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　　摘要:化學教學的重要目的之一就是要培養(yǎng)學生的思維能力和學習能力�；瘜W的學習過程有其特殊性,首先是對基礎(chǔ)知識的感知、記憶、理解和注意,在具備了一定的知識背景基礎(chǔ)上,才能去分析和解決化學問題。學生的學習過程圍繞著一個需要解決的問題展開,有時用一些常見的數(shù)學方法分析,不僅會使解決問題的途徑更加直接,而且會加深對題意的理解,舉一反三,融會貫通。

　　關(guān)鍵詞:化學;教學;優(yōu)先意識;學習遷移;梯度;類推

　　化學教學的重要目的之一就是要培養(yǎng)學生的思維能力和學習能力。化學的學習過程有其特殊性,首先是對基礎(chǔ)知識的感知、記憶、理解和注意,在具備了一定的知識背景基礎(chǔ)上,才能去分析和解決化學問題。學生的學習過程圍繞著一個需要解決的問題展開,有時用一些常見的數(shù)學方法分析,不僅會使解決問題的途徑更加直接,而且會加深對題意的理解,舉一反三,融會貫通。

　　學生學業(yè)成績的好壞,在一定程度上取決于學習策略的優(yōu)劣。以往對部分學習困難的學生進行教學干預時,總將注意力分別集中在怎樣幫助他們對教材內(nèi)容的理解及對學科學習方法的掌握這兩個方面,對學習策略尤其是認知變換策略的指導和訓練則很少,結(jié)果收效甚微。實際上學生對知識的理解與掌握并不是十分困難,在解決化學問題時他們的最大障礙是缺乏對信息的再加工能力,難以將內(nèi)容和方法進行“匹配式”思維,即是缺乏認知變換的策略。一個智力平庸的人可以通過正確引導和激勵不斷增強意識,掌握和運用科學思維法。從而在學習上取得飛速的進步。因此,在化學解題教學中,不僅要向?qū)W生介紹解題的具體方法,更要注意培養(yǎng)和訓練學生的認知變換策略和解決問題的優(yōu)先意識。

　　1.化學解題與認知變換策略和解題優(yōu)先意識的關(guān)系

　　從某種意義上看,如果說認知策略是關(guān)于解決化學問題的策略,而認知變換策略則是在認知策略的自我意識的基礎(chǔ)上、對認知策略不斷進行自我調(diào)節(jié)的策略。化學解題,尤其是求解探索性的化學問題,是一個復雜的智力活動,它是解題者的一種有目的、有計劃的科學活動。學生在解題過程中,他們所采取的種種行為,都不是無意識的盲目的嘗試,而是有著明確的目標指向的。但由于問題的復雜性,或?qū)W生的思維缺陷等主、客觀原因,解題的進程有時會中斷,或偏離正確的方向。因此,在解題過程中學生應當隨時接收有關(guān)信息,及時地加以修正和調(diào)節(jié)。通過自我調(diào)節(jié),強化正確,糾正錯誤。由此可見,化學解題是一個需要不斷對所發(fā)生的情況進行自我評估并隨時加以必要調(diào)節(jié)的動態(tài)過程,也就是一個不斷進行認知和再認知(認知變換)的過程。

　　2.認知變換策略和解題優(yōu)先意識訓練的基本方法

　　G.波利亞把數(shù)學問題的解決過程分為四個階段:弄清問題、擬定計劃、實施計劃、回顧,依據(jù)此原則,筆者把化學問題的解決粗分為五個階段:弄清問題、已知解決方式的使用、新解決方法的尋找、實施尋到的方法、回顧。這五個階段可用下圖表示:

　　化學解題教學中有關(guān)認知變換策略的訓練也主要集中在上述幾個階段。主要做法是:

　　2.1弄清問題階段

　　弄清問題是解題的第一環(huán)節(jié),它的任務是獲取題目提供的各種信息,以供思維加工。準確、充分地感知題目信息是成功解題的前提條件。在這一過程中,要讓學生學會自己對自己提出如下問題:①未知條件是什么?②已知條件是什么?③是否有隱含條件?④為了解決這個問題,我應該怎樣做?

　　2.2已知解決方式的使用階段

　　求解是解題的中心環(huán)節(jié),它的任務是制定解題方案和實施解 題方案。對于一些比較簡單的化學問題,指導他們盡可能地用現(xiàn)有的信息去聯(lián)想、分析,試圖使用已有的解題方式進行解題。這一過程中,要讓他們學會自己能對自己提如下問題:①過去見過這類題嗎?②該題涉及到哪些基本概念、基礎(chǔ)理論?哪些化合物的性質(zhì)?③過去的哪種解題方式與此相關(guān)?可以運用它嗎?

　　2.3新解決方法的尋找階段

　　一個好的解題方案并不是一開始就能作出的,它需要在解題過程中經(jīng)過多次修正而逐步完善。有的解題途徑則是邊解題邊摸索出來的。對于一些比較復雜的化學問題,當用原有解題方式解決受阻時,應教會他們先如何將實際問題或題設的情景予以分解,找出應答的關(guān)鍵,選擇、調(diào)用自己貯存的知識塊,然后用分解、遷移、轉(zhuǎn)換(聯(lián)想、類比、模仿、改造)、重組等方法來探尋新的解決方案。這一過程中,要讓學生學會自己對自己提如下問題:

　　①我應選擇何處作突破口?②再看一下未知條件,能否思考一個具有相同或相似未知條件的熟悉問題?③能否用聯(lián)想、類比、假設、猜測等方法予以突破?④如果還不能解決眼前問題,那就先解決某個相關(guān)問題,再回頭解決眼前問題。

　　2.4回顧階段

　　回顧是解題的最后一個環(huán)節(jié),它的任務是反思解題過程,對解題過程再認識,檢驗題解的正確性,擴大題解的成果等。為了使回顧對解題起到調(diào)節(jié)作用,在解題之后,應讓學生學會自己對自己提如下問題:

　�、傥夷軝z驗結(jié)果的正確性嗎?②我為什么要這樣做?③我為什么會想到這樣做?④我不這樣做行不行,還有沒有別的方法?這些方法哪個最好?⑤這個問題改變設問角度,還會變成什么的問題?⑥這個結(jié)果與方法還能運用于其它問題?

　　3.化學解題的優(yōu)先意識培養(yǎng)的有效途徑

　　3.1構(gòu)建問題的梯度,突破解題的障礙,開動腦筋尋求解題的最佳方法。

　　現(xiàn)在的考試不僅僅是書本的重現(xiàn),而是利用所學的課本知識去完成未學的東西。怎樣利用這些信息去解決化學問題,就必須要求我們對解決化學問題有個優(yōu)先的意識。

　　根據(jù)試題提供的信息作出迅速而直接的判斷和猜測。直接法不按照常規(guī)的推理步驟和嚴密的論證而直接得出結(jié)論,因此解題思維簡化,判斷快捷。運用直接法解題,并非胡亂猜測,而是以扎實的知識為基礎(chǔ),是一種知識的結(jié)晶與升華。運用直接法應注意以下三點:(1)前題:扎實的雙基知識。(2)基礎(chǔ):抓住問題的實質(zhì)和解決問題的突破口。(3)關(guān)鍵:準確的再現(xiàn)知識

　　例1礦物膽礬就是CuSO4?5H2O,當它溶于水滲入地下,遇到黃鐵礦(FeS2),銅將以輝銅礦(Cu2S)的形式沉積下來;而反應得到的鐵和硫則進入水溶液,該溶液無臭味,透明不渾濁,綠色,呈強酸性,在有的礦區(qū)�？梢姷竭@種具有強腐蝕性的地下水(俗稱黑水)滲出地面,上述反應可以用一個化學方程式來表示,試寫出配平的化學方程式。

　　[解題思路]由題給的信息可知:反應物有CuSO4?5H2O、FeS2、還有可能有H2O。生成物有中Cu2S,硫和鐵的價態(tài)運用直接法可確定:綠色溶液?鐵以Fe2+進入溶液;溶液無臭味、透明不渾濁、呈強酸性?排除了硫以-2,0,+4等價態(tài)進入水溶液的可能,只能以SO42-存在。

　　[答案]14CuSO4+5FeS2+12H2O=7Cu2S+5FeSO4+12H2SO4

　　[評注]試題提供信息隱蔽,但只要我們運用直接法,抓住問題的實質(zhì),也不難解決。本題應注意元素化合價的升降,Cu的化合價在反應物中為+2價、生成物Cu2S中為+1價,硫元素化合價在FeS2為-1價、生成物Cu2S中為-2價、生成物FeSO4或H2SO4中為+6價,既升又降,在配平時一定要保證化合價升降總數(shù)相等,方可完成任務。

　　3.2讓學生在解決化學問題遷移、類推能力中形成化學解題優(yōu)先意識。

　　3.2.1組成接近類推形成化學解題優(yōu)先意識

　　例2已知乙炔、苯、乙醛的混合蒸汽中含碳的質(zhì)量分數(shù)為84%,求混合物中氧的質(zhì)量分數(shù)。

　　做法:從分子式[C2H2、C6H6、C2H2]?H2O(改寫CH3CHO)可以發(fā)現(xiàn),框內(nèi)有n(C)=n(H),現(xiàn)令混合物為100g,則m(C)=100×84%=84(g),n(C)=84/12=7(mol),所以,n(H)=7(mol),框內(nèi)質(zhì)量為84+7=91(g),故混合物內(nèi)有“水”9g,其中氧元素質(zhì)量為9×16/18=8(g),即含氧量為8%。

　　類推①  已知Fe2(SO4)3和FeSO4的混合物中含硫元素的質(zhì)量分數(shù)為a%,求鐵元素的質(zhì)量分數(shù)。

　　類推②  已知Na2S、Na2SO3、Na2SO4的混合物中含硫元素的質(zhì)量分數(shù)為x%,求氧元素的質(zhì)量分數(shù)。

　　其中類推題①②不用贅述我們也會從硫和氧、鈉和硫的特定關(guān)系進行解析,同時學生自己會產(chǎn)生類推③④,并歸納出對含三種元素的混合物中求某種元素質(zhì)量分數(shù)的方法。

　　3.2.2化學反應類似類推形成化學解題優(yōu)先意識

　　例3已知同主族元素的單質(zhì)及其化合物在性質(zhì)上有相似之處,試完成下列反應:

　�、貼a2S和CS2溶液反應生成黃色物質(zhì)。

　�、赑2S5易溶于Na2S溶液。

　　做法:本題可類推到氧化物的性質(zhì):Na2O+CO2=Na2CO3    3Na2O+P2O5 = 2Na3PO4

　　因氧和硫是同族元素可以迅速遷移得到:

　　Na2S+CS2= Na2CS3     3Na2S+P2S5 = 2Na3PS4

　　類推:鹵素互化物如溴化碘IBr、氯化溴BrCl、氯化碘ICl及擬鹵化合物氰(CN)2、硫氰(SCN)2、氧氰(OCN)2的性質(zhì)與鹵素單質(zhì)的性質(zhì)相似。試完成下列反應:

　�、貼a+IBr →                    ②NaOH+ICl →

　�、跙rCl+SO2+H2O →           ③KSCN+MnO2 →

　　④(CN)2+H2O →             ⑥KSCN+ KHSO4 →

　　做法:因鹵素互化物和擬鹵化合物性質(zhì)與鹵素單質(zhì)相似,因此,只要掌握了Cl2的性質(zhì)(與Na、NaOH、SO2、H2O的反應),及Cl2的制備和氯化鉀的性質(zhì),上述反應就能順利完成。通過反應類似類推,可提高我們的遷移能力。

　　3.2.3物質(zhì)制備對比類推形成化學解題優(yōu)先意識

　　例4碳化鈣可用于制乙炔,則Al4C3、Fe3C、SiC放入水中情況如何?

　　做法: 碳化物有離子型如CaC2、MgC2、Al4C3等,共價型如SiC、B4C3等,只有離子型碳化物會與水作用放出氣體,其他不與水反應。MgC2+2H2O == Mg(OH)2↓+C2H2↑

　　Al4C3+12H2O== 4Al(OH)3↓+3CH4↑,而Fe3C是介于典型離子型和共價型之間的過渡情況,與水反應但產(chǎn)物復雜。由于物質(zhì)之間的聯(lián)系是多種多樣的、錯綜復雜的,因此我們應從多層次、多方位、多角度去分析問題,產(chǎn)生豐富的類推,進行多方面的遷移,使所學知識體系和能力體系有機結(jié)合成一體。

　　3.3利用數(shù)據(jù)不足無從下手的計算或混合物組成判斷的題,激發(fā)學生形成化學解決問題優(yōu)先意識.

　　極值法在是利用數(shù)據(jù)不足無從下手的計算或混合物組成判斷的題,激發(fā)學生形成化學解決問題優(yōu)先意識的有效方法.所謂“極值法”就是對數(shù)據(jù)不足無從下手的計算或混合物組成判斷的題,極端假設恰好為某一成分,或者極端假設為恰好完全反應,以確定混合體系各成分的名稱、質(zhì)量分數(shù)、體積分數(shù)的解題方法.

　　3.3.1用極值法確定物質(zhì)的成份

　　在物質(zhì)組成明確,列方程缺少關(guān)系無法解題時,可以根據(jù)物質(zhì)組成進行極端假設得到有關(guān)極值,再結(jié)平均值原則確定正確答案。

　　例5.某堿金屬單質(zhì)與其普通氧化物的混合物共1.40g,與足量水完全反應后生成1.79g堿,此堿金屬可能是(     )

　　(A)Na     (B)K     (C)Rb       (D)Li

　　解析 本題若用常規(guī)思路列方程計算,很可能中途卡殼、勞而無功。但是如果將1.4g混合物假設成純品(堿金屬或氧化物),即可很快算出堿金屬相對原子質(zhì)量的取值范圍,以確定是哪一種堿金屬

　　假定1.4g物質(zhì)全是金屬單質(zhì)(設為R)      假定1.40g全是氧化物設為R2O

　　則:R→ROH △m                        則:R2O → 2ROH △m

　　MR    17                             2MR+16    18

　　1.40 (1.79-1.40) 解之MR=61             1.40  (1.79-1.40)  解之MR=24.3

　　既然1.40g物質(zhì)是R和R2O的混合物,則R的相對原子質(zhì)量應介于24.3?61之間。題中已指明R是堿金屬,相對原子質(zhì)量介于24.3?61之間的堿金屬只有鉀,其相對原子質(zhì)量為39。答案為B

　　3.3.2用極值法確定雜質(zhì)的成份

　　在混合物雜質(zhì)成分分析時,可以將主要成分與雜質(zhì)成分極值化考慮,然后與實際情況比較,那么就迅速判斷出雜質(zhì)的成分。

　　例6 將13.2克可能混有下列物質(zhì)的(NH4)2SO4樣品,在加熱的條件下,與過量的NaOH反應,可收集到4.3升NH3(密度為17克/22.4升),則樣品中不可能含有的物質(zhì)是(     )

　　(A)NH4HCO3、NH4NO3   (B)(NH4)2CO3、NH4NO3

　　(C)NH4HCO3、NH4Cl     (D)NH4Cl、(NH4)2CO3

　　解析:假設樣品為純(NH4)2SO4,則由(NH4)2SO4→2NH3可知,能產(chǎn)生4.48升NH3,大于4.3升。因此樣品中的雜質(zhì)造成樣品NH4+的含量小于純(NH4)2SO4中NH4+的含量。這就要求選項的兩種物質(zhì)中至少有一種物質(zhì)的NH4+含量小于(NH4)2SO4中NH4+的含量,都大于是不可能的�？蓪�備選答案化學式變形后進行估算:NH4HCO3→(NH4)2(HCO3)2,NH4NO3→(NH4)2(NO3)2,NH4Cl→(NH4)2Cl2  部分“式量”:(HCO3)=122,(NO3)2=124,Cl2=71,CO3=60,而(NH4)2SO4中,SO4=96,故答案選D。

　　3.3.3用極值法確定混合氣體的平均相對分子質(zhì)量

　　兩種氣體組成的混合氣體的平均相對分子質(zhì)量肯定介于組成氣體相對分子質(zhì)量之間,三種氣體組成的混合氣體平均相對分子質(zhì)量肯定介于組成氣體相對分子質(zhì)量最大值和最小值之間,但這個范圍太大,依據(jù)題目內(nèi)在關(guān)系和極值法可使范圍更加準確。

　　例7 0.03mol Cu完全溶于硝酸,產(chǎn)生氮的氧化物(NO、NO2、N2O4)混合氣體共0.05mol 。該混合氣體的平均相對分子質(zhì)量是(     )

　　(A)30    (B)46     (C)50      (D)66

　　解析:設NO、NO2、N2O4三者的物質(zhì)的量分別為:x、y、z, x + y + z = 0.05---①式

　　則依據(jù)電子守恒可得:3x+y+2z=0.06---②式,②式減去①式得:2x + z = 0.01

　　故NO物質(zhì)的量的極值為0.005 mol ,N2O4物質(zhì)的量的為極值0.01 mol

　　若NO物質(zhì)的量的為0.005 mol,則NO2為0.045 mol∴= =44.4

　　若N2O4物質(zhì)的量的為0.01 mol,則NO2為0.04 mol ∴= =55.2

　　∴該混合氣體的平均相對分子質(zhì)量介于44.4和55.2之間,故答案選B、C

　　3.3.4用極值法確定可逆反應中反應物、生成物的取值范圍

　　由于可逆反應總是不能完全進行到底的,故在可逆反應中,分析反應物、生成物的量的取值范圍時利用極值法能達到目標明確,方法簡便,范圍正確。

　　例8 容積不變的反應容器中,要求通過調(diào)節(jié)體系溫度使A(g)+2B(g)      2C(g)達平衡時保持氣體總物質(zhì)的量為12mol,現(xiàn)向反應容器中通入6.5molA、xmolB和2molC,欲使起始反應向逆反應方向移動,x的取值范圍為

　　解析:依題意:6.5+x+2<12,x<3.5(逆向為物質(zhì)的量增加的反應,故6.5+x+2小于12)

　　一般同學都能順利解出這步,但對x的另一范圍部分同學就存在困難,若假設C(極值)能完全轉(zhuǎn)化,則x的極值馬上可得。設2molC完全轉(zhuǎn)化為A、B,則(6.5+1)+(x+2)>12,x>2.5(因C實際不能完全轉(zhuǎn)化,故(6.5+1)+(x+2)大于12 。實際上C轉(zhuǎn)化一部分滿足12mol) 故答案為2.5<x<3.5

　　3.3.5用極值法確定反應時的過量情況

　　當反應物以混合物的總質(zhì)量或總物質(zhì)的量已知時,可以利用極值假設全部是某一反應物,然后假設全部是另一反應物,再假設兩者則好完全反應,從而得到解題的線索。

　　例9 18.4g NaOH 和NaHCO3固體混合物,在密閉容器中加熱到250℃,經(jīng)過充分反應后排除氣體,冷卻,稱得剩余固體質(zhì)量為16.6g,試計算原混合物中NaOH的質(zhì)量分數(shù)。

　　解析:這是在密閉容器中進行反應,可能的反應有:

　　NaOH+ NaHCO3 = Na2CO3+H2O   ---①        2NaHCO3 = Na2CO3+ CO2↑+ H2O---②

　　40    84        106                       168        106

　　究竟按何種情況反應,必須判斷出NaOH與NaHCO3在反應①中何者過量,然后才能進行計算,借助極值法,能使判斷方便直觀。

　　設18.4g 固體全為NaOH,則受熱不減少,剩余固體18.4g。

　　設18.4g 固體全為NaHCO3,則按②反應,剩余固體(18.4g÷84 g/mol)×106 g/mol=11.6g

　　設18.4g 固體恰好按①完全反應,則剩余固體÷(40+84)g/mol×106 g/mol =15.7g

　　∵現(xiàn)剩余固體16.6g,介于15.7g和18.4g之間,∴應為NaOH過量,以后的計算就比較方便了。

　　NaOH+ NaHCO3 = Na2CO3+H2O     △m

　　40      84        106             18

　　x=8.4g                 18.4g-16.6 g

　　m(NaOH)= 18.4g-8.4 g = 10 g

　　m(NaOH)% =  10 g/18.4g ×100% = 54.3%

　　3.3.6用極值法確定反應巧解計算題

　　例10  某混合物含有KCl、NaCl和Na2CO3,經(jīng)分析含鈉31.5%,含氯27.08%(以上均為質(zhì)量分數(shù)),則混合物中Na2CO3的質(zhì)量分數(shù)為(     )

　　(A)25%   (B)50%     (C)80%    (D)無法確定

　　解析:   若混合物質(zhì)量為100g,則可求出n (Cl-)= 0.763mol ,①假設這0.763mol的Cl-全部來自于KCl(即混合物為KCl和Na2CO3)則m(KCl)=56.84g,②假設這0.763mol的Cl-全部來自于NaCl(即混合物為NaCl和Na2CO3)則m(NaCl)=44.63g,因Cl-來自于NaCl、KCl兩種物質(zhì),由平均值原理知(1-56.84%)<m(Na2CO3) %<(1-44.63%)故答案選B

　　3.3.7用極值法確定化學反應方程式

　　例7  已知Cl2和NO2在一定條件下可以化合成一種氣態(tài)化合物A。為了A測定的組成,進行如下實驗:(1)當Cl2和NO2混合氣體以不同比例混合時,測得其平均相對分子質(zhì)量為51及61,則Cl2在上述混合氣體中的體積分數(shù)分別為         和         ;

　　(2)取上述不同比例的混合氣體各5 L ,分別在一定條件下充分反應,氣體體積仍均為4L,則Cl2與NO2反應的化學方程式為:

　　解析:此題第一問依據(jù)混合氣體平均相對分子質(zhì)量的定義法馬上可求得Cl2在上述混合氣體中的體積分數(shù)分別為1/5和 3/5。在第二問中,由于總體積為5 L,故第一種條件下氣體組成為:Cl2:1 L、NO2  4L ;第二種條件下氣體組成為:Cl2:3L、NO2  2L。

　　由題意可知反應方程式只有一個,可不同條件下體積變化值相同,說明參加反應的量相同,故在兩種條件下,肯定都存在一種反應物剛好完全反應,另一種反應過量的情況,所以兩種條件下同一種成分的極小值剛好完全反應,即1 L Cl2和2L NO2恰好完全反應,故化學為:Cl2+2NO2=2NO2Cl(體積之比等于計量系數(shù)之比)

　　4結(jié)語

　　心理學研究表明,意識的形成過程是有階段性的,即有一個由初級階段到熟練掌握的階段。學生化學解題優(yōu)先意識的培養(yǎng)也要遵循這個規(guī)律。因此,教師在日常教學中一定要重視激發(fā)學生化學解題優(yōu)先意識的培養(yǎng)。馬卡連柯曾指出:"一般地說來,教育學是最辨證、最靈活的一種科學,也是最復雜、最多樣化的一種科學"。中學化學教師只有認真學習和掌握各種教學方法和理論,才能在處理各種教學問題上游刃有余,從而有效提高教學質(zhì)量。

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