高中化学教学中学生数学素养培养初探

林世进

[摘   要]化学计算能力偏弱是高中生普遍存在的问题，其原因在于教师对学生数学素养的培养意识不足。针对这一问题，提出注重核心概念、符号表征、图表功能及守恒观念等四个方面的教学策略，以提升学生的定量思维和“巧算”素养，培养学生的“数证”思维习惯和数形结合思想，进而实现高中化学教学与数学素养培养的有效融合。

[关键词]数学素养;培养;高中化学

[中图分类号]    G633.8        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2020）32-0069-02

数学作为一门工具性学科，其重要性不言而喻，数学素养水平的高低影响着人的发展水平。许多国家都将数学素养纳入本国的核心素养内容中，我国也强调不同学科融合对学生发展的教育价值。近几年高考化学对数学运算与数据分析的考查量与难度在不断加大，许多学生“谈算色变”，对于涉及此类问题的试题甚至放弃解答。从学科角度上讲，化学学科对数学运算能力的要求其实并不高，但数据分析对学生的综合能力提出了较高的要求。学生数据分析能力弱的根本原因是教师对学生融入数学素养的培养意识不足。

一、高中化学教学中存在的问题

当前，我国化学学科教学一般在初三年级开设，初中化学强调基础性和启蒙性，主要以物质的定性学习为主，而高中化学则转向了微观与定量研究，对物质的认识则由原来的感性转向理性，因此对学生的学习能力有了更高的要求。不少高中化学教师缺少对初高中化学教材及学生认知心理特點的差异性研究，教学中缺乏学习进阶意识，不注重学习方式转变的过渡，随意加大教学难度和深度[1]，这让学生感到难以适应而大大挫败了其学习的信心。例如，课标明确指出“物质的量”教学中，只要求学生了解相关概念的含义及简单的计算，体会定量研究对化学学科的重要作用。但许多教师在本节教学中补充了很多专题，恨不得把高中所有涉及计算的问题类型全部塞给学生。这种超车式教学违背了循序渐进的认知规律，更谈不上数学素养的培养了。

教师缺乏“大教学”观念，对于教材的功能价值挖掘也是浮于表面。高中化学课程以主题为组织框架，共分为五大主题。教师教学时要总体把握高度，不能按“概念是概念”“理论是理论”“计算是计算”分块教学，知识之间本来就没有绝对的“块别”，这种“分块”思想太过严重的教学必然会割裂知识之间的联系。例如，在“物质的量”教学过后，教师很少再用“物质的量”的知识让学生定量地去分析新的知识，显然仅仅凭“物质的量”一节的教学是根本无法让学生形成“定量”思想的。高中化学教材把“物质的量”编排在高一教材的第一章，就是希望在后续的学习中学生能够多从“量”的视角去认识新知识，并能逐渐形成数学思维素养。莘赞梅老师指出：“怎么教知识，离不开对学科本质的研究，要有系统的思考、整体把握教学的意识，关注知识的横向关联和纵向深入，这样才能促进学生的认识进阶。[2]”

二、高中化学教学中培养学生数学素养的有效策略

1. 注重核心概念教学，培养定量思维素养

数学素养是属于认识论和方法论的综合性思维，认识论就是认识概念，方法论是以计算的公式来模式化概念。概念是人们以词语形式提炼出物质的本质属性的思维形式，通常都比较抽象。概念教学不能只是名词解释，要化抽象为具体，使学生能逐步理解概念的内涵、概念间的联系以及运用的注意事项。

“物质的量”是贯穿整个高中化学计算、大学化学计算乃至今后一生化学计算的核心概念。对物质的量，学生要由认识到理解再到熟练运用，为此教师要有放眼整个高中进行“物质的量”教学的意识。高一初学“物质的量”，学生只需理解相关概念的含义及应用的范围，明确它是描述微观粒子数目多少的物理量，是架构宏观与微观的桥梁，计算公式为[N=n·NA]，其与质量、体积的计算关系为[n=mM=V气体Vm=c（B）·V]（溶液），能进行简单的计算和注意理解公式运用的注意事项;在后续的学习中再逐步运用此概念去解释、分析化学问题，进而对这个抽象的概念有渐进性的理解。例如，在元素知识的教学中，就可以多用“物质的量”的知识让学生定量地认识化学反应，使学生在对概念的理解和运用中逐步形成定量思维素养。

2.注重符号表征教学，培养“数证”思维习惯

化学符号是宏观与微观的联系纽带，也是构建“量”的思想的重要载体，给化学学习和研究带来了方便。正确的符号表征能够使概念化抽象为具象，使学生更好地理解物质微观本质及关联量的迁移转化。对于化学符号的学习，若能融合“数据分析”这一数学核心素养的培养，将更有利于学生对化学符号的掌握和运用。

高中生要建立平衡思想去分析理解化学反应。由于平衡常数K作为反应方向的判断依据更具简洁性和可迁移性，新课标加强了平衡常数作为反应方向判断依据的功能，使学生能够从量的角度去理解可逆反应。例如，许多教师都把H2S与CuSO4溶液的反应当成“强酸制弱酸”的特例，并告知学生NH4HCO3能稳定存在于溶液中，让学生死记硬背。这样的教学，显然缺乏说服力，学生听后依然感到茫然，无法理解。若让学生计算这两个反应的平衡常数并进行数据分析，学生会发现H2S与CuSO4溶液反应的平衡常数数量级高达1014，而NH4+与HCO3-双水解反应的平衡常数数量级仅为10-3，这样便从“量”的角度为此类疑难问题的解决提供了理论依据，突破了教学难点。因此，教学中教师应注重符号表征教学，加强学生“数证”思维习惯的培养，使学生在用量化思想分析解决化学问题的过程中逐渐形成数学思维素养。

3.注重挖掘图表功能，培养数形结合思想

图表设计有着自身的表达特性，能将对象属性和数据更加直观地展现出来。图表在化学学科的发展中起着非常重要的作用。获取图表的信息并运用化学语言去解释化学问题，对学生的阅读能力与信息加工能力都提出了较高的要求。近年来高考化学中涉及图表与数据提取的题目大量增加，且经常作为压轴题出现，让学生望而生怯。解决不好这类问题，是学生缺乏数形结合思想的反映。数形结合思想，即利用图形展开直观想象，利用图形描述分析问题，也是高中数学核心素养培养的基本要求之一。

这种素养是无法通过短时间的习题训练培育形成的，需要教师在教学中长期有意识地引导。教材中提供了很多图表素材，以鲁科版必修2《元素周期律和周期表》一节为例，教材设计了活动探究环节，让学生对表格进行数据与变量分析，并绘制出原子序数与相关变量的二维坐标图。学生在此探究活动中发现原子结构及相关变量之间的规律性联系，进而实现不同元素之间借助元素周期表的位置变量进行相关的推理。数形结合思想的形成对发展学生的“证据推理与模型认知”化学学科核心素养也具有非常重要的意义。因此，教师要充分挖掘教材图表教学的育人功能，鼓励、引导学生从多方面、多角度去挖掘图表中的信息，并结合有关信息拓展延伸其内涵，使学生在活动中逐步形成数形结合思想，发展学科核心素养。

4.注重培养守恒观念，发展守恒观念与“巧算”素养

对于学生学科素养的形成，2017年版高中化学课程标准明确提出：学生要在化学学习中建立“守恒观”。可见，“守恒观”也是学生终身学习和发展的一种必要素养。灵活运用守恒法能够提高问题解决的效率，尤其在涉及多步反应的计算中，运用守恒法可以提高计算技巧，使问题化繁为简。运算能力也是数学学科核心素养培养的关键，运算的对象越具体，运算的法则越明晰，那么运算的技巧将越熟练。

如高考实验题中对于物质纯度或产率等的计算，可以摒弃中间各步反应的量变关系，牢抓原料与产物核心元素的“量变”关系，运用元素守恒便可快速解答。但是学生面对这类题目时往往缺乏运算思路，即使通过专题强化复习，也只是提高了解题的熟悉度，在新的情境中解题技能却依旧无法迁移。研究表明，这是因为高中生大多数只具备基本的守恒知识，而化学守恒观的发展水平是不足的，还没能达到深入理解和自如综合应用的程度[4]。平时的教学中，教师要加强守恒观的培育意识。例如，在N2→NO→NO2→HNO3三步变化的教学中，教师要引导学生展开分析，通过设置计算问题使学生理解何为原料的利用率，学会将烦琐的多步计算用一步转化来处理，体会运用守恒法为计算带来的便捷。教学中，诸如此类的教学设计可以有很多，教师要深入思考如何设置问题让学生具体地去理解各类守恒的本质，使学生深刻領会运用守恒法解决计算问题的各种法则，并在运用中逐步发展守恒观念与“巧算”素养。

综上，数学运算与数据分析的考查关注点是学科知识的延伸性及数学思维的运用，计算难题往往不是问题本身难以计算，而是学生数学素养不足的表现，只要教师能够认识到数学素养的重要性，注重学科知识之间的相互渗透，用心思考化学课堂教学中如何有效培养学生的数学素养，定能实现学生能力素养的综合提升。

[   参   考   文   献   ]

[1]  林文兴.中学生化学计算能力的进阶式培养策略[J] .福建基础教育研究，2019（5）：115-117.

[2]  莘赞梅.怎么教知识：从系统思考到认识进阶[M].北京：北京教育出版社，2018.

[3]  吴俊明.对化学语言及其教学的再认识[J]. 化学教学，2015（7）：3-9.

[4]  王禹超，王后雄.中学化学守恒观研究现状的分析与思考[J].化学教学，2019 （6）：27-32.

（责任编辑 罗   艳）