基于质量关系的化学反应计算的教材比较研究:教材比较研究

时间：2019-02-05 03:32:02　来源：雅意学习网本文已影响人

　　摘要：在进行科学教材国际比较研究的基础上，提出我国初中教材与教学应补充基于实验数据的质量关系的内容，并以此为基础促进学生理解基于相对分子质量的质量关系。　　关键词：化学反应计算；质量关系；相对分子质量；教材比较
　　文章编号：1005－6629(2011)03－0011－03
　　中图分类号：G633.8
　　文献标识码：B
　　
　　1　研究目的与意义
　　
　　在初中化学教学中，基于质量关系的化学反应计算既是重点，又是难点，还是分化点，如何降低此类计算的学习难度，也就成了教学研究的热点。纵观已有研究，多以题型总结、步骤细化、强化训练作为问题解决的切入点，虽然耗时费力，但却收效甚微。究其原因，主要在于忽视了高效训练的前提一知识的深入理解，而学生学习的障碍恰恰在于此类计算的综合性与抽象性。首先，此类计算涉及化学方程式书写、相对分子质量计算与比例关系应用等多种技能，综合性很强。其次，相对分子质量是微观质量的宏观化体现，其与宏观质量之间的关系极为抽象，学生难以理解。只有恰当地降低了此类计算的综合性与抽象性，才有可能实现学生的深刻理解与有效应用。
　　本文试图以科学及化学教材中“基于质量关系的化学反应计算”内容的国际比较为基础，从内容设计、组织与编排的视角，剖析教材处理的共同特征以及独特方式，并提出对于我国初中化学教材和教学相关内容处理的启示。
　　
　　2　研究思路与方法
　　
　　依据研究目的，按研究对象确定、教材内容分析、教材比较研究、核心问题讨论等4个阶段逐步展开。
　　阶段1：研究对象确定。本研究意在认识我国与发达国家教材处理方式的差异，因而选择了美国、英国等两个基础教育较为发达国家的科学(或化学)教材作为研究对象，并与我国应用较为广泛的初高中化学教材进行比较。
　　阶段2：教材内容分析。应用文本内容分析法，整理各教材中基于质量关系的化学反应计算的内容，总结所涉及的各种计算类型以及需要达到的要求。
　　阶段3：教材比较研究。依照不同类型的基于质量关系的化学反应计算在各教材中出现的先后顺序，构建发展性模型，进而对各教材的发展性特征展开比较，并产生需要讨论的核心问题。
　　阶段4：核心问题讨论。围绕有待解决的关键问题，以对我国教材的解析为基础，依照学习理论与认知心理学原理展开讨论，最终形成对于我国教材内容设置及教学方式选择的启示。
　　
　　3　研究结果与分析
　　
　　3.1计算类型确定
　　分析各教材中基于质量关系的化学反应计算，发现总共存在着三种不同类型，分别基于质量守恒定律、实验质量数据以及相对分子质量而展开。各类型的原理、例题以及解析如表1所示。
　　
　　
　　3.2教材特征比较
　　根据各教材中基于质量关系的化学反应计算的不同类型所安排的年级、编排的先后顺序以及与基于物质的量关系的化学反应计算的前后关系，可以构建如图1所示的发展模型。
　　依据图1所示，可以发现各教材在内容选择与处理方式上的相似性：一是均涉及基于质量守恒定律的质量关系以及基于相对分子质量的质量关系这两种计算类型；二是均先介绍基于质量守恒定律的质量关系，进而介绍基于相对分子质量的质量关系。当然，各教材的差异也很明显：一是我国教材基于相对分子质量的质量关系安排于物质的量关系之前，另两套教材则相反；二是英国教材在基于质量守恒定律的质量关系与基于相对分子质量的质量关系之间增加了基于实验数据的质量关系，另两套教材则未涉及；三是我国教材中基于相对分子质量的质量关系所安排的年级要低于另两套教材。
　　
　　依据这三点差异，可以产生有待深入思考的三个核心问题：(1)是否有必要将基于相对分子质量的质量关系安排于物质的量关系之后?(2)是调整基于相对分子质量的质量关系还是调整物质的量关系在教材中的位置?(3)是否有必要增加基于实验数据的质量关系?若增加，位置如何安排?
　　
　　3.3核心问题讨论
　　针对提出的三个核心问题，基于教材比较的微观成果，展开从理论到实践的全面思索，最终得到以下三点结论：
　　(1)将基于相对分子质量的质量关系，安排于物质的量关系之后，是教材设计的理想状态
　　安排位置的不同决定了内容引人方式的差异。例如，对于镁和氧气反应生成氧化镁的反应，我国教材直接指出镁、氧气以及氧化镁的质量比与它们的相对分子质量和化学计量数的乘积之比相同，即
　　2Mg+O2=2MgO
　　质量比2×24:32:2×40
　　这种方式直接将微观抽象的相对质量与宏观具体的物质质量之间建立起较为复杂(需考虑化学计量数)的联系，对于仍然处于具体思维阶段，抽象思维能力尚未得到充分发展的学生来说，很难理解关系建立的理论依据，只能较为机械地套用计算公式，因而存在一定的学习难度。
　　英国及美国教材则采用以下途径建立基于相对分子质量的质量关系：
　　
　　这种处理方式充分发挥了物质的量在化学反应的宏观现象与微观本质之间的桥梁作用，使学生能够自然地从各物质的微粒数之比，经过两步转换得到基于相对分子质量的质量关系，从而认识到关系建立的有效性与合理性，在一定程度上降低了学习难度。
　　可见，将基于相对分子质量的质量关系，置于物质的量关系之后，有利于降低理解的抽象性，可促进学生的掌握与应用。
　　(2)调整基于相对分子质量的质量关系与物质的量关系的相对位置存在着现实难度
　　化学反应是初中化学教学的重点，富含丰富的定性与定量信息。对于化学反应的深入理解离不开定量方法，尤其是基于相对分子质量的质量关系的应用。若将此关系转移至高中物质的量关系之后，虽可降低初中化学计算的难度，但同时也削弱了学生对于化学反应理解的深刻程度。而若将物质的量关系下调至初中，置于基于相对分子质量的质量关系之前，则会因其本身同样具有较强的抽象性而使得对于降低学习难度的效果十分有限。事实上，我国某些地区所进行的相关尝试也并未取得期望中的突出成效。
　　可见，在我国化学课程高度重视化学知识的定量理解与把握的背景下，调整基于相对分子质量的质量关系与物质的量关系的位置并不具有很强的现实性。
　　(3)在基于相对分子质量的质量关系之前，安排基于实验数据的质量关系，是降低学习难度的合理选择
　　英国教材，在基于相对分子质量的质量关系之前，安排了基于实验数据的质量关系。如在例2中，首先提供镁(0.24g)、氧气(0.16g)以及反应生成的氧化镁(0.40g)质量的实验数据，促使学生以事实为基础构建三种物质间的质量关系(24:16:40)，再利用此关系，计算镁质量(12g)已知时氧化镁的质量。这种处理方式，既避免了相对分子质量的应用，又因质量比例关系的引入而深化了学生对于化学反应的定量理解，从而在不影响教学要求的同时，实现了教学难度的下降。
　　
　　对于我国教材编写而言，若改变传统的直接应用相对分子质量进行计算的一步到位的处理方式(见图2中间)，在基于相对分子质量的质量关系之前，增加基于实验数据的质量关系，可从根本上降低教学难度。首先，将基于相对分子质量的化学反应计算，拆分为基于实验质量比的化学反应计算以及相对分子质量及比例(考虑化学计量数)的计算，使得原本复杂的计算过程得以分解，从而降低了计算的综合性(见图2右边)。其次，学习次序的调整，改变了原有的由抽象(相对分子质量)过渡至具体(物质质量)的方式，学生可在掌握宏观质量比例关系的基础上，认识其与相对分子质量比例关系的一致性，从而自然地由宏观逐步深入至微观，有效地降低了计算的抽象性。
　　
　　4　研究结论与启示
　　
　　相对于我国及美国教材而言，英国教材中，基于质量关系的化学反应计算内容设置，体现出良好的连贯性与发展性，基于质量守恒定律的质量关系、基于实验数据的质量关系以及基于相对分子质量的质量关系的依次设置，体现了由宏观到微观、由具体到抽象、由简单到复杂的逐步深入与发展。
　　在修订我国初中化学教材时，有必要充分借鉴英国教材的处理方式，增加基于实验数据的质量关系的化学反应计算，并置于基于相对分子质量的质量关系的化学反应计算之前，以促进学生对于化学反应计算的高效掌握。

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