论“物质的量”教学难点与教学建议

摘要:从教学经验中分析产生“物质的量”教与学的难点的原因,提出在新课标下组织“物质的量”教学的建议。

关键词:物质的量教学难点教学建议

“物质的量”作为基本物理量,是高中化学必须学习的概念,“物质的量”及其衍生概念是高中化学定量研究和化学计算的基石。在历次教材改版中,“物质的量”在教材的呈现顺序几经变化:有的版本考虑到它的基础性安排在第一章,有的版本考虑到学习难度,在第一章安排了物质性质再过度到“物质的量”学习而安排在第二章。在新课程下,无论是人教版、苏教版还是鲁科版,都安排在化学必修1教材的第一部分“认识化学科学”中,成为学生学习物质性质前最先接触的重要概念。其中,人教版安排在第一章“从实验学化学”第二节“化学计量在实验中的应用”;苏教版安排在专题1“化学家眼中的物质世界”第一单元“丰富多彩的化学物质”;鲁科版安排在第一章“认识化学科学”第三节“化学中常用的物理量——物质的量”。可见,不同版本的教材编着者在新课标框架内对“物质的量”的处理大致相当,即把“物质的量”概念作为引领学生学习高中化学的开始。

1.“物质的量”教学难的原因

在教学实践中,师生普遍感到“物质的量”难教、难学,我认为有三方面原因。

首先,东西方文化差异给学生学习造成难以逾越的障碍。“物质的量”实质上是用集合体的形式来描述微观粒子的多少,在汉语系统里,描述物质多少时有着丰富的量词:个、双、打、堆、捆等,针对不同的物质使用不同的量词在学生的语言系统中已根深蒂固。而西方表述上则没有这些量词,只用单复数即可,“物质的量”作为不同微粒的共同表征也在情理之中。西方文化中对集合体的概念是单一明确的,而在汉文化中则是混乱而不明确的。“物质的量”来源于西方语言系统,翻译成汉语“物质的量”作为一个整体性的词组难以融入学生已有的词语系统中,以至于不少学生理解为“原子的量”或“分子的量”。

语言是思维的载体,人的思维是以语言进行的,有着怎样的语言系统就会有相应的思维方式。用汉语系统的思维方式来理解源于西方语言系统的“物质的量”是学生学习的最大障碍,从微粒个数到微粒的集合体在学生已有的知识、经验和观念上都存在着困难。相对而言,我们已有的数目和量词等概念对学习“物质的量”是负迁移作用。教师在讲解过程中往往不可回避地对两者进行对比,实际上效果并不佳,存在着越说越糊涂的现象。“物质的量”、“摩”等词本身缺乏汉语的亲切感,外来词难以融入已有的词汇中,导致两者的关系容易混淆。学生往往用“摩”直接作为物理量,比如,求摩,某物质的摩是多少,摩尔数等词不由自主地表达出来。

其二,高一学生的想象能力普遍不能满足从宏观到微观之间的相互过渡的需要。初中科学对微观结构要求的降低和大量使用直观教学手段导致当前高一学生微观想象力的弱化,物质组成的层级不清,各种微粒间的数量关系不清,“物质的量”到底是微观还是宏观搞不清。教材对概念表述也比较模糊。如苏教版这样阐述:“由于化学变化中涉及的原子、分子或离子等单个微粒的质量都很小,难以直接进行称量,而实际参加反应的微粒数目往往很大,为了将一定数目的微观粒子与可称量物质之间联系起来,在化学上特引入物质的量。”然后说到:“物质的量是国际单位制中的基本物质量之一,符号为n,单位为摩尔。”阐述内容与学生的生活经验相去甚远,它不像长度、质量等物理量那样与学生的生活联系密切,具有可比性,学生难以理解也在情理之中。

第三,“物质的量”概念缺乏实验基础,需要学生具有较强的“思想实验”能力。其他化学原理、化学概念往往都有实验基础,比如,化学平衡、元素周期律、离子反应、氧化还原反应等都有相应的化学实验来佐证,通过直观的实验现象帮助学生理解。

2.“物质的量”学习难点及其发展

在“物质的量”及其衍生概念学习过程中,学生的学习难点主要表现在三方面。

首先,概念的相对集中造成学生学习困难。科学概念是从科学探究结果中形成的形而上的抽象认识,一直是学生学习的难点。“物质的量”及其衍生概念相对地呈现在开始系统学习化学的学生面前,其学习难度也在情理之中。加上如前所析原因,高一新生普遍感觉到这块知识难学。

其次,“物质的量”及其衍生概念是定量分析的基础性工具,学习成效表现在各种量的相互转换上。学习困难的表现之一就是这种转换不熟练,容易混淆。比如,阿氏常数与6.02×1023的关系,气体摩尔体积与22.4的关系,摩尔质量与相对分子质量的关系。在计算中,学生容易回到用质量作为中心物理量的老路上去,主动运用“物质的量”应用于化学计算的能力不足。这与学生未能全面掌握“物质的量”为中心的计算法则有关,沿用初中建立起来的计算系统显然是正常现象,但这种沿用阻碍了新计算系统的建立。

第三,微粒中的层次意识不强,各种微粒数间的相互转换困难。由于浙江省初中科学是以知识综合性进行编排,化学体系相对欠缺,学生对化学微粒的认识深度不够。比如,水分子中的原子组成,含有质子数、电子数、中子数,延伸到各种微粒间的“物质的量”、微粒数目之间的转换困难。

然而,从已有的教学经验来看,“物质的量”随着化学学习的深入,学生理解、应用的能力也逐渐提高,到了高一第二个学期,绝大多数学生都能应用“物质的量”进行计算与表述。由此可见,“物质的量”的学习掌握过程需要一个过程,需要一个应用过程,一个有情境有需要的应用过程。“物质的量”给学生带来的学习困难是暂时性的,随着化学学习的深入与应用“物质的量”及其衍生概念机会的增多,多数学生将不再把“物质的量”当障碍。

3.“物质的量”的教学建议

在传统教材及其教学中,“物质的量”往往花费较多的课时数,教师进行全面系统地阐述概念。实践结果表明,尽管花了较多的教学用时,这些学习困难仍然存在。在新教材体系中,“物质的量”安排的课时数与传统教材相比有很大的缩减,如何实现较短的教学时间收到较好的教学效果,需要从产生学习困难的根源和对学生学习要求两方面探讨。

新课标必修部分对“物质的量”的要求是:“认识摩尔是物质的量的基本单位,能用于进行简单的化学计算,体会定量研究的方法对研究和学习化学的重要作用。”其教学基本要求是:“认识物质的量,并能利用物质的量进行物质质量及微粒数的简单计算。”发展要求是:“物质的量运用于化学方程式的简单计算。”用有限的教学课时达成上述要求,结合教学实践,提出如下建议:

首先,用最少的时间突破这些概念理解中的困难期。不必过多纠缠于概念的剖析而重在简单应用,让学生在微粒个数与物质的量、物质质量、气体体积之间相互换算中逐渐得到强化。不必过多纠缠概念是否吃透讲透而重在应用中领会。“物质的量”不同于其他化学概念或原理,没有讲透会产生“夹生饭”现象,“物质的量”及其衍生概念学生会在应用中逐渐深化,缺乏应用的任务驱动,学习困难的解决是低效的。

其次,教学中不宜用“堆”、“捆”等量词作为类比,而宜直接引入“集合体”,以免强化量词产生负迁移效应。不宜前后概念过多联系而重在删繁就简,突出主题,构建以“物质的量”为中心的概念衍生关系,建立以“物质的量”为中心的计算体系即可。重视几个相互关系式,而不必推广到诸如传统教学中必讲的阿氏定律及其推论等,控制教学难度与深度,降低学习负担,增加学习信心。

第三,“物质的量”的应用需要渗透到化学教学的全过程。不宜一蹴而就而重在逐渐形成,不搞一步到位,讲究细水长流,在应用中强化,随着教学深入而逐渐加深应用难度。在后续的教学中,逐渐强化“物质的量”的应用,引领学生逐步摆脱初中以质量为基础的计算体系的思维模式,建立起以“物质的量”为基础的高中化学计算体系。

4.新课程下“物质的量”的教学设计

课时1:物质的量

师生探究1:以日常生活中的事例,如粒为单位存在的米与以袋装为单位的商品关系探究微小物件往往以集合体的形式呈现,解决微小物质从微观到宏观的表征方法——引入集合体概念。

师生探究2:探究1滴水中有多少个水分子,引领学生体验任何宏观物质都是由数量巨大的微观粒子组成,帮助学生建立微观意识,产生如何表述巨大数量微粒的学习疑问。

师生探究3:化学反应间微粒数量定量研究中如何实现微粒个数与宏观质量、体积间的衔接,引导学生得出采用集合体来研究,为引入“物质的量”概念做好铺垫。

教师讲授:开门见山地简要给出“物质的量”、“摩”是国际统一规定的物理量及单位,国际规定了阿佛加德罗常数及近似值,得出微粒数量与“物质的量”相互转化的计算式。

问题解决:给出练习题,巩固三个概念及相互转化的简单计算。

课时2:“物质的量”的巩固与“摩尔质量”

问题解决:阿佛加德罗常数定义及应用;“物质的量”与微粒数量间的相互转化;不同层级微粒数的简单换算。

师生探究1:相同“物质的量”的不同微粒的个数、质量是否相同,得出“摩尔质量”的定义。

问题解决:给出练习题,巩固物质微粒数量、质量与“物质的量”的相互简单计算。