史话物质的量

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“史话”物质的量

林丽琴

余杭的二高级中学311100

【论文摘要】“物质的量”的学习是对学生思维的一种挑战，是学生化学学习的一个瓶颈，也是教学中公认的重点和难点。本文运用“物质的量”的相关化学史进行物质的量的教学。目的在于帮助学生从行者探索的足迹与前人卓越的智慧中建构并掌握物质的量的相关概念。

【关键词】史话物质的量

如果说化学概念是化学思维的细胞和基石,那么“物质的量”则是一个核心“细胞”。它可以为我们架起宏观与微观之间的桥梁,使学生获得一个通向微观世界的视角。同时“物质的量”的学习也是对学生思维的一种挑战，是学生化学学习的一个瓶颈，也是教学中公认的重点和难点。

“物质的量”之难

概念本身的问题

难点一:物质的量、摩尔、微粒、阿伏伽德罗常数、摩尔质量等新概念同时出现，如此大量的陌生信息、陌生概念对学生的认知造成了极大的冲击，从而导致认知困难，也造成了消化不良等的一系列后续的不良影响。

难点二：“物质的量”及相关概念是一个远离人们日常生活经验的比较抽象的概念。学生无法用直观的演示实验或生活经验来完成认知过程，这造成学生在学习中缺乏感性认识。

难点三：“物质的量”衡量的是微粒数的集合体，也就是其对象为微粒，但“物质”包括宏观、微观，因此选用“物质”一词本身会使学生误解。而且“物质的量”作为一个基本量的名称，读之拗口，思之难解，与学生原来关于物理量的认识出现不协调，因此在描述时经常被弃之，用“摩尔”代替，如：在具体问题的描述中经常会如此表述：“12g12C的摩尔是多少？”

教材原因

原因一：教材中对“物质的量”未作明确的概念化的定义。在苏教版的《化学1》中有关物质的量描述如下：“化学家在研究中发现，虽然参加化学反应的微粒质量很小，但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的宏观物质联系起来，在化学上引入了物质的量（amountofstubstance）。”【1】从以上这段话可以解读出引入物质的量的目的，但并未表述物质的量的概念，因此在学生心目中物质的量始终是一个陌生的概念。

原因二：教材过早强调“物质的量”是微观与宏观的桥梁，客观上给“物质的量”蒙上神秘的面纱。事实上只有当学生在微粒数与质量间的转化计算中才能很好的理解“桥梁”的作用，否则就是无本之源难以信服与理解。

原因三：教材未对物质的量、阿伏加德罗常数、相对原子质量等做相关史实的介绍，这造成学生在学习中产生以下困惑：①为什么用选取12克12Ｃ作为基准。②为什么选择“6.02×1023”这个难以记忆的数据。③为什么阿伏加德罗常数有单位？

学生原因

原因一：从学生认知水平来看,初中生更偏重于形象思维。因此新升入高一的学生对微观结构粒子、物质的量这些抽象概念存在着认知障碍。而认知障碍的存在势必对后面的一系列学习活动产生恐惧心理，阻碍了他们进一步接受之后的知识。

原因二：从学生原有认知结构来看,通过初中的学习,学生已经具备以下知识①知道宏观物质由原子、分子、离子等微粒组成。②能通过质量、体积来计量宏观物质。③质量守恒定律，且熟练掌握了运用质量进行化学反应方程式的计算。学生进入高中后很难接受物质的量，因此在具体计算时学生往往将“物质的量”转化成质量，再用质量代入计算，人为的造成了计算困难。

常见破难策略

2.1常见策略与方案

引入概念

方案一：

故事开篇，引入概念

情境一：老板为难讨薪者；支付18万枚大小不同的1角硬币。

18万枚1角硬币有多少？称重有570多公斤，装袋约10个编织袋，为了数明白这些硬币银行抽10名职员两天数完硬币。（文字旁的一幅铺满硬币的图片，更是以强烈的视觉冲击唤起学生的学习热情。）

【提问】你能数出一杯水中的水分子数吗？

方案二：

利用化学反应开篇

利用化学反应开篇

2H2＋O2==2H2O

宏观上：4g32g36g

微观上：2个1个2个

【讲述】我们能否在微观粒子与宏观可称量的物质间架设一座桥梁呢？

认识概念

方案一：

迷你实验

情境一：如何测量出①一张纸的厚度。②铜丝的直径。③一滴水的体积。④一粒芝麻的质量。

情境二：比一比，赛一赛

比赛数一定数量的粉笔（或回形针、黄豆、火柴等），两组同学一组同学一个个数，一组同学一盒盒数。

方案二：

曹冲称象

曹冲称象

建构概念

方案一：

运用类比方法建构概念

情境一：物理量的类比

国际单位制（SI）的七个基本单位

物理量

单位名称

单位符号

长度

米

m

质量

千克

kg

时间

秒

s

电流

安培

A

热力学温度

开尔文

K

发光强度

坎德拉

mol

物质的量

摩尔

cd

情境二：单位的类比

运动鞋的数量

1双

2只

铅笔的数量

1打

12支

粉笔的数量

1盒

50支

矿泉水的数量

1箱

24瓶

复印纸的数量

1令

500张

方案二：

概念图建构

国内外很多教师利用概念图来解决有关“物质的量”的计算问题。

2.2常见破难策略的评论与思考

【评论1：引入概念】使用故事开篇，创设生活情境，具有真实性、针对性、情感性，能有效调动学生的有意义学习，为主动建构奠定基础。然而宏观的数量能够用“数”来计量，但微观粒子的数量是难以“数出来”的，两者之间并没有直接的相关性，因此这样的开篇过于牵强。而利用化学反应开篇能引导学生将微观粒子与宏观可称量的物质联系起来，从而引入概念，但是这种讲授方式过于简单、直白难以提高学习兴趣。

【评论2：认识概念】“迷你实验”短小精悍，能让学生切身体会化学的朴素与激情。最后分析得出：化整为零，化大为小，积小成大，聚微成宏。说明微粒计数时，要采用“集合”的思想。自然而然的产生，没有任何强加的痕迹。然而学生在计数上根本不存在问题，因此选用迷你实验仅仅是哗众取宠，热闹了课堂，却缺乏时效性。

【评论3：建构概念】摩尔这一概念很难用图表和实验加以反映，因此教师在教学中会采用比喻的方法，让学生亲近“摩尔”。但是这种教学让学生感觉到知识仿佛从天而降，不知道其来源也不知道其用途。这种填鸭式的教学，抑制了学生的学习兴趣。而运用概念图建构，这样的教学直接告诉学生“物质的量”的单位是“摩尔”，介绍阿伏加德罗常数、摩尔质量、气体摩尔体积等，并通过一些练习加深学生对这几个概念的认识，将这些概念以概念图的方式呈现给学生。这种方式效率很高，纯粹为了训练思维,但是学生仍然没有完全理解这些相关的概念。这种仅注意叙述现成知识的静态结论，忽视追溯知识和它的动态演变，使初学者感到莫大的困难。

古希腊生物家普罗塔弋曾说过“头脑不是一个要被填满的容器，而是一把需被点燃的火把”。因此教师在教学中应该让学生从题海中抬起头，用更深邃的眼光透视那些熟悉的概念原理，探寻他们。

3化学史在物质的量教学中的应用

3.1化学史在教学中的价值

化学史作为人类长期以来认识自然、征服自然的真实记录，留下了先行者探索的足迹，字里行间都流露出前人卓越的智慧。

英国近代实验科学的始祖弗·培根(FrancisBacon,1561-1626)曾经说过:“学习历史可以使人明智。”【2】英国科学促进协会((BASS)主席在1851年的一次演讲中呼吁:“我们要教给年轻人的，与其说是科学结论不如说是科学方法，更不如说是科学史。”【3】1904年，著名法国数学家郎之万(Langevin,1872-1946)积极提倡在科学教学中运用历史的方法，他如是说“在科学教育中，加入历史的观点是有百利而无一弊的。”【4】我国著名的物理化学家傅鹰教授也曾提出:“化学教育给学生以知识，化学史教育给学生以智慧。”【5】

3.2化学史在教学中的现状

在现实的讲授知识的过程中，有关化学的教学大多都注重科学的实际结论，也就是“是什么”的问题，并不是科学知识产生的相关条件与年代背景，就是不探讨“为什么”和“怎么样”等问题。在化学教师头脑中的化学史知识，基本上仅限于单纯地知道一些科学家的名字和一些实验数据，极少关注知识的来龙去脉，导致他们不甚了解科学知识产生于怎样的社会和文化背景。

比如在讲解物质的量时很多教师采用以下方法来帮助学生理解理解阿伏伽德罗常数：计算0.012kg12C所含的原子数。这种方法致使学生误认为阿伏加德罗常数是通过计算得出的结果，与阿伏加德罗常数是由实验测得相违背。

3.3“物质的量”概念的形成历史中蕴含着丰富的科学本质教育的素材

“物质的量”作为化学科学中重要的基本概念，其提出和发展经历了一个漫长曲折的过程，充满了科学家的探索和智慧，充分体现了科学家的科学精神和科学探索的过程与方法，蕴含着丰富的科学本质观教育素材，对于教师和学生认识科学的本质具有极高的价值。

4“物质的量”的教学设计

4.1课前思考

思考一：确立本节课所学突破的难点：①为什么引入物质的量。②阿伏加德罗与阿伏加德罗常数有何关系。③为什么用0.012kg12C为基准。④为什么称物质的量是联系微观与宏观的桥梁。⑤６．０２Ｘ１０23数据怎么来的？

思考二：查阅史料①相对原子质量的沧桑历史，从道尔顿提出相对原子质量的概念到以0.012kg12C为基准相对原子质量。②阿伏加德罗其人及其成就，阿伏加德罗假说及其深远影响。③阿伏加德罗常数的提出及阿伏加德罗常数的实验测量方法。④摩尔的历史。⑤物质的量的提出的历史。

思考三：设计教学整体思路

从历史长河中发现自从道尔顿提出原子后，人类的视野进入了微观世界。从19世纪初到至今，科学得到了飞跃的发展，先后提出了原子学说、相对原子质量、分子学说、阿伏加德罗假说、阿伏伽德罗常数的提出及实验数据的测定、摩尔的提出最后才是物质的量。物质的量在这段长河中是最为年轻、最为稚嫩的，但是现在的教科书及大多数教师教学的顺序恰好是历史的倒叙，导致学生一直误以为摩尔、阿伏加德罗常数、0.012kg12C都是为服务“物质的量”而衍生的副产品。为此本人欲纠正这以错误认识，还原历史。因此本人准备按照“相对原子质量→阿伏加德罗假说→阿伏加德罗常数→物质的量→摩尔”的顺序进行教学。其中摩尔的历史涉及“克分子”“克当量”等生僻、陌生的新概念，因此在这节课教学中忽略摩尔的这段历史，只需让学生知道“摩尔”是物质的量的单位即可。

在教学中采用“逻辑推导”的方法帮助学生引导出物质的量、阿伏加德罗常数的单位、摩尔质量、摩尔质量的单位、摩尔质量与相对原子（分子）质量的关系。

4.2教学流程：

教学环节一:新课导入

【实验展示】展示一杯水。

【讲述】我们能称出这杯水的质量，也能量出它的体积。

【问题1】请问你能称出一个水分子的质量吗？

【讲述】水分子很小，质量很轻，很难测出它的质量，因此为了表达这些微粒的质量科学家们引入了相对原子质量。

教学环节二：相对原子质量的那些事

【讲述】道尔顿→贝采里乌斯→阿伏加德罗→斯塔斯→马陶赫

【道尔顿（开山鼻祖）：1、提出了相对原子质量。2、氢的相对原子量定为1。3、道尔顿测定的部分相对原子质量H-1，C-5.4，O-7，N-5，S-13.0。

贝采里乌斯：1、第一位把相对原子量测得比较精确的化学家。2、氧的相对原子质量定为了100。3、贝采里乌斯测定的部分相对原子质量H-6.64，C-75.125，O-100，N-79.5625，S-200

阿伏加德罗：1、提出了分子学说。2、提出了假说：同温同压同体积的气体含有相同的分子数。3、为气态物质的相对分子量的测定提供了依据。

斯塔斯1、氧的相对原子量定为了16。2、化学家们愉快地使用了100多年。3、20世纪发现了氧有三种“元素变种”。

马陶赫：1、1959年提出将C-12原子相对原子质量定为12。2、1961年8月，开始正式启用新标准。①含碳元素的化合物种类最多。②C-12是碳的“变种”中最稳定且含量最高的原子等。】

【评论】为学生呈现了相对原子质量沧桑历史，可让学生知道，他们所学的知识并非凭空出现的不是纯粹偶然的，而是科学家长期研究得出的。

教学环节三：阿伏伽德罗常数的来历

阿伏伽德罗假说→让·佩兰→约翰·洛施米特

【阿伏伽德罗：同温同压同体积的气体含有相同的分子数。

N2

2g

32g

28g

O2

H2

让·佩兰：1、阿伏伽德罗常数的概念提出者。2、阿伏伽德罗常数用NA表示。3、阿伏伽德罗常数个原子（或分子）的质量当以g为单位时等于它的相对原子（分子）质量。

约翰·洛施米特：1、首次通过科学的实验方法测定出阿伏伽德罗常数2、1865年约翰·洛施米特测出的NA数据为6.4×1023

1989年测出的NA数据为6.0221314×1023；随着科学技术的发展NA的测定越来越精确。阿伏伽德罗常数的近似值：6.02×1023。】

【评论】让学生知道阿伏加德罗常数的来历，知道阿伏加德罗常数是实验测定的一个近似值，并非是人为规定的一个随意的数据。而阿伏加德罗常数也是物质的量学习的一个起点，有了这个起点很多问题都能由此展开并迎刃而解。

教学环节三：物质的量的概念

解读：阿伏伽德罗常数个原子（或分子）的质量当以g为单位时等于它的相对原子（分子）质量。

【问题2】1、6.02×1023个氧原子的质量为__________g？

【追问】钠原子？硫酸分子？

【问题3】2、1.204×1024个硫酸分子的质量？

【追问】“2”表示什么？

【学生】表示两个6.02×1023。

【评论】该问题目的在于引导学生理解“集体”的概念，2是表示两个6.02×1023，这是学生根据已有的学习经验很容易回答的问题，但这突口而出的答案背后隐藏着集体的概念，教师通过这个问题，稍加指导学生就能理解“6.02×1023”这个集体，而这个简单的数字“2”能将1.204×1024数据简化成2个集体，为将要引出的物质的量做铺垫。

【讲述】接下来我们一起来看看这些数据背后的物理量。

【问题4】196g对应的物理量是什么？1.204×1024代表是什么数值？

【问题5】数据“2”对应的物理量又是什么呢？

【讲述】一直以来它是一个黑户口，没有任何身份；直到1971年国际上才为它颁布了身份证，称其为“物质的量”。

【评论】自然而然的引入“物质的量”这个物理量；这样的优势在于：①让学生很容易接受“物质的量”是类似与质量的物理量。②知道了物质的量与阿伏加德罗常数比起来稚嫩的多了，知道物质的量是一个很稚嫩的物理量。③让学生明白了引入“物质的量”这个物理量的目的。④也能轻松理解“物质的量”的含义。⑤对其桥梁作用也不觉得突兀。

【板书】一、物质的量

1、定义：表示含有一定数目粒子的集合体。

2、符号：n

3、单位：摩尔（mol）

【问题6】1mol大米的说法正确吗？

【追问】1mol大米若供全世界60亿人每天吃1斤米（约有27500粒米），你知道可以吃多少年？约100万年。

【评论】6.02×1023毕竟是一个很抽象的数据，学生很难认识这个数据的实际意义。通过这个事例让学生能真实的感悟其中的“巨大”，同时也认识到mol这个单位只适用于微观粒子。

【问题7】你有几种方法表述1mol氧原子？请在本子上写出。

【学生】1mol氧原子、1molO、1mol氧。

【评论】学生通过自我辨析很快就知道使用摩尔（mol)时必须用化学式或用中文名指出微观粒子的名称。其中1mol氧因为指代不明确及氧元素是宏观物质不使用mol表述。

【问题8】物质的量的单位是mol,使用摩尔（mol)时必须用化学式或用中文名指出微观粒子的名称。微粒数因为是一个纯数因此没有单位，那么阿伏加德罗常数有没有单位呢？

【评价】阿伏加德罗常数虽然在物质的量之前就已经在前面介绍且应用过，但一直未就其实际意义及单位有过探讨，因此学生一直会误以为其只是一个常数没有单位，但是根据计算的逻辑推导学生不难发现微粒数（纯数无单位）除以阿伏加德罗常数得到物质的量（单位为mol）不能推导出阿伏加德罗常数的单位为mol-这样的逻辑推导使学生知道知识不是突如其来的。

【板书】二、阿伏加德罗常数

1、定义：0.012kg12C所含的原子数

【问题9】为什么选用0.012kg12C作为基准？

2、符号：

3、单位

4、近似值：

【问题10】1mol某种微粒的集合体中所含的微粒数有多少？

【学生】①与0.012kg12C所含的原子数相同②NA③约为6.02×1023

【知识应用