新课程背景下运用化学图像、图表培养学生能力

1、杭州市化学会2009年年会论文新课程背景下运用化学图像、图表培养学生能力源清中学 于绍君摘要 本文就新课程背景下如何运用化学图像、图表培养学生多方面能力进行了一些探索，并提出一些教学建议。关键词 新课改、化学图像、图表、培养能力新一轮的课程改革正在全国如火如荼的展开。我省从2006年开始实施新课程标准，通过3年的实施，教师的教学理念、教学方式和学生的学习方式都发生了较大的变化，无论教材还是课堂教学都重视三维目标的体现。现行苏教版高中化学教材中穿插了大量的图像、图表，仅必修部分化学1中就有图像、图表78张，化学2中有图像、图表83张。这些图像、图表概括性强、生动直观，是对课本内容的高度浓缩和升华

2、，其作用是语言、文字无法代替的。这些图像的使用对学生看懂教材，吃透教材有帮助作用，对于整个高中化学教学起着积极的推动作用。新课标在课程目标的“过程与方法”中要求学生运用“多种手段获取信息，并运用比较、分类、归纳、概括等方法对信息进行加工”。因此，为了培养学生获取信息能力和信息加工能力，开发和培养学生学习的潜能，在新的教材中增加了大量的图像、图表。为了引领新课标的实施，新课程背景下的高考试题已经发生了一些变化，高考化学试题中的图表数据题、信息题明显增多，以此来考查学生思维的缜密性、统摄性、创造性和学生能力。如在2009年各地理科综合试卷化学试题中，涉及图像、图表的分值如下：全国（1）全国（2）天

3、 津上 海重 庆四 川分值61563466辽 宁湖 北浙 江广 东江 苏福 建分值2661555366由上表可知，各地在今年高考中都出现了相当数量的图像、图表题。随着新课改的不断推进，可以预测，运用化学图像、图表培养学生某些方面的能力将会变得越来越重要。知识的传承与能力培养是一致的，教学过程中应该考虑让学生会运用知识的问题。知识是基础，能力是归宿，从知识的理解掌握到运用，需要一系列的思维活动。观察图像、图像信息的挖掘和转化能力、分析图表、研究实验数据是一种基本能力。基于此，笔者就新课程背景下如何运用化学图像、图表培养学生能力进行一些探索，并提出一些教学建议。不妥之处，敬请批评。一、利用图示法，

4、变抽象为具体，化繁琐为简要，培养学生形象思维能力心理学家认为，图表式教学能加强学生的感知，激起大脑皮层的优势兴奋中心，引起学生的积极思维。它所反映的信息对学生具有强烈的吸引力，可以充分调动学生学习的积极性，成为教学的直观教具，是思维能力尤其是形象思维能力培养的最好工具。例1：在学习同种元素不同价态之间的氧化还原反应时，学生对化合价归中不交叉原理难以理解，建议教学时借助数轴帮助学生理解不交叉的含义。以H2S+H2SO4（浓）=S+SO2+2H2O为例。 通过上述图示法，就轻而易举地将抽象的知识理解了，对其中的硫元素变化的来龙去脉一清二楚了。例2：学习到浓H2SO4吸水性时，讲到浓硫酸能干燥HCl

5、气体，而不能干燥HBr、HI气体，学生对氧化能力、还原能力的强弱这样抽象的概念，也难以理解。建议教学时利用下图，稍加解释就能让学生明白。 图中所示， Cl-的还原能力不够强，Cl-和浓硫酸之间还不能发生氧化还原反应，而Br-、I-的还原能力都比Cl-的强，两者都足以能与浓硫酸发生氧化还原反应，Br-、I-会分别被氧化为Br2、I2，所以HBr、HI气体不能用浓硫酸干燥。直观的图示就把抽象的理论完全表达清楚，收到事半功倍的功效。二、利用树状图，变零散为集中，培养学生发散性、收敛性思维能力美国心理学家吉尔福特指出：应该在教学中培养学生的发散性思维。发散性思维是一种创造性思维，它可以从一点出发，运用

6、所学过的基础知识进行放射性联想，由此及彼，由表及里，触类旁通。例3：在复习物质结构这一章内容时，建议教学时可以要求学生编制下图。原子同位素阴离子阳离子离子化合物离子晶体原子晶体分子晶体电子质子中子电子云电子层结构元素性质位置元素周期表元素周期律质量数极性共价键非极性共价键质子数同中子数不同共用电子对共用电子对 空间网状结构分子间作用力排布规律反映决定判断推理性质递变归纳出表现形式决定元素种类决定静电作用离子键得失 电子分子间作用力静电作用决定反映分子金属阳离子和电子金属晶体 在复习的过程中有意识地应用学过的知识，联系与该知识点有关的内容，引导学生纵横联系、广泛联想，从知识点形成线，最后形成一个

7、知识面，使零碎的知识系统化、网络化，形成立体化思维的过程，既培养了学生的演绎能力，又能理清知识的来龙去脉。三、利用示意图，提高学生分析问题的能力 化学实验中误差分析常涉及到观察容器的仰视和俯视，如果借用如下示意图分析，学生一目了然。建议教学时利用示意图，可提高学生分析问题的能力。例4：酸碱中和滴定中，要求正确读数，防止两种错误：仰视和俯视。对仰视和俯视所引起的误差分析，可以画出下图分析： 针对量筒的读数、容量瓶的定容的误差分析，也是学生学习时的一个比较大的难点，这个问题本身就有两种情况：一种是量取一定体积的液体；一种是量取一定液体的体积。如果分别讨论，就容易混淆，但是问题的关键在于最后衡量的标

8、准是：眼睛、刻度、凹液面的最低点三点在同一条直线上。画出图形，再往下分析误差的偏大、偏小就显而易见了。四、利用直角坐标系的二维图像和空间直角坐标系的三维图像，培养学生的读图的能力用图表表述化学过程和呈现背景信息时化学的基本表达方式。在图像中将化学问题以数据形式呈现出来，图中的信息量大，要提炼出相关的化学信息，需要学生有很强的分析和概括能力。例5：在探索合成氨工艺的过程中，哈伯和他的合作者，通过大量的实验得到了不同条件达到平衡时氨的产量，实验的部分结果如下图所示：不同温度、压强下，合成氨平衡体系中NH3的物质的量分数（H2和N2起始物质的量比为3：1）（说明：此图参照苏教版化学反应原理p.49图

9、2-21数据绘制）看懂这个图，首先要清楚这个空间直角坐标系的三维分别代表什么物理量；然后，还要清楚氨的物质的量分数、压强、温度三个物理量之间的关系。在图中，氨的物质的量分数是函数的应变量，压强和温度是自变量，当温度和压强都在改变时，很难找到体系氨的物质的量分数与两者的关系。只有在确定其中一个物理量不变时，另一个物理量的改变和氨的物质的量分数的关系才清楚地体现出来。两相一综合，合成氨的最佳条件就很明显了。要读懂这么一个空间直角坐标系的图，需要很强的读图能力。建议教学时，帮助学生理顺物质的量分数、压强、温度三个物理量之间的关系，这样学生在读图的过程中，学生的读图能力和综合问题处理能力也得到了提高。

10、五、通过图像、图表数据习题，培养学生信息处理的能力图像、图表型的计算题将数据处理与化学问题融为一体，信息量大，信息加工涉及诸如：信息加工、寻找、选择、整理、重组、应用等各方面。因此，在教学中建议通过此类的题目的剖析，来培养学生图表、图像的分析能力，数据处理能力。例6：将固体FeC2O4·2H2O放在一个可称量的容器中加热灼烧，固体质量随温度升高而变化，测得数据如下：温度/25300350400500600900固体质量/ g1.0000.8000.8000.4000.4440.4440.430 根据计算分析推理，完成下列填空：(1)写出25300时固体发生变化的反应方程式_。判断的理

11、由是_。 (2)350400发生变化得到的产物是_，物质的量之比为_。 (3)500时产物的含氧质量分数为_。(4)写出600900时发生变化的化学方程式_.FeC2O4·2H2O对于同学们来说，是一个陌生的物质。其性质只能通过类比来推测，解答时主要利用信息类比策略。将FeC2O4·2H2O与硫酸铜晶体作比较，加热时可失去所带结晶水；将FeC2O4·2H2O与H2C2O4作比较，加热时能分解。 解题时要将物质性质的推测与数据运用紧密联系在一起，不断地进行分析、比较、验证，要有足够的耐心和勇气，才能完成解答过程。(1) FeC2O4·2H2O带有结晶水，在

12、25300失去的可能是全部结晶水，也可能是部分结晶水，若结晶水全部失去，则：FeC2O4·2H2O FeC2O4 + 2H2O m 180 36 1.0 (1.00.8)=0.20 加热减少的质量等于所含结晶水的质量，因此推测正确。 (2)在350400，FeC2O4进一步分解，质量（从0.800克变为0.400克）减少一半。 FeC2O4的式量144，而FeO得式量72，刚好是144的一半，Fe2O3的式量160的一半是80， Fe3O4的式量232的三分之一是77.33。只有FeO符合要求，所以反应式可以写为： FeC2O4 FeO +CO +CO2 (3)(4)问是有紧密联系的

13、，在400500FeO在灼烧过程中质量从0.400克变为0.444克，是增加，可能是结合空气中的氧生成高价的氧化物，600900过程中固体质量从0.444克变为0.430克，又减小，由此推测固体物质可能发生如下变化：6FeO3Fe2O3(结合氧原子)2 Fe3O4(再失去氧原子)，将表中的数据进行验证： 2FeOFe2O3 m(增加) 144 160 16 0.400 (0.444一0.400)=0.0443 Fe2O32Fe3O4 m(减少) 480 464 16 0.444 (0.4440.430)=0.010 符合要求。因此500时产物为Fe2O3，含氧的质量分数为30，600900时反

14、应式为：高温 6Fe2O3 4 Fe3O4+O2 由以上分析可知：FeC2O4·2H2O在加热过程中经过一个复杂的变化过程，即由FeC2O4·2H2OFeOFe2O3Fe3O4。化学是一门以实验为基础的科学。在实验的过程中会有大量的实验数据测得，对这些数据的处理、分析、选择、评价、判断都能提高学生的综合能力。如果将上述的过程绘制成图，整个加热过程中的质量变化将更加直观。六、数形结合，运用函数图像解化学题，培养学生的简约化思维和学科综合能力 数学作为工具学科，是学习其他学科的一个工具，也为化学提供了很多解决问题的方法。因此，在教学中建议将数学图表运用到化学问题的解决中来，这样

15、数形结合，培养学生的简约化思维能力。例7：称取金属Na、Al、Fe各m克，在室温下分别与V L 4mol/L的盐酸充分反应。试推断在下列三种情况下，V值的取值范围（用含m的表达式表示）：、铝与盐酸反应放出的氢气最多；、钠与盐酸反应放出的氢气最多；、铝、铁分别与VL盐酸反应放出的氢气一样多。 由于此题没有说明反应物的具体用量，因此，无法判断三个反应中的反应物哪种物质过量、适量、还是不足。如果按照常规解题，过程将会繁杂易错。如果借助直角坐标系的图像来解此题，将会非常简洁，但是，这要求学生有比较扎实的数学功底和化学学科知识。金属和酸生成氢气的反应中，在酸足量的情况下，生成的氢气的量与加入金属的量是成

16、正比，这是化学问题。成正比就是一个一次函数。这个正比关系在直角坐标系中是一条斜线，这是一个数学问题。斜线斜率的大小表示等量的金属生成氢气的量的大小，斜率越大，生成的氢气越多。这是数学和化学相结合的问题。有了这些知识以后，结合题目的意思，学生就能画出下图，那么该题的解答就大功告成了。 从图中容易看出，当m=36V时，金属Al与酸恰好完全反应；当m=112V时，金属Fe恰好完全反应；当m=92V时，金属Na恰好与酸完全反应，随后加入的Na是和水反应。对着上图，学生就能很快的找出临界点，进行分段讨论。思路清晰，有条理。答案简洁。尝试应用图表分析解决化学问题，表述自己的思路与思维的结果，不仅可以提高学

17、生的识表识图的能力，更能通过这个过程训练和优化学生的思维策略。七、运用化工生产流程图，变虚拟为真实，培养学生解决化学实际问题和实验操作的能力新课程强调学生要有“将化学知识应用于生产、生活实践的意识，能够对化学有关的社会问题做出合理的判断”，“关注与化学有关的社会热点问题”。 因此，在教学中建议运用化工生产流程图，变虚拟为真实，培养学生解决化学实际问题和实验操作的能力。例8：苯甲醛在医药、染料、香料等行业有着广泛的应用。实验室通过下图所示的流程由甲苯氧化制备苯甲醛。试回答下列问题：Mn2O3氧化甲苯的反应需要不断搅拌，搅拌的作用是_。甲苯经氧化后得到的混合物通过结晶、过滤进行分离。该过程中需将混

18、合物冷却，其目的是_。实验过程中，可循环使用的物质分别为_、_。实验中分离甲苯和苯甲醛采用的操作是_，其原理是_。实验中发现，反应时间不同苯甲醛的产率也不同（数据见下表）。反应时间/h12345苯甲醛产率/%76.087.583.672.564.8请结合苯甲醛的结构，分析当反应时间过长时，苯甲醛产率下降的原因_。该试题借助工业生产背景，考查了学生读取信息、分析信息、信息加工的能力。前两问侧重实验操作的目的和作用。第3问侧重考察学生的信息的获取和分析能力。第4问主要是有机物分离的原理和操作，在现行化学教学中对实验能力的考查是一大难点，对学生实验能力的培养也起到了帮助作用。第5问既有信息分析，又有有机官能团性质的综合能力的考查。化学是真实的。在这样一个在实践中应用的化工生产流程图中，学生