画图法在化学教学中的应用

用画图法解决一类化学问题摘要：本文针对一类以实验为背景的复杂化学问题，提出用画图法来解决。意在探索如何走出教师们常常说的“讲了八百遍学生还不会”的困境。文中解释了什么是画图法，说明了画图法的理论依据，操作方式，并以详实的案例来说明如何用画图法解决化学问题，即通过画图将问题的形成过程定格，对问题的分析过程进行标记，使学生形成一套解决这类化学问题的思维模式。关键词：画图法过程定格过程标记学习知识的最终目的是解决问题，而如何运用所学习的知识来解决问题，那就要寻找解决问题的途径。画图法就是解决问题的重要途径之一。什么是画图法所谓画图法，是针对一类以化学实验为背景的较为复杂的问题，通过简单的图示，重现实验的过程，使学生联想起已有的知识经验，弄清楚文字的意思，对过程进行定格和标记，从而使复杂的问题简单化，达到解决问题的目的。画图法的理论依据思维方式有形象思维与抽象思维两种基本形式，学生更容易形成形象思维。形象思维的最基本特点是形象性，其表达的工具和手段是能为感官所感知的图形、图像、图示和形象性的符号。画图法就能使问题的表征具有生动性、直观性、和整体性。有助于学生找到有效的解决问题的途径，形成解决一类化学问题的思维模式。画图法的操作方式生的过程分析问题产生成的过程成的过程阅读题目画出简图的生的过程分析问题产生成的过程成的过程阅读题目画出简图的知识经验联系已有解决问题例题1：在已调平衡的天平两边各放一只质量相同的烧杯，向烧杯内各加入等体积等质量分数的足量的稀盐酸，再分别向左右两边的稀盐酸中加入等质量的锌和铁，从反应开始到结束，整个过程中，天平指针的变化情况（）A.向右偏转B.向左偏转C.先向左偏转，后向右偏转D.先向右偏转，后向左偏转课堂教学片段：师；请同学们先阅读题目，然后跟老师一起画出简图。先画出倒T字形，简单示意天平，画箭头号代表天平指针，再分别画上烧杯，添加稀盐酸生：在题目旁边画图。师：此时天平指针是否偏转？为什么？生：不偏转，因为左右两边的质量相等。师：继续画，以向下箭头号的形式，表示分别向左右两边的盐酸中加入等质量的锌和铁。生：继续画图。师：此时假设反应没有开始天平指针是否偏转？为什么？生：不偏转，因为左右两边的质量仍然相等。教师通过上述过程逐步引导学生从问题的形成过程来分析问题。通过上述的分析，已在潜移默化中帮学生理清了思维方向，天平指针的变化情况与左右两边的质量变化有关。这一阶段的分析是学生容易理解的部分，即左右两边的质量相等，天平指针不偏转。符合学生由易到难的学习规律。师：反应发生时会出现什么现象呢？生：有气泡产生。师：哪边产生气体的速度快呢？为什么？生：左边，因为锌比铁的活动性强。师：有气体产生会使烧杯中物质质量怎样改变？生：减轻。师：刚开始反应时左右两边产生的气体哪一边多呢？为什么？生：左边产生的气体多，因为锌的活动性强，比铁反应速度快。师：好，我们用向上箭头号表示有氢气产生。用线的长短来表示产生氢气的多少。生：画图。师：同学们分析一下，刚开始反应时，天平指针是否偏转呢？为什么？生：偏转，因为锌的活动性强，比铁反应速度快，左边产生的气体多，右边产生气体少，所以右边剩余物质的质量大于左边，指针向右偏转。。师：好，我们在图上把指针偏转方向标记好（见图1）。师：那反应结束时，是两种金属完全反应，还是稀盐酸完全反应？生：金属完全反应，因为稀盐酸是足量的。师：等质量的锌和铁完全反应，哪种金属产生的氢气多呢。生：（通过计算回答）铁产生的氢气多。师：我们再画一幅简图表示出来，谁能画出反应结束时的图呢？生：（一名学生在黑板上）画图。师：天平指针如何偏转呢？在图上标记出来（见图2）。生：天平指针向左偏转。师：我们来看整个过程，天平指针的变化情况如何呢？生：天平指针先向右偏转，后向左偏转。后半部分的分析难度较大，教师不可自己滔滔不绝讲出答案，把自己对问题的分析强加给学生，结果是听起来头头是道，听过后没有留下深刻印象，下次遇到这类题还无从下手，造成象老师们常常说的那样讲过八百遍还不会。而通过画图标记分析过程，使分析结果更加形象直观，有助于学生对过程的领悟，得出分析结果，内化为解决这类问题的能力，形成解决这类问题的基本思维模式，经过一段时间的训练，学生就能够自觉形成画图解题的习惯。例题2：小明同学前往石灰石矿区，采回若干块矿石样品测定碳酸钙的质量分数。他的方法是：取用8g这种石灰石样品，把40g稀盐酸分四次加入，测量过程所得数据见下表，（已知石灰石样品中含的杂质不溶于水，也不和稀盐酸反应）问：（1）下表中m的数值应是多少？（2）样品中碳酸钙的质量分数是多少？（3）所用盐酸溶质质量分数是多少？序号加入稀盐酸质量（g）剩余固体质量（g）第1次105.5第2次10m第3次101.2第4次101.2师：请同学们先阅读题目，然后和我一起画出实验过程（见图3）。生：画出实验过程。师：根据所画图示过程知该题通过累加试剂来测样品质量分数，将此定义为一个容器中的累加试剂实验，那么第一次所加试剂必须完全反应，才能加第二次，依次类推。这是累加实验的解题规律。我们在图的旁边记下分析过程，第一次10克盐酸完全反应消耗碳酸钙多少克？生：8克-5.5克=2.5克师：假设第二次10克盐酸仍能完全反应消耗碳酸钙多少克？生：2.5克。师：剩余固体多少克？生：5.5克-2.5克=3克。师：第三次10克盐酸消耗碳酸钙多少克？生：3克-1.2克=1.8克。师：第三次10克盐酸有没有完全反应？为什么？生：没有，碳酸钙不够2.5克了。师：剩余的1.2克物质是什么？生：杂质。师：那么第四次所加盐酸是否发生反应。生：不反应。分析到现在大部分同学能解决第一、二问，教师可以放手让学生写下前两问的解题过程，并解决第三问。找两名有代表性的同学，将答案写在黑板上（以下是部分解题过程）甲同学：设40克盐酸中氯化氢的质量为X.CaCO3+2HCl==CaCl2+H2O+CO2↑100738g-1.2g乙同学：设10克盐酸中氯化氢的质量为X.CaCO3+2HCl==CaCl2+H2O+CO2↑100738g-5.25g=师：请同学们看图及旁边的分析过程，分析哪位同学的解法有问题，为什么？生：甲同学，消耗6.8g碳酸钙用不了40克盐酸图为同学们分析问题提供直观素材，留下了思维痕迹，有了图不必再从头分析，节省了分析问题的时间。例题3：小明同学前往石灰石矿区，采回若干块矿石样品测定碳酸钙的质量分数。他的方法是把200g稀盐酸分四份做实验，测量过程所得数据见下表，（已知石灰石样品中含的杂质不溶于水，也不和稀盐酸反应）问：（1）下表中m的数值应是多少？（2）样品中碳酸钙的质量分数是多少？（3）所用盐酸溶质质量分数是多少？序号加入样品质量（g）生成气体质量（g）151.762103.523154.4420m课堂教学片段：师：请同学们先阅读题目，然后和我一起画出实验过程。生：画实验过程。师：根据所画图示过程知该题通过四个对比实验来探究问题，每次所用盐酸质量相等，而样品质量依次增加，那么如果有一个实验样品中碳酸钙完全反应，一定是哪一个呢？生：第一个，因为第一个实验所用样品最少。师：请在图上标记碳酸钙完全反应。那么5克样品中碳酸钙完全反应生成二氧化碳1.76克，那么以此分析第二个实验碳酸钙是否完全反应？生：是。师：请在图上标记碳酸钙完全反应。那么第三个实验碳酸钙是否完全反应？生：没有完全反应，如完全反应生成二氧化碳应为5.28克，大于4.4克，因此15克石灰石中碳酸钙有剩余。师：那么第三个实验中盐酸是否完全反应。生：是。师：请在图上标记盐酸完全反应，自己分析第四个实验并做标记，再根据分析过程图示解决问题（见图4）。例2与例3虽题型相似，但实验过程不同，容易产生混淆和错误。而让学生画出实验过程图并