)生與教師都不必過(guò)分追求技巧，應(yīng)該首先打好基礎(chǔ)，利用基本概念和理論來(lái)尋求量與量之間的關(guān)系。

在教學(xué)方式上，幾乎每個(gè)高中化學(xué)教師都講過(guò)化學(xué)計(jì)算專題及配套練習(xí)，但是高考計(jì)算題永遠(yuǎn)是新穎的。如果學(xué)生沒(méi)有適應(yīng)新情境的能力，不具備靈活運(yùn)用知識(shí)構(gòu)建解決方案的能力，訓(xùn)練再多相似題目也無(wú)益?！疤铠啞焙汀邦}?！笔降慕虒W(xué)方式已經(jīng)讓學(xué)生產(chǎn)生了極強(qiáng)的依賴性，忽視了自身探索、創(chuàng)造、歸納、總結(jié)、反思的重要性。在教學(xué)中，我們常?？吹浇處熣n前做了大量題目，并把題目中可能遇到的陷阱、易錯(cuò)點(diǎn)、障礙等都?xì)w納出來(lái)，在課堂上進(jìn)行詳盡的講解。學(xué)生完成具有類似障礙的題目時(shí)顯得輕松，卻失去了鍛煉自已、提升能力的好機(jī)會(huì)。當(dāng)他們面臨新的挑戰(zhàn)和陷阱時(shí)，同樣會(huì)感到茫然。建議教師選取經(jīng)典例題適度講授，或者不舉例即讓學(xué)生去探究計(jì)算題的解法，若學(xué)生完成較好，可點(diǎn)拔學(xué)生自行總結(jié)歸納，教師再總結(jié)升華，詳細(xì)闡述。最后教師提供新穎原創(chuàng)題目進(jìn)行檢測(cè)，并督促學(xué)生在課外學(xué)習(xí)中不斷反思與歸納。該方法實(shí)行之初，也許學(xué)生會(huì)有抵觸情緒，但若能真正實(shí)行，必定收獲頗豐，也有助于實(shí)現(xiàn)化學(xué)計(jì)算問(wèn)題解決的終極目標(biāo)：提升學(xué)生的綜合能力。

3.2增強(qiáng)化學(xué)試題的實(shí)用性和情境性，通過(guò)分解與綜合，聯(lián)通“聽(tīng)得懂”和“做得起”之間的鴻溝

建構(gòu)主義強(qiáng)調(diào)知識(shí)是由學(xué)生自己建構(gòu)的，教學(xué)是引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)地建構(gòu)知識(shí)的過(guò)程。學(xué)習(xí)者不是空著腦袋進(jìn)入學(xué)習(xí)情境中的，當(dāng)問(wèn)題呈現(xiàn)在他們面前時(shí)，他們會(huì)基于以往的經(jīng)驗(yàn)，形成對(duì)問(wèn)題的解釋。建構(gòu)的前提就是要了解學(xué)生原有的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)，注重情境性。誠(chéng)如杜威所說(shuō)，不管是優(yōu)等生掌握數(shù)學(xué)的基本原理，還是語(yǔ)言學(xué)校學(xué)生了解歷史，或者大學(xué)生掌握哲學(xué)，任何情況下第一步都是準(zhǔn)備。準(zhǔn)備就是提出問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生聯(lián)想到熟悉的個(gè)人經(jīng)歷，這在了解新的問(wèn)題時(shí)很有幫助。已知的知識(shí)為理解未知的事物提供了依據(jù)，給人以親切感。化學(xué)與我們?nèi)粘５纳钕⑾⑾嚓P(guān)，教師可以挖掘的素材有很多，合理、適時(shí)地運(yùn)用這些素材能更好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣?；瘜W(xué)計(jì)算作為化學(xué)學(xué)科中非常重要的組成部分，充分體現(xiàn)了化學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性、準(zhǔn)確性、實(shí)用性等。因此，在化學(xué)計(jì)算中出現(xiàn)新穎情境、貼近生活的信息是不可避免的，這些情境和信息讓化學(xué)計(jì)算更有魅力，也可以使學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中體會(huì)到化學(xué)學(xué)科的價(jià)值。

針對(duì)化學(xué)計(jì)算的問(wèn)題解決，笛卡爾的方法論規(guī)則也許更能引發(fā)我們的思考，給我們啟示。按照先分析后綜合的順序，笛卡爾建立起四條方法論的規(guī)則：第一，絕不接受我沒(méi)有確定為真的東西；第二，把每一個(gè)考察的難題分析為細(xì)小部分，直到可以圓滿解決的程度為止；第三，按照順序，從最簡(jiǎn)單、最容易認(rèn)識(shí)的對(duì)象開(kāi)始，一點(diǎn)一點(diǎn)地上升到復(fù)雜對(duì)象的認(rèn)識(shí)；第四，把一切情況盡量完全地列舉出來(lái)。在教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生將不熟悉的題目進(jìn)行分解，通過(guò)綜合運(yùn)用分解與綜合的訓(xùn)練方式，幫助學(xué)生深化對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解，在分解題目的過(guò)程中，一方面可以幫助學(xué)生逐步形成豐富、組織完好的陳述性知識(shí)，另一方面也可以使學(xué)生更加熟練地使用程序性知識(shí)?，F(xiàn)實(shí)中，學(xué)生常常感嘆“聽(tīng)得懂，做不起”，究其原因，一是思考較少，不愿動(dòng)手，學(xué)習(xí)主動(dòng)性差，二是訓(xùn)練不夠，方法不當(dāng)，而提高學(xué)生的邏輯思維能力是不可能一蹴而就的。教師要精選題目，合理安排，使訓(xùn)練符合認(rèn)知規(guī)律。

3.3實(shí)施“頭腦風(fēng)暴”，注重一題多解，提高問(wèn)題解決的綜合能力

進(jìn)行一題多解或一題多變的訓(xùn)練也是不錯(cuò)的教學(xué)策略，在訓(xùn)練中引導(dǎo)學(xué)生全方位、多角度地分析問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生逆向思維能力，舉一反三，融匯貫通。在對(duì)典型題目進(jìn)行一題多解訓(xùn)練時(shí)，最終一定要總結(jié)出該題的最常規(guī)解法，也就是該類題型的通法。在實(shí)踐中，有的教師和學(xué)生往往熱衷于“最簡(jiǎn)單的方法”，然而，這種巧解方法往往具有個(gè)別性，真正需要重視的是常規(guī)解法，也就是最能體現(xiàn)學(xué)科本質(zhì)的思維方法?？茖W(xué)教育的本質(zhì)是要提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維和創(chuàng)新思維能力，提升學(xué)生掌握知識(shí)、運(yùn)用知識(shí)的能力，而不僅僅是模仿、記憶、重復(fù)的能力。

新課程改革注重三維目標(biāo)的達(dá)成，而提高學(xué)生的化學(xué)計(jì)算能力與學(xué)習(xí)的三維目標(biāo)理論本質(zhì)上是一致的：增強(qiáng)化學(xué)計(jì)算的實(shí)用性、嚴(yán)謹(jǐn)性和趣味性，可促進(jìn)學(xué)生建立正確的情感態(tài)度與價(jià)值觀；讓學(xué)生參與計(jì)算方法的發(fā)現(xiàn)、總結(jié)和反思，體現(xiàn)了學(xué)習(xí)過(guò)程與方法的重要性；而扎實(shí)的基本知識(shí)和基本技能是掌握化學(xué)計(jì)算的前提。如何有效地促進(jìn)學(xué)生化學(xué)計(jì)算的問(wèn)題解決，仍需廣大教育工作者在實(shí)踐中不斷探索、不斷總結(jié)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]陳琦,劉儒德,當(dāng)代教育心理學(xué)[M].2版,北京:北京師范大學(xué)出版社,2007:326-331.

[2]高瀟怡.試論“促進(jìn)概念性理解”的科學(xué)課教學(xué)[J].課程、教材、教法,2009,29(4):68-72.

[3]陳琦,劉儒德,當(dāng)代教育心理學(xué)[M].2版,北京:北京師范大學(xué)出版社,2007:181-187.

[4]約翰·杜威.我們?nèi)绾嗡季S[M].伍中友，譯，北京:新華出版社,2010:167.

[5]趙敦華.西方哲學(xué)簡(jiǎn)史[M].北京:北京大學(xué)出版社,2001:212-213.

[6]陳琦,劉儒德.當(dāng)代教育心理學(xué)[M].2版,北京:北京師范大學(xué)出版社,2007: 352-361.

[作者簡(jiǎn)介]李祥培(1974- )，男，研究員，從事中學(xué)教學(xué)法研究。

[基金項(xiàng)目]全國(guó)教育科學(xué)規(guī)劃教育部重點(diǎn)課題“高中生科學(xué)素養(yǎng)形成機(jī)制的實(shí)踐研究”(DHA130257)。

[收稿日期]2015-12-03

[中圖分類號(hào)]G633.8

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]2095-7602(2016)02-0115-05