覃欽蘭

【摘要】本文旨在淺析數(shù)學(xué)思維在初中化學(xué)教育中的應(yīng)用。在當(dāng)前的教學(xué)實踐中，數(shù)學(xué)思維作為一種重要的認(rèn)知工具，在初中化學(xué)教育中扮演著至關(guān)重要的角色。文章首先簡要介紹了數(shù)學(xué)思維的基本概念和特點，然后深入探討了數(shù)學(xué)思維在初中化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用。具體而言，數(shù)學(xué)思維在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在化學(xué)計算、實驗數(shù)據(jù)分析、圖表解讀等方面。文章通過具體案例，展示了如何在化學(xué)教學(xué)中有效地融入數(shù)學(xué)思維，幫助學(xué)生提升解決問題的能力，增強(qiáng)對化學(xué)概念的理解。最后，文章對數(shù)學(xué)思維在初中化學(xué)教育中的重要性進(jìn)行了總結(jié)，并提出了一些有效的教學(xué)建議，以期為初中化學(xué)教育的改進(jìn)提供參考。

【關(guān)鍵詞】數(shù)學(xué)思維? 初中化學(xué)? 化學(xué)教育? 教學(xué)應(yīng)用? 問題解決

【中圖分類號】G633.8 ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2024）03-0028-03

在初中科學(xué)教育中，化學(xué)作為一門基礎(chǔ)學(xué)科，不僅承擔(dān)著傳授化學(xué)知識的任務(wù)，還肩負(fù)著培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和實踐能力的重要責(zé)任。近年來，教育界日益重視數(shù)學(xué)思維在各學(xué)科教學(xué)中的作用，特別是在初中化學(xué)教育中，數(shù)學(xué)思維的應(yīng)用顯得尤為重要。本文旨在淺析數(shù)學(xué)思維在初中化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用情況，探討如何將數(shù)學(xué)思維有效地融入化學(xué)教學(xué)中，以提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和科學(xué)素養(yǎng)。

一、數(shù)學(xué)思維在初中化學(xué)中的應(yīng)用意義

（一）量化分析的能力培養(yǎng)

化學(xué)實驗和問題解決往往涉及到量的測量、計算和比較。學(xué)生通過學(xué)習(xí)如何精確地量化化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)量、濃度、體積等，可以更深刻地理解化學(xué)反應(yīng)的量化本質(zhì)。這種能力的培養(yǎng)有助于提升他們的觀察精度和實驗技能。

（二）邏輯推理和解決問題的能力

數(shù)學(xué)思維在邏輯推理方面的應(yīng)用有助于學(xué)生在化學(xué)學(xué)習(xí)中更好地理解概念之間的聯(lián)系和區(qū)別。如，通過邏輯推理理解化合物和混合物的不同，或者分析化學(xué)方程式的平衡。這些邏輯推理的技巧是科學(xué)思維的基礎(chǔ)，對于學(xué)生深入理解化學(xué)概念至關(guān)重要。

（三）科學(xué)實驗設(shè)計和數(shù)據(jù)分析

數(shù)學(xué)思維在實驗設(shè)計和數(shù)據(jù)分析方面發(fā)揮著重要作用。通過科學(xué)的方法設(shè)計實驗并準(zhǔn)確地收集和分析數(shù)據(jù)，是化學(xué)實驗的核心。學(xué)生需要利用數(shù)學(xué)工具來分析實驗數(shù)據(jù)，如計算平均值、比較變量之間的關(guān)系等，這有助于他們從數(shù)據(jù)中提取有價值的信息并得出科學(xué)結(jié)論。

二、數(shù)學(xué)思維在初中化學(xué)中的應(yīng)用策略

（一）通過“命題”的條件與結(jié)論理解化學(xué)概念

初中化學(xué)涉及眾多概念，對初學(xué)者而言，準(zhǔn)確理解和應(yīng)用這些概念是一個挑戰(zhàn)。許多學(xué)生在記憶和理解化學(xué)概念時存在模糊不清的情況，概念間的關(guān)系也往往混淆。為了幫助學(xué)生更好地理解這些概念，可以將化學(xué)概念視為一個“命題”，通過分析命題的條件和結(jié)論來理解和掌握它們。例如，理解“氧化物”和“含氧化合物”這兩個概念。我們可以將“氧化物”定義為滿足以下條件的物質(zhì)：“含有兩種元素”“其中一種元素是氧”和“是一種化合物”。因此，當(dāng)一種物質(zhì)滿足這三個條件時，我們可以得出結(jié)論：這種物質(zhì)是“氧化物”。而對于“含氧化合物”，其條件是“含有氧元素”和“是一種化合物”。任何符合這兩個條件的物質(zhì)，我們可以得出結(jié)論：這是一種“含氧化合物”。進(jìn)一步比較這兩個概念的條件，我們可以理解“氧化物”是“含氧化合物”中的一個特定類別。

再如，理解“元素”的概念。我們可以將“元素”定義為具備以下條件的物質(zhì)：“具有相同的質(zhì)子數(shù)”和“由相同類型的原子組成”。這樣的理解有助于回答有關(guān)元素的問題，如提問“不同種元素間的根本區(qū)別是它們原子的質(zhì)子數(shù)不同；元素與原子的聯(lián)系和區(qū)別是什么？”時，學(xué)生能更加容易理解和回答。

通過這種方法，教師可以引導(dǎo)學(xué)生更加系統(tǒng)和邏輯地理解化學(xué)概念。這種以條件和結(jié)論為基礎(chǔ)的理解方式不僅能夠幫助學(xué)生清晰地區(qū)分不同概念，也有助于提高他們的學(xué)習(xí)效率和效果。對于許多化學(xué)概念，如酸、堿、鹽等，都可以通過分析其定義條件和相應(yīng)結(jié)論來加深學(xué)生的理解，從而提高他們的化學(xué)學(xué)習(xí)能力。

（二）通過“推理思維”理解和應(yīng)用質(zhì)量守恒定律

質(zhì)量守恒定律是初中化學(xué)中極其重要的定律，它不僅是化學(xué)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，也是高中有機(jī)化學(xué)推斷的基石。要深刻理解這一定律，我們可以引導(dǎo)學(xué)生采用數(shù)學(xué)推理的方法。

從“原子是化學(xué)變化中的最小微粒”出發(fā)，學(xué)生可以理解到化學(xué)反應(yīng)實際上是原子的重新組合。由于在化學(xué)反應(yīng)中，原子的種類、數(shù)量和質(zhì)量都保持不變，因此我們可以推論，在任何化學(xué)反應(yīng)中，元素的種類和質(zhì)量也是不變的?；谶@一點，我們進(jìn)一步推斷，由這些元素組成的物質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)中總質(zhì)量也必然守恒。

這樣的邏輯推理不僅幫助學(xué)生從三個層面——“原子守恒”“元素守恒”和“總質(zhì)量守恒”——全面理解質(zhì)量守恒定律，而且為應(yīng)用這一定律解決相關(guān)問題提供了清晰的思路。例如，在解決“天然氣在氧氣中燃燒，生成物是水和二氧化碳，則天然氣中一定含有哪些元素？”的問題時，我們可以運用“元素守恒”的原則進(jìn)行推理。由于生成物中包含碳、氫、氧這三種元素，而氧氣提供了氧元素，那么天然氣中必然含有碳和氫元素；而生成物中的氧元素可能部分或全部來自氧氣，因此天然氣中可能含有氧元素。

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在化學(xué)方程式的配平問題上，同樣可以應(yīng)用推理方法。以“FeS2+O2 → Fe2O3+SO2”的配平為例，我們可以使用“定1推理法”：首先確定Fe2O3的化學(xué)計量數(shù)為1，由此推斷FeS2的化學(xué)計量數(shù)為2，然后基于原子守恒原理，確定生成物SO2的化學(xué)計量數(shù)為4。接著，計算生成物這端氧原子的總數(shù)為11（即3+8=11），從而推出O2的化學(xué)計量數(shù)為11/2。最后，考慮到分子不能存在半個的實際情況，將各化學(xué)計量數(shù)成倍增加以實現(xiàn)配平。

通過這些推理方法的應(yīng)用，學(xué)生不僅能更準(zhǔn)確地理解化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量守恒定律，還能夠在實際問題中運用這一定律進(jìn)行有效的推斷和解決問題，極大地提升了他們解決化學(xué)問題的能力和效率。

（三）應(yīng)用正比例思維解答化學(xué)方程式計算題

在初中化學(xué)教學(xué)中，利用化學(xué)方程式進(jìn)行計算是一項基本技能。這一過程本質(zhì)上是利用反應(yīng)物與生成物之間的固定質(zhì)量比例關(guān)系，通過建立正比例方程來求解相關(guān)物質(zhì)的質(zhì)量。這種方法的應(yīng)用類似于數(shù)學(xué)應(yīng)用題的解題格式，通常包括“解題說明”“設(shè)變量”“建立方程”和“求解答案”四個基本步驟。不過，在化學(xué)計算中，還必須根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式確定所需利用的質(zhì)量比例關(guān)系和相關(guān)數(shù)據(jù)，這一點需要在建立正比例方程之前明確指出。

為了更有效地講解這一解題方法，教師可以引導(dǎo)學(xué)生理解這種方法的邏輯性和系統(tǒng)性，使他們認(rèn)識到學(xué)習(xí)化學(xué)也是有跡可循、容易掌握的。在制定教學(xué)目標(biāo)時，可以將知識技能、情感態(tài)度和價值觀三維目標(biāo)有機(jī)融合，避免教學(xué)內(nèi)容的重復(fù)和機(jī)械套用，確保教學(xué)目標(biāo)的完整性和統(tǒng)一性。

舉例來說，在一節(jié)初中化學(xué)課上，教師需要講解并演示如何通過化學(xué)方程式計算水分解反應(yīng)生成氫氣和氧氣的問題。

2H2O■2H2？邙+O2？邙

1.解題說明。教師首先向?qū)W生介紹這個化學(xué)方程式，解釋其表示的化學(xué)反應(yīng)，并指出這個方程式中各反應(yīng)物和生成物的化學(xué)計量關(guān)系。例如，2個水分子（H2O）在通電的條件下反應(yīng)，生成2個氫分子（H2）和1個氧分子（O2）。

2.設(shè)變量。在這一步驟中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生設(shè)定變量，比如設(shè)反應(yīng)中水的質(zhì)量為x，然后根據(jù)化學(xué)方程式中的比例關(guān)系，計算出氫氣和氧氣的質(zhì)量。

3.建立方程。接下來，教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)化學(xué)方程式的比例關(guān)系建立正比例方程。如，如果知道水的質(zhì)量，可以根據(jù)水和氫氣的質(zhì)量比（36：4）來計算氫氣的質(zhì)量。同樣，根據(jù)水和氧氣的質(zhì)量比（36：32）來計算氧氣的質(zhì)量。

4.求解答案。最后，教師指導(dǎo)學(xué)生求解方程，得出每種物質(zhì)的質(zhì)量，如，如果給定水的質(zhì)量是18克，學(xué)生就可以計算出氫氣的質(zhì)量和氧氣的質(zhì)量。

通過這個案例，學(xué)生不僅學(xué)會了如何使用化學(xué)方程式進(jìn)行基本的質(zhì)量計算，還加深了對化學(xué)反應(yīng)中質(zhì)量守恒定律的理解。此外，這個過程還讓學(xué)生應(yīng)用了數(shù)學(xué)中的正比例關(guān)系和方程求解的技巧，展示了化學(xué)與數(shù)學(xué)之間的聯(lián)系，增強(qiáng)了學(xué)生跨學(xué)科的思維能力。

（四）精心設(shè)計科學(xué)探究活動，提升學(xué)生科學(xué)探究能力

科學(xué)探究活動是指通過類似科學(xué)研究的方法來獲取知識、應(yīng)用知識和解決問題的過程。它不僅包括獲取事實信息，更重要的是讓學(xué)生學(xué)會如何思考、分析和解決問題。以下是如何精心設(shè)計科學(xué)探究活動，以提升學(xué)生科學(xué)探究能力的幾個關(guān)鍵方面：

1.構(gòu)建知識體系。在科學(xué)探究活動中，學(xué)生通過實際操作和實驗，逐步構(gòu)建起對科學(xué)概念和原理的理解，如，通過化學(xué)實驗來探索不同物質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)，學(xué)生不僅能學(xué)到具體的化學(xué)知識，還能理解這些知識是如何相互聯(lián)系的。

2.形成科學(xué)觀念?？茖W(xué)探究活動鼓勵學(xué)生在實踐中形成科學(xué)的思維方式和觀念。通過觀察、實驗和分析數(shù)據(jù)，學(xué)生可以學(xué)習(xí)到科學(xué)研究的嚴(yán)謹(jǐn)性和邏輯性，比如通過對植物生長環(huán)境的變化進(jìn)行觀察，理解生態(tài)平衡的重要性。

3.領(lǐng)悟科學(xué)研究方法?？茖W(xué)探究活動還應(yīng)著重于教授學(xué)生科學(xué)研究的方法和過程，這包括如何提出假設(shè)、設(shè)計實驗、收集和分析數(shù)據(jù)以及如何得出結(jié)論和驗證假設(shè)。如，在物理課上通過實驗驗證牛頓運動定律，學(xué)生可以學(xué)習(xí)到實驗設(shè)計和數(shù)據(jù)分析的基本方法。

4.多樣化的探究方式。探究活動可以采取多種形式，如小組合作探究、項目式學(xué)習(xí)、案例研究等。這些不同的方式可以激發(fā)學(xué)生的興趣，同時也適應(yīng)不同學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格和能力。如，通過小組合作完成一個環(huán)境保護(hù)項目，學(xué)生可以在合作中學(xué)習(xí)到團(tuán)隊協(xié)作和溝通的技巧。

5.培養(yǎng)批判性和創(chuàng)造性思維。在科學(xué)探究活動中，學(xué)生被鼓勵提出問題、質(zhì)疑現(xiàn)有的知識和假設(shè)。這種批判性思維對于科學(xué)發(fā)展至關(guān)重要。同時，通過探究未知領(lǐng)域或解決新問題，學(xué)生的創(chuàng)造性思維也得到了培養(yǎng)。

三、結(jié)論

本文通過對數(shù)學(xué)思維在初中化學(xué)教學(xué)中應(yīng)用的淺析，揭示了數(shù)學(xué)思維對于增強(qiáng)學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)的重要性和實用性。數(shù)學(xué)思維的運用不僅僅局限于解決特定的化學(xué)計算問題，而是貫穿于整個化學(xué)學(xué)習(xí)過程，從基本概念的理解到復(fù)雜問題的解決。首先，數(shù)學(xué)思維在幫助學(xué)生理解和掌握化學(xué)概念方面發(fā)揮著重要作用。通過量化分析、邏輯推理等數(shù)學(xué)方法，學(xué)生能夠更深入地理解化學(xué)反應(yīng)、物質(zhì)的性質(zhì)和化學(xué)方程式等核心概念。如，通過比例關(guān)系理解化學(xué)反應(yīng)的定量關(guān)系，或通過邏輯推理理解物質(zhì)的分類。其次，數(shù)學(xué)思維在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力方面具有不可忽視的作用。在實驗設(shè)計、數(shù)據(jù)分析和結(jié)果解釋等環(huán)節(jié)中，數(shù)學(xué)思維提供了一種系統(tǒng)性和嚴(yán)密性的方法論。這不僅有助于學(xué)生準(zhǔn)確地進(jìn)行實驗和分析結(jié)果，也鼓勵他們采用科學(xué)方法解決實際問題。再者，數(shù)學(xué)思維在促進(jìn)跨學(xué)科學(xué)習(xí)方面顯示出其獨特價值。通過將數(shù)學(xué)思維應(yīng)用于化學(xué)學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅提高了數(shù)學(xué)技能，也加深了對化學(xué)知識的理解，從而實現(xiàn)了學(xué)科間知識的有效整合和應(yīng)用。最后，數(shù)學(xué)思維的運用還能激發(fā)學(xué)生的興趣和參與度。

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