以層次結(jié)構(gòu)理論探討化學(xué)計(jì)算解題策略

1、以“層次結(jié)構(gòu)理論”探討化學(xué)計(jì)算解題策略上海師范大學(xué)附屬外國語中學(xué) 毛位、張建華立達(dá)中學(xué) 張鑫隨著“二期課改”的逐漸深入，“注重學(xué)生知識(shí)與能力、過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀等三方面目標(biāo)的全面發(fā)展；注重學(xué)生的個(gè)性發(fā)展；重視學(xué)生終身可持續(xù)發(fā)展”成為我們化學(xué)教師面臨的一個(gè)重要的任務(wù)。中學(xué)化學(xué)計(jì)算歷來是化學(xué)習(xí)題中的一大難點(diǎn)。尤其是高三的化學(xué)計(jì)算，它難度較大，涉及的實(shí)施內(nèi)容較多，如何使學(xué)生能夠充分解決這個(gè)難題，使學(xué)生喜愛上化學(xué)，不產(chǎn)生畏難情緒，對于每一位高中教學(xué)教師而言，采用新的方法、新的手段、新的理論成為我們化學(xué)教師所必需的解決的一個(gè)課題。1、層次結(jié)構(gòu)理論關(guān)于能力的重要觀點(diǎn)英國心理學(xué)家弗農(nóng)繼承和發(fā)展斯皮

2、爾曼德二因素，提出能力的層次結(jié)構(gòu)理論。他認(rèn)為，能力的結(jié)構(gòu)是按層次排列的。智力的最高層次是一般因素（G）；第二層次分兩大群，即言語和教育方面的因素，操作與機(jī)械方面的因素，叫大群因素；第三層為小群因素，包括言語、數(shù)量、機(jī)械、信息、空間信息、用手操作等；第四層次為特殊因素，即各種各樣的特殊能力。弗農(nóng)的能力層次結(jié)構(gòu)理論像生物類學(xué)的分類系統(tǒng)那樣來設(shè)想能力的結(jié)構(gòu)，層次結(jié)構(gòu)分析理論是將評價(jià)對象或問題視為一個(gè)系統(tǒng)，根據(jù)問題的性質(zhì)和要達(dá)到的總目標(biāo)，將問題分解成不同的組成要素，并按照因素間的相互關(guān)聯(lián)度及隸屬關(guān)系，將因素按不同層次聚集組合，從而形成一個(gè)多層次的分析結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，把問題條理化、層次化。層次分析法體現(xiàn)出人們

3、思維的基本特征：分解、判斷、綜合。把復(fù)雜的問題分解為各組成因素，再將這些因素按支配關(guān)系分組，形成有序的遞階層次結(jié)構(gòu)，通過兩兩比較判斷的方式確定每一層次中因素的相對重要性。然后，在遞階層次結(jié)構(gòu)內(nèi)進(jìn)行合成得到相對于目標(biāo)的重要程度的總順序。2、以層次結(jié)構(gòu)理論解決化學(xué)計(jì)算的化學(xué)教學(xué)策略化學(xué)計(jì)算不等于數(shù)學(xué)計(jì)算，必須在化學(xué)知識(shí)和原理的基礎(chǔ)上進(jìn)行。其任務(wù)是從定量的角度來探究物質(zhì)的性質(zhì)及其變化規(guī)律。所以通過化學(xué)計(jì)算的學(xué)習(xí)，一方面可以掌握化學(xué)計(jì)算的技能，另一方面可以加深對有關(guān)化學(xué)知識(shí)的理解，發(fā)展思維能力，提高分析問題和解決問題的能力。教學(xué)策略是為了實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)而確定的對教學(xué)方法、教學(xué)組織形式和教學(xué)媒體的謀劃和方

4、略。能力層次理論為化學(xué)計(jì)算的教學(xué)制定適宜的教學(xué)策略提供一種新的理論依據(jù)。2.1 計(jì)算問題分解策略問題的分解對于層次結(jié)構(gòu)分析理論是一個(gè)首要的前提，由于化學(xué)計(jì)算常常牽涉到各種化學(xué)知識(shí)的背景，需要閱讀、書寫、記憶等活動(dòng)，但它以抽象思維為主要成分，掌握正確的思維方式、方法是它的本質(zhì)特征。我們可以用路線圖的方式進(jìn)行相應(yīng)的描述，將題干文字用化學(xué)中的相應(yīng)的符號(hào)標(biāo)示出來從而降低了思維容量。如：鎂條在空氣中燃燒生成氧化鎂和氮化鎂。將燃燒后的產(chǎn)物溶解在60毫升濃度為2.0mol/升的鹽酸中，再用20毫升0.5mol/升NaOH溶液中和多余的鹽酸，然后在此溶液中加過量的堿，把氨全部蒸出來，用稀HCl吸收，稀HCl增

5、重0.17g，求鎂帶的質(zhì)量從題中敘述可看出至少涉及十個(gè)反應(yīng)，條件多，反應(yīng)關(guān)系多，但是如果用路線圖的方式可以簡單的描述如下：2.2計(jì)算問題解決策略：明確化學(xué)計(jì)算的根據(jù)就是要正確理解和掌握有關(guān)的基本概念和基本定律，一些化學(xué)量之間的相互關(guān)系式以及他們的使用范圍和使用條件等。其中化學(xué)概念是化學(xué)計(jì)算的基礎(chǔ)，因?yàn)榛瘜W(xué)計(jì)算是由化學(xué)概念的量引申出來的?；瘜W(xué)定律主要是指質(zhì)量守恒定律，定組成定律，阿伏加德羅定律等。由于化學(xué)計(jì)算的要求是把數(shù)學(xué)運(yùn)算和化學(xué)知識(shí)結(jié)合起來，把化學(xué)問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)問題，就是要尋找已知條件和判斷各量之間的關(guān)系，并用數(shù)學(xué)的方式表達(dá)出來。下圖是化學(xué)概念中常對應(yīng)用的數(shù)學(xué)方法守恒法質(zhì)量守恒元素守恒法電子

6、守恒法電荷守恒化學(xué)反應(yīng)前后質(zhì)量關(guān)系可以分別列出化學(xué)反應(yīng)當(dāng)中某種元素的多重變化化學(xué)反應(yīng)當(dāng)中的氧化還原反應(yīng)化學(xué)反應(yīng)當(dāng)中的溶液的離子反應(yīng)差量法質(zhì)量差氣體體積差法物質(zhì)的量之差熱量差化學(xué)反應(yīng)當(dāng)中出現(xiàn)物理量的變化關(guān)系式法化學(xué)工業(yè)反應(yīng)當(dāng)中多步計(jì)算類型化學(xué)反應(yīng)關(guān)系式電子得失關(guān)系式離子反應(yīng)關(guān)系式電荷守恒關(guān)系式氧化還原反應(yīng)當(dāng)中多步計(jì)算類型溶液中離子反應(yīng)的多步計(jì)算類型極值法判斷混合物中成分的計(jì)算范圍十字交叉法判斷二元混合物的比例平均式量判斷同位素原子個(gè)數(shù)百分比平均式量判斷物質(zhì)的量之比平均化學(xué)式判斷物質(zhì)的量之比平均濃度判斷兩種溶液的質(zhì)量百分比濃度之比平均值法判斷二元混合物組成化學(xué)反應(yīng)當(dāng)中量可以用數(shù)學(xué)關(guān)系描述數(shù)軸法函數(shù)

7、法圖像法化學(xué)反應(yīng)因量不同而反應(yīng)產(chǎn)物也不同如上題：我們看到它是屬于溶液反應(yīng)問題的，應(yīng)用離子守恒法求解。不去研究反應(yīng)過程，而是抓住反應(yīng)的結(jié)果，最終溶液只是NH4Cl、NaCl、MgCl2溶液，然后利用離子的電荷守恒求解。圖（B）中，根據(jù)電荷守恒，有下列關(guān)系： 2.3 計(jì)算問題過程策略高中許多學(xué)生只注重列式不注重運(yùn)算，對復(fù)雜的算式缺乏信心，對簡單的算式粗心馬虎。原因在于思想不重視，平時(shí)沒有養(yǎng)成良好的運(yùn)算習(xí)慣。運(yùn)算過程要精心研究，運(yùn)算過程中使用的概念、公式要準(zhǔn)確無誤，這是保證運(yùn)算準(zhǔn)確的基本條件。因此，平時(shí)的作業(yè)、練習(xí)、測驗(yàn)等都必須要求學(xué)生認(rèn)真檢查、總結(jié)、訂正，提高運(yùn)算的正確率。另外還需要學(xué)生運(yùn)算要熟練

8、且合乎算理，運(yùn)算過程中的每一步都要有依據(jù)。或根據(jù)概念，或根據(jù)公式，或根據(jù)法則，要養(yǎng)成思維嚴(yán)謹(jǐn)?shù)暮昧?xí)慣，減少解題中的失誤。一、是步驟書寫要規(guī)范，解證、文字說明、列式、拖式、計(jì)算結(jié)果、計(jì)量單位、答案等都要嚴(yán)格按照要求書寫，條理清楚，一目了然；二、是符號(hào)書寫要規(guī)范，運(yùn)算符號(hào)、關(guān)系符號(hào)、代數(shù)符號(hào)等的書寫必須規(guī)范清晰、準(zhǔn)確無誤；三、是文字書寫要規(guī)范，在解題和答題過程中，必須書寫工整、筆畫正確、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)使用得當(dāng)，完整地表述解題過程。規(guī)范的書寫不僅能準(zhǔn)確地輸出信息，更能培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)認(rèn)真、做事精細(xì)的良好品質(zhì)；四、關(guān)鍵的“設(shè)”、“答”不能少，并且注意有效數(shù)字的取用2.4 計(jì)算問題的反思策略化學(xué)計(jì)算的技能是一種高

9、層次的智力操作技能，計(jì)算過程中的反思對于加強(qiáng)計(jì)算思維訓(xùn)練上大有裨益。其中，運(yùn)用一題多解的方式去解決化學(xué)計(jì)算問題是一種很好的技能訓(xùn)練過程。一題多解的方法迫使我們開動(dòng)腦筋，拓寬思路，多方思考，充分領(lǐng)略知識(shí)的結(jié)構(gòu)以及各種解法的內(nèi)在聯(lián)系。不僅有助于提供我們的化學(xué)計(jì)算技能水平，還會(huì)促進(jìn)我們思維的廣闊性，深刻性和創(chuàng)造性的發(fā)展?；瘜W(xué)中的計(jì)算是在教學(xué)發(fā)展中，在學(xué)生的學(xué)習(xí)中具有獨(dú)到的作用?；瘜W(xué)計(jì)算教學(xué)是化學(xué)教學(xué)的重要組成部分，學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能、自學(xué)能力、創(chuàng)造能力等都可通過計(jì)算的形式反映出來。例如，它能夠快捷地培養(yǎng)學(xué)生收集和處理信息的能力，能夠有效地培養(yǎng)學(xué)生的思維能力、語言及文字表達(dá)能力。能夠培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)分析和解決問題的能力，能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，能夠養(yǎng)成學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)。獨(dú)立思考的習(xí)慣等所以，我們要立足于對學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，融入對學(xué)生思維的訓(xùn)練，能力的培養(yǎng)以及情感的熏陶。既考慮