有关化学式计算的教学原理初探

聂军 谢祥林

摘 要：主要研究了化学式计算的学习条件及学习的心理机制，学生在学习有关化学式的计算中，数学计算技能是满足学习化学式计算要求的前提，但对于原子、分子组成，化学式表示物质组成等概念不清将严重影响有关化学式的计算。另外，对相对原子质量表示原子的质量不理解，而且教学中强调相对原子质量不表示原子的质量，使学生丧失了学习化学式计算的基础。

关键词：化学式计算；化学教学；学习条件分析

有关化学式计算是化学科学中最基础的知识，是九年级化学教学的重点内容和难点内容，化学学科的后续学习都要在具备清晰、熟练的化学式计算技能的条件下才能顺利地进行。化学教师对有关化学式的计算教学进行了一定程度的研究，提出了一些具有一定理论的、有一定效果教学方法，但从学生学习和教学实际来看，有关化学式计算的教和学的效率都不是太高。探讨有关化学式计算教学的原理对于指导中学化学的教学具有很好的实际意义。

一、有关化学式计算的学习条件分析

化学式是用元素符号或元素符号与数字的组合表示物质组成的式子，是一种可以表达多种含义的化学符号：表示某种物质、表明了这种物质的元素组成、表明一种物质的分子（对于分子化合物）、表明分子的原子构成情况等。表明物质元素组成及分子的原子构成是有关化学式计算的基础。

有关化学式计算看上去十分简单，但由于是在分子和原子层次上认识化学式并进行计算，所以在学生学习中并不如想象的那么容易。学生必须具备以下几项条件：

1.学生必须明了化学式表明了物质最小组成

任何数量的物质都是这种组成的按整倍数的扩大，这一最小部分就代表了整个物质，同样这一小部分的相关量计算就代表了整个物质相关量的计算”这一认知基础。

2.清晰的原子概念

学习者必须具备清晰的原子概念，必须知道原子在化学反应中是一个不“破裂”的球，而且任何同种原子的质量都相同，物质的最小组成就是由化学式所表示的原子种类和各种原子的数目。

3.清晰的相对原子质量概念

由于原子的质量很小，其质量是用相对原子质量表示的，而不用千克（kg）质量单位来表示原子的质量。

二、有关化学式计算学习困难原因的调查研究

有关化学式计算类型较多，常见的有关化学式计算类型及各种计算类型学习过程中产生的困难原因调查分析如下：

1.对分子质量计算

这是最简单，最基础的有关的化学式计算。这一计算在学生的学习中相对来说是简单，约90%的学生可以在课堂内掌握概念和计算方法，因为相对分子量是直接将化学式中各原子相对原子质量加和。但是仍然有部分学生学习困难。经访谈得知，原来学生并不清楚原子的概念，他们对原子是球形不清楚，对化学式里的符号与符号所表示的原子不能进行转换，因而没法学习相对分子质量的计算。这些学生不能用思维来掌握原子的形貌，因此也没法认识物质的组成，对化学式的来源和表达物质组成的意义不清楚。例如，有的学生在计算H2O的相对分子质量时，因为只知道“H2O”表示水的化学式，将其理解成表示水的符号，而不能理解为表示水分子的原子组成表达，不知道“H”“O”这两个符号在整个化学式中既可以表示宏观的水的组成元素，也可以表示微观的分子的原子构成，不理解符号可以表示氢原子和氧原子，从而无法下笔进行计算。

2.根据化学式求组成元素中各元素的质量分数

这种计算类型有两个原理必须掌握，一是要理解对于物质来说其組成是用“元素”而非原子表示的，在分子中讲原子构成，但对于物质而言讲元素组成。二是化学式所表示的原子构成是物质组成的最小单位，因此，计算物质中各元素的百分含量的原理就是计算化学式中各种原子质量占化学式中全部原子质量的总和百分数。对于百分数的计算，绝大部分学生是熟悉的，学生学习中出现的问题主要是不能将物质中元素的质量转换为化学式中原子的相对原子质量，将物质中元素质量比转化为一个分子中原子的相对质量比。对学生进行访谈显示，出现这些问题的原因在于学生学习分子、原子、元素、化学式等概念时，知识机械的记忆理解概念，不会对宏观的元素与微观的原子这两个概念进行联系，以及对化学式是表示分子组成的符号，在表观上表示物质的组成单元的这一原理进行深度解析、二次加工。例如，在计算SO3中氧元素的质量分数时，要理解SO3分子是三氧化硫这一物质的组成单元，三氧化硫这一物质就是若干个SO3分子聚集而成的，SO3分子中氧原子的质量分数就代表了氧元素在整个三氧化硫这种物质中的质量分数。

3.根据化学式计算物质中各元素质量比

此类问题同样是从物质组成单元（即化学式）中各元素原子的质量比而推论为物质中各元素的质量比。化学式表示物质的最小组成单元（包括分子组成），而整个物质中各元素的原子组成与化学式中各元素的原子组成是一致的，因此只要求出了化学式中各元素的原子质量比，这个各元素的原子质量比，就是物质中各元素的质量比。对于这类有关化学式的计算，学生出现的主要问题是没有理解化学式的宏观含义可以表示一种物质以及表示该物质的元素组成，不能将物质中各元素的质量比转化为化学式中各原子的质量比。究其原因，除了前面几项学习中所产生的问题，学生对于化学式表示物质的单元（分子）组成，而单元（分子）组成与整个物质的组成是一致的这个原理不甚理解，因而造成了在计算物质中各元素质量比时出现概念指向不明及质量与微粒数目概念混淆的问题。

4.根据化学式计算一定量物质中所含某元素的质量

这类计算是在前面三类计算的基础上发展的较为高级的计算，其计算较之前三类计算多了一项计算技能，就是在已知某物质中M元素含量为b%的基础上，求a kg物质中所含M元素的质量。进行此项内容的学习，学生必须有这样的知识，即分子是物质组成的最小单位，表示物质的化学式其实也是表示了这种物质的最小组成单位，然后转化成所有物质的组成就是这些小单位的无限重复。这类计算也可以看成是一个比例式的计算，只要将其换个形式理解，即百分含量是指每个组成单元中某元素原子的含量，这种计算就很容易被学生理解和接受了。

三、有关化学式计算的教学原理

有关化学式计算教学的研究说明，根据化学式进行计算需要两方面的基本技能，一方面是数学技能，另一方面是化学的基本概念要清晰。对数学技能的要求不高，主要是比例的计算，九年级学生进行比例计算是较为熟悉的，但将比例计算技能运用到化学式计算中产生困难的主要原因乃是化学基本概念掌握不牢固。在有关化学式的计算教学当中，学生掌握原子的形貌和化学式所表达的意思是基础，因为无论是分子或是化学组成单元，首先必须使学生理解到这些都是由不改变的原子组成的，而且每个原子的形貌和质量都是固定且不改变的，这样学生可以对分子和物质的组成单元就可以清晰地从原子的角度理解，各种有关质量的计算中就可以从他们的原有知识出发解决问题。其次是准确地理解相对原子质量，对相对原子质量应该理解为也是表示原子的质量的一个量，只不过相对原子质量不是以kg做单位，而是以一个化学科学中设定的一个值—— 一个碳原子质量的十二分之一的质量为一个单位来衡量原子的质量。如果学生将相对原子质量理解非表示原子的质量，那么有关化学式计算就丧失了学习的基础。

参考文献：

[1]周忠立.化学计算技能的培养[J].读与写，2008（5）：147-158.

[2]王洪林.浅谈初中化学计算题教学[J].延边教育学院学报， 2010（6）：84-87.

[3]谢绍年.在初中化学计算教学中培养学生的思维品质[J].中学教学研究，2008（8）：54-55.

（作者单位 湖南师范大学化学化工学院）