理科思维融合对提高化学教学实效性的研究

刘子宏

论文摘要：新课程背景下，学科之间的相互交叉渗透已是发展的主要趋势。本文旨通过化学教学中数学思维的渗透、物理学原理及技术对理解化学概念的辅助作用、生物学知识与化学知识的对比学习，说明在化学教学中理科思维的融合对于提高高中化学课堂实效性，培养学生综合应用能力，实现素质教育的作用。

关键词：化学教学，数学，物理，生物

目前，体现我国基础教育改革理念的高中化学新课程已在全国范围内试用，它对于学生培养的重点是—源于生活，培养学生利用所学的各科知识进行迁移，以达到培养学生分析问题、解决问题的目的。《普通高中化学课程标准（实验）》第二部分课程目标知识和技能的目标中明确指出：重视化学与其他学科之间的联系，能综合运用有关知识、技能与方法分析和解决一些化学问题。

在化学新课程的教学中，融入数学、物理、生物思维和知识，不仅适应新课程的理念，能够培养学生的化学思维能力，而且往往收到“立竿见影”的效果。

一、化学教学中数学思维的渗透

钱学森教授指出：“教育工作的最终机智在于人脑的思维过程”。而“将化学问题抽象成数学问题，利用数学工具，通过计算（结合化学知识）解决化学问题”是一种高层次的思维活动，也是教育部考试中心要求高考考生必须具备的能力之一。

1.集合思想

利用集合中的图示对化学物质或者是化学反应进行分类，在加强学科间联系的同时，能够让学生体会知识的灵活运用，激发学生的学习兴趣。

例：设U={纯净物}，A={化合物}，CUA={单质}，B={电解质}，A中除去B的部分（用阴影表示）即A∩CUB={非电解质}

从图1中可以看出，无论是电解质还是非电解质，一定都是化合物，从而帮助学生走出“不是电解质就一定是非电解质”这个概念上的误区。

集合还可以用于化学反应分类以及有机物概念的理解，如：在讲解氧化还原反应与四种基本反应类型之间的关系以及芳香族化合物、芳香烃、苯的同系物、烃等概念时，若能与全集、补集、交集、并集等知识结合起来，会更有利于学生掌握它们之间的区别与联系。

2.数学推导的思想

平常的教学中，不少学生总是把化学归为“理科中的文科”，因为他们总觉得化学“不讲道理”，只是“知其然，而不知其所以然”。教师只是简单的将方法或结论灌输给学生，但是由于学生不知道该方法的推导过程，因此关于为什么可以这么用、还有什么情况可以这么用、什么情况就不能用了，仍处于“混沌”状态。如果能够将此法的推导过程展示给学生，学生能够更深刻的理解该方法，并且能够触类旁通，迁移到其他相似的情况。

例：“十字交叉法” 的推导

已知一定条件下，A、B两种气体混合后，该混合气体的平均分子量为M，已知A的分子量为MA，B的分子量为MB，求该混合气体中，A与B的物质的量之比。

解：设混合气体中A的物质的量为x mol， B的物质的量为y mol，则

气体总质量=（MA×x+MB×y）g 气体总物质的量=（x+y）mol

则根据混合气体的平均摩尔质量=气体的总质量/气体的总物质的量，分子量在数值上与摩尔质量相等，可得：M=（MA×x+MB×y）/（x+y）（1）

将（1）式变形可得：M（x+y）=（MA×x+MB×y），去括号，移项，合并同类项，可得：

x（M-MA）=y（MB-M） 则 x/y =（M-MA）/ （MB-M） 即：

3.数形结合思想分析定量化学（离子）方程式的书写

数形结合思想是数学思想的精髓之一，是知识转化为能力的杠杆，它可以使某些抽象的问题直观化、生动化，能够变抽象思维为形象思维，有助于把握问题的本质。尤其是在求解“变量反应”和“取值范围”等问题时，往往能够取得很好的效果。

用数轴思想解决化学难题的步骤是：（1）根据化学方程式（或离子方程式）求出不同情况下反应的临界值；（2）把临界值表示在数轴上，以此划分区间；（3）在不同的区间里，按相应的比例书写化学方程式（或离子方程式）并进行计算。

4.数列极限思想

在解决有机化合物各元素的极值含量以及有机合成原料计算问题时，常常需要用到数列与极限思维。

例：已知烷烃的同式为CnH2n+2（n≧1），求烷烃碳质量分数的最大值。

5.排列组合思想

涉及到混合物组分讨论或者有机物同分异构体书写的问题时，往往会用到排列组合思想。

例：已知固体混合物A由NaHCO3、KHCO3、MgCO3、CaCO3四种物质中的两种混合而成，A与足量的盐酸反应若生成CO2的量为定值，则A的组成可能有 种。

上述各物质均为单碳，故无论以什么比例混合，何种组分混合，生成CO2的量恒为定值，故只需满足“两种混合”即可，即从四种物质中随机挑出2种，即 ，共6种。

除了上述之外，如假设证明思想、函数与方程思想、不等式讨论等思想在化学中都有较多的应用。通过在化学教学中渗透数学思维，不仅可以借助数学工具进行化学计算、推理，优化化学教学，而且能拓宽学生的思路，使学生的思维更具多向性、灵活性和独特性，同时培养了学生创造性的思维品质。

二、物理学原理及技术对理解化学概念的辅助作用

化学是研究物质的性质、组成、结构、变化和应用的科学。物理学是研究自然界的物质结构、物体间的相互作用和物体运动最一般规律的自然科学。因此，化学与物理无论是从微观还是从宏观上都是相辅相成、共同发展的。学生在接触化学知识时，已经具备了一定的物理学知识基础，因此，在化学教学中，引入相关的物理知识作为学生学习化学的辅助工具，可以使学生更好的理解和掌握化学知识。

1. 以已有的物理知识类比，帮助学生接受新的化学概念、原理。

在学习某些新的概念或原理时，如果能用学生已经掌握的物理知识进行类比，学生可以更容易、更快速地接受。

举例1：在引入化学反应速率时，可以联系物理中的速率问题：

2. 以已有的物理知识解释新的化学概念、原理，帮助学生理解、运用。

在学习某些新的概念或原理时，如果能用学生已经掌握的物理知识进行解释，学生可以通过理解而加深记忆，并且灵活运用。例如，下表中的几个知识点。

3. 通过物理技术，使学生对抽象、微观的知识形成感性、宏观的认识。

物理和化学还有很多相通的研究方法，例如：观察、实验、比较、测量、分析和综合、归纳和演绎、模拟假说等。在化学教材和教学中引入与化学相关的物理技术，不仅可以激发学生的学习兴趣，启发学生主动探究，还可以向学生表明物理技术是化学研究中的重要手段和方法，使学生更加重视物理技术在化学中的应用。

三、生物学知识与化学知识的对比学习

生物体内部的新陈代谢过程，实际就是生物体内各种复杂化学变化的总称，只要是生物体就离不开化学反应，化学与生物之间的紧密联系由此可见一斑。

1. 利用化学与生物重合的知识点，突出差异，提高课堂效率

2. 以化学知识解释生物现象，使学生体会学以致用

化学和生物课程关系密切，如果化学和生物教师在教学中能够合作，从学生熟悉的生物或化学知识出发，从原理到现象，再由现象到规律，从而进一步理解和掌握生物和化学知识，加深记忆，可谓一举两得。

“科学由学科内容组成，由不同机构研究，组织形式上，是所有不同科学领域或不同学科的有机结合”。 在自然科学分科越来越细致的今天，我们也应该看到，自然科学在更加具体化的基础上，正逐渐走向统一与整合。各种学科技术在其他领域的应用为学科间的交叉与融合搭起了桥梁，促进了学科间的紧密联系与发展。

作为一名化学教师，在新课程背景下，需要不断探索适合新课程理念、适合学生发展的教学方式，优化化学教学，提高课堂教学实效性，拓展学生的知识和思路，使学生自身的科学知识体系全面发展，从而更好地适应现代社会的需求。

参考文献：

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[3] 王艳云、靳莹、姬君，浅谈新课程化学教材中渗透的物理学知识[J].化学教学，2010，2：28-29。

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