丁浩

摘要：化學教材中涉及大量的定量數(shù)據，教學中教師要幫助學生厘清數(shù)據修約規(guī)則、挖掘數(shù)據隱含信息、拓展數(shù)據運用價值，以發(fā)揮數(shù)據的最大功效，使其更好地服務于教學。

關鍵詞：化學教材；數(shù)據處理；教材分析

文章編號：1005–6629（2015）7–0014–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

數(shù)據是精辟、適度概括的語言，具有精確和蘊意豐富等特點。在實際教學中，教師會用到各種數(shù)據。這些數(shù)據產生的條件和背景不同，來源也不同，可能源于教材或是其他文獻，也可能是源于科研論文或實際生產。對這些數(shù)據，不能只進行簡單的呈現(xiàn)，而要幫助學生厘清數(shù)據的含義，并進行適當?shù)募庸ぬ幚砗鸵饬x拓展，使學生更容易理解其內涵，以期獲得更好的教學效果。本文以化學教材中的相關數(shù)據為例，談談數(shù)據的處理和應用。

1 厘清數(shù)據修約規(guī)則，明確相應實現(xiàn)途徑

數(shù)據一般由數(shù)值和單位組成，而數(shù)值又是用具體數(shù)字表示的。在不同的場合需要用到不同的數(shù)據，同時對數(shù)值精確程度的要求也不盡相同?；瘜W教學在涉及具體的數(shù)據時，要引導學生厘清相關數(shù)據的修約規(guī)則，知道具體數(shù)據的可能來源，以及實現(xiàn)或獲取這些數(shù)據的實驗途徑，從而使學生具備相應的實驗技能。

例如，蘇教版《化學1》[1]在“溶液的配制及分析”的“活動與探究”部分，設置了配制100mL 0.100 mol·L-1 Na2CO3溶液的實驗，要求學生計算所需碳酸鈉固體的質量并完成相關實驗操作。這其中涉及到了有效數(shù)字的問題。有效數(shù)字是指在實驗中實際能夠測量到的數(shù)字，而能夠測量到的是包括最后一位估計的，即不確定的數(shù)字。因此有效數(shù)字在一定程度上依賴于測量儀器的精確度，數(shù)值的有效數(shù)字位數(shù)越多，對應的稱量儀器的精確度也越高。對于100mL 0.100 mol·L-1的碳酸鈉溶液，所需碳酸鈉固體質量為1.06g。配制溶液的濃度有三位有效數(shù)字，為了保證實驗的精確度，應該使用分析天平（或電子天平）準確稱取碳酸鈉固體1.06g。由于對數(shù)據的內涵不夠清晰，有些教師往往讓學生直接采用托盤天平稱取1.1g碳酸鈉固體，這樣得到的溶液的濃度與0.100 mol·L-1之間存在誤差，使得實驗的精確度有所下降，達不到精確配制溶液的目的。

由于數(shù)據的大小和有效數(shù)字位數(shù)的多少，不僅代表了某物質具體量的不同，同時也體現(xiàn)了實驗操作的準確度不同，或對實驗器材的要求不同。所以，教學中要結合具體情況做出說明，讓學生明白有效數(shù)字與實驗儀器及其準確度的關系。如稱量1.8g的樣品用托盤天平即可，而稱取0.7865g的樣品必須用分辨值為0.1mg的分析天平；量取5.0mL和5.00mL溶液時，則應分別選用10mL量筒和10mL移液管；量取21.05mL 0.1000 mol·L-1鹽酸，則要采用酸式滴定管。這樣，學生不僅能體驗到這些數(shù)據的來歷，而且能懂得正確記錄測量值對結果準確度的保證作用。對于上述碳酸鈉溶液配制等問題，人為地增加或減少有效數(shù)字的位數(shù)會導致概念理解的偏差，在教學中要為學生發(fā)展預留空間，為學生形成較為完整的科學概念奠定基礎。由于高中生比較熟悉的稱量儀器是托盤天平，而且有些學校沒有分析天平（或電子天平），或分析天平的數(shù)量不能滿足學生分組實驗的需要，這時要與學生說清楚，使用精確度不同的天平，得到數(shù)據的有效數(shù)字會有所差異，如果使用托盤天平稱量碳酸鈉固體，質量是1.1g，這樣得到溶液的濃度精確度達不到0.100 mol·L-1。

2 挖掘數(shù)據隱含信息，深入理解其中奧秘

教材所呈現(xiàn)的一些數(shù)據，有時沒有“來龍去脈”，這時需要對數(shù)據進行有效加工，引導學生挖掘數(shù)據隱含的信息和真相。這不僅可以增強學生的數(shù)據意識，重視數(shù)據的收集、整理和分析，更重要的是能引導學生從數(shù)據中獲取信息，促進學生的主動探究，形成有效的解決問題的能力，而且加工和處理數(shù)據的實踐過程，還有利于學生創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)。

例如，在《物質結構與性質》模塊的“共價鍵的類型”教學中，為了使學生理解有關鍵能的數(shù)據，可以設問：“碳碳單鍵和雙鍵的鍵能分別為348 kJ·mol-1和615 kJ·mol-1，從共用電子對數(shù)量看，兩者是1：2，但碳碳雙鍵的鍵能小于碳碳單鍵鍵能的兩倍（615 kJ·mol-1<2×348 kJ·mol-1）。其中的原因是什么呢？”然后引導學生從軌道重疊的方式來解釋。學生意識到碳碳單鍵是碳原子之間通過sp3雜化軌道“頭碰頭”重疊形成的σ鍵，而碳碳雙鍵是碳原子之間通過sp2雜化軌道“頭碰頭”重疊形成一個σ鍵的同時，未雜化的p軌道“肩并肩”形成一個π鍵，兩對共用電子對對應原子軌道的重疊方式是不一樣的；而且由于原子軌道“頭碰頭”比“肩并肩”重疊程度大，形成的σ鍵比π鍵牢固。最后，再拋出問題：“碳碳雙鍵中σ鍵和π鍵的鍵能分別大約是多少？乙烯發(fā)生加成反應時哪個化學鍵發(fā)生斷裂？”這樣，學生在定性感知原子軌道重疊程度與共價鍵強度關系的基礎上，又從定量的角度比較了σ鍵和π鍵的強度，深化了對鍵能概念和碳碳之間單、雙鍵性質的認識。

又如，蘇教版《化學反應原理》教材[2]的“沉淀溶解平衡原理的應用”中指出，“CuSO4溶液中含有Fe3+，可向溶液中加入氫氧化銅或堿式碳酸銅，調節(jié)溶液pH至3～4，鐵離子就會全部轉化為氫氧化鐵除去”。氫氧化鐵在酸性條件下能夠穩(wěn)定存在（沉淀完全）！這與常規(guī)的“酸堿反應”產生認知沖突，學生難以理解。對此，教學中可以告訴學生，在分析化學上，當溶液中離子的濃度小于或等于1.0×10-5 mol·L-1時，就能認為沉淀完全了。然后讓學生根據Fe（OH）3和Cu（OH）2的溶度積分別計算Fe（OH）3完全沉淀時的pH，以及此時產生Cu（OH）2沉淀所需要c（Cu2+）的最小值。

通過理論分析，學生認識到由于Fe（OH）3的溶度積很小，所以OH-只需要很小的濃度就能夠使Fe3+完全沉淀，所以采用調節(jié)溶液pH至3～4的方法可以使Fe3+完全沉淀而Cu2+沒有開始沉淀，可以除去溶液中的Fe3+。通過以上運算，學生進一步熟練了溶度積的相關計算，同時，這些具體的數(shù)據也增加了信息的可信度，更容易理解和接受相關除雜知識。

3 拓展數(shù)據運用價值，優(yōu)化課堂教學設計

教材中所列的某些定量數(shù)據，可能蘊藏著非常豐富的含義，它不僅能說明教材編寫者想說明的問題，而且還能用于其他知識或原理的教學。教學中對這些數(shù)據含義進行適當?shù)耐卣?，并融入相關內容的教學設計之中，能夠充分發(fā)揮數(shù)據真實性和直觀性等特點的作用，促進學生對相關知識或原理的理解，使教學更加貼近學生的思維水平，達到優(yōu)化的教學境界。

教材給出這些數(shù)據的意圖是判斷同一可逆反應在相同溫度、不同起始濃度的情況下，達到平衡時的平衡常數(shù)相同。學生在分析中很容易發(fā)現(xiàn)，生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比值基本相同，得到平均值171即為平衡常數(shù)。進一步推知，對于任一可逆反應，只要溫度相同，達到平衡狀態(tài)時生成物濃度冪之積與反應物濃度冪之積的比值為一定值，該比值為相應溫度下該反應的平衡常數(shù)，從而建立起平衡常數(shù)的概念。由于這些數(shù)據源自科學實驗，具有真實、可信等特點，在“化學平衡的移動”的教學時，還有其獨到的教學價值。教學中，可以先讓學生利用平衡常數(shù)進行簡單計算的知識，計算出每組實驗中反應物的平衡轉化率（見表2）。

表2中的數(shù)據，還可以用來探究反應進行限度的定量表示，進一步判斷某反應是否達到平衡狀態(tài)以及平衡移動的方向。對于教材中類似的數(shù)據，我們要注意挖掘和拓展它們的教育價值，幫助學生揭示、理解和掌握相應的化學知識和原理。

數(shù)據是一種理性的定量表達，真實有效的數(shù)據有極大的權威性和很強的說服力，深度提取其中量化信息，充分利用數(shù)據蘊含的信息，使之更符合學生的認知特征，有利于學生在定性判斷的基礎上增加一些定量感知，同時發(fā)揮數(shù)據對于教學的最大功效。

參考文獻：

[1]王祖浩主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學1[M].南京：江蘇教育出版社，2011：24.

[2]王祖浩主編.普通高中課程標準實驗教科書·物質結構與性質[M].南京：江蘇教育出版社，2012：49.

[3]王祖浩主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學反應原理[M].南京：江蘇教育出版社，2012：48.