高中化学论文：从规矩保守走向机智灵活

从规矩保守走向机智灵活对化学计算“巧解”教学的冷思考（江苏苏州大学附属中学 张 援 215006）摘要 本文从学生认知的角度，对学生应用化学计算“巧解”的碍进行了剖析，对“巧解”教学进行了反思，最终给出了“巧解”教学的建议。关键词 高中化学 化学计算 巧解 常规解法不久前在电视中看到国外科学家做的一个有趣试验。道具是一个黑箱子和一个完全透明的箱子，两个箱子的结构完全一样，表面都有一些没有实际作用的机关，箱子里放着好吃的糖果，被测试者分别是黑猩猩和67岁的儿童。试验开始时，特纳女士先做示范：手拿一个小棒，煞有其事地一步步打开所有机关，最终取出了黑箱中的糖果。然后特纳女士将小棒分别交给参加试验的儿童和黑猩猩，结果儿童和黑猩猩都学会了特纳女士教授的方法，最终都拿到了糖果。紧接着特纳把黑箱子换成透明的有机玻璃箱子，其内部结构一目了然。儿童面对透明的箱子，依然死板地按着特纳教授的方法一步步操作拿到糖果。但当这个透明的箱子拿到黑猩猩面前时，令人吃惊的一幕发生了：黑猩猩一眼就看穿了箱子的内幕，它根本就没有按先前的步骤去做，而是直接就把箱子里的糖果取了出来。特纳女士在世界各地多次进行上述试验，结果所有儿童都是重复原来复杂的方法从透明的箱子中拿到奖品，而有超过三分之二的黑猩猩却能直接从透明的箱子中拿到奖品。从表面上看，黑猩猩在解决问题时表现出更强的灵活性和高效率，而儿童似乎还不如黑猩猩“聪明”， 可问题是：地球的统治者是人类而不是猩猩。特纳试验中儿童和黑猩猩令人意想不到的行为表现，完全颠覆了我们对“规矩保守”与“机智灵活”的一贯理解，也给我们重新思考高中化学计算“巧解”教学带来了有益的启示。1 化学计算“巧解”教学中的困惑 在“化学平衡的计算”教学中，我在课堂上介绍了化学平衡计算的一般方法和步骤，布置的课后作业中有下面题目。例1接触法制硫酸中，从沸腾炉出来的炉气净化后，气体的体积组成是SO2占7%，O2占11%，N2占82%，炉气进入接触室在一定条件下反应达平衡后，气体总体积变为原来体积的97.2。求该变化过程中SO2的转化率。作业交上来后，我看到的是全班学生无一例外地都模仿了课堂上教授的解题方法。解1：设参加反应SO2的体积为2x 2SO2 O2 2SO3 起始（体积） 7 11 0 变化（体积） 2x x 2x 平衡（体积） 72x 11x 2x （72x）（11x）2x8297.2 解得：x2.8 SO2的转化率100%80%解题方法虽然是意料之中的，但如此的“步调一致”还是引起了我的兴趣：差量法是早就学过的解题方法了，可为什么没有一个学生想到用差量法去解题呢？难道应用“巧解”还需要提前告知吗？于是我在布置另一个平行班作业时还真的作了提示：本题还可以用差量法“巧解”！于是在学生交上来在作业中，我看到不少学生的不同解法。 解2：设进入接触室炉气的体积是100L，从接触室出来气体的体积是97.2L，参加反应SO2气体的体积为x2SO2 O2 2SO3 V 2 1 x 100L97.2L2.8L解得：x5.6L SO2的转化率100%80%显然学生并不是不会用差量法解题，但学生为什么不主动用“巧解”方法解题呢？2 学生掌握化学计算“巧解”障碍剖析21 人的行为特点排斥“巧解”学习是行为或按某种方式表现出某种行为的能力的持久变化，它来自实践或其他的经历1。即学习产生于实践或其他经历，也就是说人的学习是不能脱离已有经验的，而经验会使学生在解决问题时有趋于保守、循规蹈矩的倾向。例2有NaCl和NaBr混合物16.15g，溶于水配成溶液，向溶液中加入足量的AgNO3溶液，得到33.15g沉淀。则原混合物中钠元素的质量分数为A28.5% B50% C52.8% D82.5%对于这样一个二元混合物的计算题，大多数学生会想到他们所惯用的列方程法。解1：设NaCl的物质的量为x， NaBr的物质的量为y。 58.5x103y16.15 143.5x188y33.15 解得： x0.1000mol y0.1000mol 原混合物中钠元素的质量分数为：10028.5% 答案A。解题思路很清晰，只是解方程组是要耗费一些时间，而且有可能出错。多数学生想不到该题有下列“巧解”方法。 解2：NaCl AgCl NaBr AgBr以上过程实际上是将NaCl和NaBr中的Na+全部换成Ag+，这是导致反应前后物质质量变化的原因，可依此用差量法解题。NaAg m 23 108 1082385 x 33.15g16.15g17g 解得：x4.6g原混合物中钠元素的质量分数为：10028.5% 答案A。在熟练的解题方法面前，“巧解”的导入是有困难的，因为大多数情况下人们总是偏好“轻车熟路”的感觉。因此，在面对“巧解”这种可以称之为创新的方法时，学生表现出来的首先是保守，其次才是创新。22 “巧解”受限于学生的能力水平“巧解”展现在人们面前时，看上去都是很美的，特别是比较复杂的计算问题，“巧解”方法都会给学生耳目一新的感觉，但过后学生的解法往往依旧。经验告诉我们，学生能否用好“巧解”的关键还取决于学生的化学素养。例3将1.92gCu投入一定量的浓HNO3中，Cu完全溶解，生成的气体颜色越来越浅，共收集到标准状况下672mL气体。将盛有此气体的容器倒扣在水中，通入标准状况下一定体积的O2恰好使气体完全溶于水中，求通入O2的体积。 题目涉及的化学过程包含多个化学反应，用常规方法求解是比较麻烦的，用电子守恒法就简单多了。解：这个过程从整体上看只有铜和氧气中元素的化合价发生了变化氮元素价态没变，即CuCu2+；O2，由电子守恒列方程： 24 解得：V(O2)0.336L这个题目的解法确实精巧，不过在这简简单单的解题过程背后，映射出的是对硝酸性质和氧化还原反应本质的深刻理解，对于知识和能力尚处于初级阶段的学生来讲，其思考问题的眼光一般很难能达到如此深邃到的地步，这样的“巧解”他们能理解也很欣赏，但让他们独立用“巧解”去解决问题就勉为其难了。23 学生对“巧解”信心不足与习惯的解法不同，“巧解”毕竟是学生不太熟练或不经常使用的解决问题方法，“巧解”有可能走弯路，甚至导致解题失误的风险都是存在的，出于这样的考虑，学生有时候宁愿放弃“巧解”，选择自己认为比较把握的解题方法。例4将9.3g KOH和Ca(OH)2的混合物溶于水，所得溶液恰好能中和1molL1盐酸200mL。求原混和物中KOH和Ca(OH)2物质的量之比。曾经有学生用平均的思想去理解混合物消耗盐酸的量，给出了下列解题方法。解：平均1mol HCl消耗KOH 56g；平均1molHCl消耗Ca(OH)2 37g；题中平均1molHCl消耗混合碱的质量为g46.5gKOH 37 9.5 46.5 Ca(OH)2 56 9.5 所以 答案是错误的。1：1实际上是两种碱耗用盐酸的物质的量比，正确的答案是，本题若用常规的方程法求解，一般不会出现这样的错误。可见，如果学生对“巧解”仅仅停留在“照葫芦画瓢”的模仿水平上，难免出现“巧解”方法的“张冠李戴”，甚至造成解题失误，所以学生对“巧解”是心存疑虑的，尤其是考试中他们在解题方法上表现得更加谨慎。24 有些“巧解”并非是学生的“巧解”由于经历和经验的不同，老师和学生在看待同一问题时，其角度和感受并不一定是完全一致的，因此如果我们能转换位置，多从学生的角度去审视“巧解”方法，也许能理解“巧解”为什么会出现“教”、“学”两张皮的现象。例5将溶质质量分数为a%，物质的量浓度为1 molL1的H2SO4溶液蒸发掉一定量的水，使其溶质的质量分数变为2a%，此时物质的量浓度为2 molL1。则1和C2的关系A122 B221 C221 D221解1：a%的H2SO4溶液浓缩至2a%时，H2SO4的物质的量不变，溶液的质量变为原来的一半。如果溶液密度不变，则溶液体积也将变为原来的一半，H2SO4的物质的量浓度将变为原来的2倍(221)；但实际上浓缩后溶液密度增大，因此溶液的体积将比原来的一半要小，H2SO4的物质的量浓度应比原来的2倍大(221)，答案C。这个思路我认为非常简单，但学生不太容易接受这种思路，他们认为思路太“绕”了。我只好与他们一起进行了下面的推导。解2：设a%的H2SO4溶液密度为1 ，2a%的H2SO4溶液密度为2。 1M(H2SO4 )10001a% 2M(H2SO4 )100022a% 221 因为21，所以221 答案C。结论一出，学生都点头一致称好。我没想到他们竟然喜欢这样的方法。我与学生思维习惯上的差异显露无遗。25 某些“巧解”思路过于特殊有一些问题的“巧解”机关是十分隐蔽的，解题的方法也非常特殊，如果不经过深入研究是很难被发现的。例6有Na2CO3、NaHCO3、CaO和NaOH组成的混合物27.2g，溶于足量水并充分反应后，溶液中的Ca2+、CO32、HCO3全部转化为沉淀，将反应容器内水分蒸干，最后得到白色固体29g。求原混合物中Na2CO3的质量是多少。该题中混合物的成分多、反应也较多，但给出的“巧解”方法却十分的简单，所以常作为经典的“巧解”范例被广泛引用。解：根据元素守恒判断，最后得到的29g白色固体只能是CaCO3和NaOH。整个过程总的反应效果可以表示为：mNa2CO3nNaHCO3（mn）CaOmH2O（mn）CaCO3（2mn）NaOH 106m 18m x 29g27.2g1.8g 解得：x10.6g 我们不得不承认题目设计的确实精彩，但若让学生发现“反应前后固体质量的增加其实就是水的质量”这样隐秘的“巧解”机关并不容易。3 对化学计算“巧解”教学的几点思考学生在掌握“巧解”时面临的诸多障碍，使得化学计算“巧解”教学的有效性大打折扣。经常是被我们津津乐道的“巧解”，在学生那里并没有产生多大的共鸣，最大的问题还是学生应用“巧解”的能力和效果并不理想。“巧解”在教学中“叫好不叫座”的现象，让我们不得不重新审视我们的教学目标、教学方法和教学策略。31 “巧解”教学要遵循适时适度的原则就化学计算的重要方法而言，有关系式法、十字交叉法、守恒法、差量法、函数法、平均值法、极端法（极值法）、推理讨论法、整体思维法、归一法等等。再加上一些教辅资料中往往以一道例题对应一种方法来分析问题，导致解题方法种类繁多，平时训练中也不可能全面强化，其结果是解题名称一大堆，解题方法不熟练。在解决具体问题时，学生面对的则是琳琅满目的解题方法而不知所措3。例7天然的和绝大部分人工制造的晶体都存在各种缺陷。例如在某种NiO晶体就存在如右图示所示的缺陷：一个Ni2+空缺，另有两个Ni2+被两个Ni3+所取代。其结果晶体仍呈电中性，但化合物中Ni和O的比值却发生了变化。某氧化镍样品组成为Ni0.97O，试计算该晶体中Ni3+与Ni2+的离子数之比。2该题可以用常规的列方程方法解出。解1：设晶体中Ni2O3和NiO物质的量比为x：y。根据氧化镍样品组成Ni0.97O，列出Ni原子与O原子数目之比方程： 0.97 解得： 有学生还用十字交叉法给出了下面“巧解”思路。解2：根据Ni0.97O推知镍元素的平均化合价为。Ni3+ 3 Ni2+ 2 两种方法对比后不难看出，十字交叉法用在这里除了提供一种新的思路外，似乎没有体现出多少“巧解”的价值，甚至还没有常规思路来得简单高效。常规解题方法所具有的解题思路清晰和步骤表达规范等特点，对于巩固知识、提高技能、习惯养成等方面有着十分重要的作用。“巧解”应作为常规解法的延伸，遵循“循序渐进”相信“水到渠成”，让“巧解”在学生的思维中自然生成、有效成长。在“巧解”教学的策略上，让我们借用著名投资大师彼得林奇的一句话：请不要拔走鲜花却给杂草施肥。人们之所以关注化学计算“巧解”，除了因其在思维发展上具有的教育功能外，应试需要也是重要归因之一。其实从新课程考试大纲的要求来看，高考化学计算题的内容构成和呈现方式逐步与新课标衔接，新课程高考对化学计算的总体要求已经有了明显的降低。例如近2年江苏省高考化学试卷加强了在真实化学情境中对考生计算能力的考查，试题向“基础性”、“真实性”和“规范性”的方向发展。所以，解题方法的教学还是应该落在重视基础、抓住重点和强化规范上。32 过分强调“巧解”的价值是不恰当的“巧解”作为一种具有启发性的解题思路，对于开拓学生视野，培养学生能力有积极的作用。但“巧解”也不是万能的，尤其是平时的教学中，我们在习题训练上要明确训练的目的，否则很容易偏离训练的本意，误入为了“巧解”而“巧解”的歧途。例8将KCl和KBr混合物13.4g溶于水配成500mL溶液，通入过量的Cl2，反应后将溶液蒸干，得到固体11.75g。则原混合物中K+、Cl和Br的物质的量的比是A.1：2：3 B.1：3：2 C.2：3：1 D.3：2：1解析：根据电荷守恒：n(K+)n(Cl)n(Br)，选择答案D。如果单从应试效果的角度看，解题效率确实很高，但问题是：它还是真正意义上的计算题吗？如果我们的训练目的是计算技能，那么直奔主题的“巧解”会不会因为过程的“短路”而使习题的训练功能“打折”？解题方法是学生知识和能力的真实表现，即便是烦琐、冗长的解法，反映的也是学生学习行为中最本质的一面。正如不能用特纳试验中儿童和黑猩猩的行为得出“黑猩猩比人更聪明”的结论一样，我们也不应该用学生是否会用“巧解”去评价学生解决问题能力的高低。其实特纳试验中儿童看似死板