對物質(zhì)的量及其單位教學(xué)環(huán)節(jié)的探索

摘 要： 本文對物質(zhì)的量引入的方式及摩爾質(zhì)量與相對式量關(guān)系的講解教學(xué)環(huán)節(jié)進行了探討。

關(guān)鍵詞： 物質(zhì)的量 物理量的創(chuàng)設(shè) 比例法 高中化學(xué)教學(xué)

物質(zhì)的量是高中化學(xué)中一個很重要的基本概念，它是摩爾質(zhì)量、摩爾體積、物質(zhì)的量濃度、平均摩爾質(zhì)量等概念的母體。從純化學(xué)知識點上看，它是貫穿整個高中化學(xué)計算的靈魂。從生活生產(chǎn)中看，它廣泛地應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中；它的重要性是不言而喻的，而新教材的編寫又把這部分內(nèi)容放在了第一章第二節(jié)，對于這時期學(xué)生的學(xué)情來說，他們的化學(xué)知識總體較淺，沒有豐富的元素化合物知識，對微觀世界的認識只是停留在簡單的原子、分子構(gòu)成層面上。客觀從化學(xué)知識結(jié)構(gòu)角度上說，此時引入物質(zhì)的量的概念有點早，對學(xué)生來說是一個巨大挑戰(zhàn)。如何由淺入深、循序漸進地講解；如何合理地分化難點是擺在化學(xué)教師面前的一個重要任務(wù)。如果學(xué)生一開始在這里沒學(xué)好，就會對學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)造成心理障礙，產(chǎn)生畏難情緒，對以后學(xué)習(xí)化學(xué)產(chǎn)生嚴重的影響。針對以上問題我對物質(zhì)的量的教學(xué)談?wù)勑牡皿w會。

一

首先，對教材中物質(zhì)的量的引出我有不同的看法。先看物質(zhì)的量引出的兩個范例。

范例1：

[引出基本概念] 18克水可以用托盤天平稱量，但1個水分子卻無法稱；1把大米可以稱量，1粒大米卻無法稱，但1粒大米質(zhì)量可以計算，同理，1個水分子的質(zhì)量也可以計算，通過物質(zhì)的量進行換算。科學(xué)上用“物質(zhì)的量”這個物理量把一定數(shù)目的原子、分 子或離子等微觀粒子與可稱量的物質(zhì)聯(lián)系起來。

范例2：

[教學(xué)過程設(shè)計]

[引言]

同學(xué)們，我這里有一杯水。請問，我們可以通過哪些物理量來描述有多少水呢？請同學(xué)們從多角度來分析。

[生]展開分析討論。質(zhì)量，體積，水分子的個數(shù)……

[師]引導(dǎo)學(xué)生回答，水的質(zhì)量可以用天平稱量，水的體積可以用量筒來量取。那么水分子的個數(shù)呢？可以直接用儀器測量嗎？如果不能直接測量，那么我們怎樣才能知道這杯水中含有多少個水分子呢？

[激思]請同學(xué)們相互討論設(shè)計解決問題的方案。

[學(xué)生討論，提出研究方案]不能直接用儀器測量，但如果已知一個水分子的質(zhì)量就可以通過計算求出一定質(zhì)量的水中所含水分子的個數(shù)。

[師生評價] 同學(xué)們提出的方案很好，下面我們就來完成。

[投影]我們由以下幾個物理量來描述燒杯中水的多少：

[學(xué)生練習(xí)]略

[師]我們注意到，我們是用已知的水分子的質(zhì)量來計算的，那么，我們在實驗室中能否稱出一個水分子的質(zhì)量呢？其他的微觀粒子也是如此，那么如果沒有已知一個微粒的質(zhì)量，我們又能不能知道一定質(zhì)量的物質(zhì)中含有的微粒數(shù)目呢？宏觀質(zhì)量與微粒數(shù)目之間到底有什么樣的聯(lián)系呢？大家和我一起學(xué)了今天的內(nèi)容后就會知道了……

以上兩個范例引出物質(zhì)的量的概念手法雖然繁簡有別，但本質(zhì)是一樣的，都是從為什么要創(chuàng)設(shè)“物質(zhì)的量”為知識背景引入。這是學(xué)習(xí)一個新物理量正常思維方式，徹底理解一個物理量在自然科學(xué)研究領(lǐng)域或生活領(lǐng)域中的創(chuàng)設(shè)需求，就等同于掌握這個物理量的根源，學(xué)起來就會很輕松。有的物理量創(chuàng)設(shè)非常貼近我們的生活，如 “速度” “長度”和“體積”等物理量，這些物理量只要一提出來，學(xué)生很快就會理解為什么要創(chuàng)設(shè)它們。但與上述物理量相比，物質(zhì)的量的創(chuàng)設(shè)需求卻非常深奧：它是聯(lián)系宏觀與微觀粒子的橋梁，表面上是計量微觀粒子的多少，實際上是通過這種計量方式達到微觀粒子數(shù)與宏觀物質(zhì)的質(zhì)量建立聯(lián)系的目的。這是化學(xué)學(xué)科發(fā)展到一定程度才意識到的一個需求。如果一開始就這樣給學(xué)生講其引入背景，學(xué)生就會“丈二和尚——摸不著頭腦”，根本不會理解其本意。所以每每這樣講起來總覺得不是很順。那么，如何處理這個環(huán)節(jié)呢？

根據(jù)知識認知的螺旋上升性，我認為物質(zhì)的量的第一個課時先不要急于把物質(zhì)的量的引出與物質(zhì)質(zhì)量聯(lián)系起來，僅僅把它作為一個統(tǒng)計微觀粒子的數(shù)目為目的的物理量出現(xiàn)，就會降低物質(zhì)的量的學(xué)習(xí)難度，使學(xué)生更易接受；等學(xué)習(xí)完了摩爾質(zhì)量之后，明白物質(zhì)的量與物質(zhì)質(zhì)量的關(guān)系，在此時教師稍加引導(dǎo)，學(xué)生自然就會領(lǐng)悟到物質(zhì)的量創(chuàng)設(shè)的真實需求：物質(zhì)的量不僅僅是一個統(tǒng)計微觀粒子數(shù)目的集體，更是聯(lián)系微觀粒子數(shù)與宏觀物質(zhì)的質(zhì)量的橋梁。我講解的一個范例如下。

范例3：

[教學(xué)過程設(shè)計]

[引言]

同學(xué)們，我們今天學(xué)習(xí)第一章第二節(jié)：化學(xué)計量在實驗中的應(yīng)用。

“計量”是我們常用的詞，什么需要計量呢？我們仔細想一想，每一種計量方式都是針對一個物理量而提出。如：速度、時間、長度等它們都是物理量，都需要用特定的方式去計量。但每個物理量的提出都會涉及科學(xué)研究領(lǐng)域或生產(chǎn)實踐領(lǐng)域中遇到的問題。如要研究機械運動時要描述物體移動的快慢便產(chǎn)生了“速度”這個物理量、要研究物體的長短及所占空間的大小便產(chǎn)生了“長度”及“體積”等物理量。我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了許多物理量及其計量方式，它們能用來解決我們身邊的許多問題。今天為什么又要提出“化學(xué)計量”在實驗中的應(yīng)用呢？

我們首先要了解在化學(xué)實驗研究上遇上什么需要計量的問題。化學(xué)學(xué)科的定義中可知道從物質(zhì)組成上認知物質(zhì)是化學(xué)的一個重要內(nèi)容，任何一個肉眼能看到的宏觀物質(zhì)，從組成上說都是由許許多多看不見的微觀粒子聚集而成。我們能見到的一滴水，是由很多水分子聚集而成，到底有多少水分子呢？要不要計量呢？要計量是肯定的，但如何計量？如用常規(guī)的計量方式表示，它們大概有15萬億個水分子。顯而易見這種計量方式是很繁瑣的。對于像水分子一樣粒子很多，它們的特征是體積小、質(zhì)量小、數(shù)量又很龐大，我們采取什么方式來計呢？通過我們今天學(xué)習(xí)我們就徹底知道了……

以上的開頭并沒有提出質(zhì)量與物質(zhì)的量有關(guān)聯(lián)，把物質(zhì)的量引出僅僅限定在解決計量微觀粒子的多少的范圍之內(nèi)，學(xué)生就不難理解用阿伏伽德羅常數(shù)為一個單位計量微觀粒子的方式。至于接下來如何進一步講清楚物質(zhì)的量這個概念，我就不再贅述了。

二

其次，對課本上摩爾質(zhì)量的講解我也提出不同的看法。一般情況下對摩爾質(zhì)量的講解是先給出一些原子、離子和分子的真實質(zhì)量，然后讓學(xué)生分別計算出它們1摩爾的質(zhì)量是多少，從而讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)1摩爾任何物質(zhì)的質(zhì)量（以克為計）在數(shù)值上等于它們的化學(xué)式量。基本形式如下：

范例1：

填寫下面的表格，看是否可以從這些數(shù)據(jù)中得出有用的結(jié)論。

結(jié)論：

[歸納]一、摩爾質(zhì)量

這樣處理給學(xué)生的感覺只是對上述的結(jié)果感到驚訝、覺得很神奇；然而老師沒有繼續(xù)講出這種神奇的結(jié)果與物質(zhì)的量的單位摩爾設(shè)定的必然聯(lián)系。讓學(xué)生只是在神奇的感覺中接受了它、使用了它。我覺得這恰恰抹殺了科學(xué)家苦心創(chuàng)設(shè)物質(zhì)的量及巧妙設(shè)置其單位的大智慧，使學(xué)生無法真正地理解阿伏伽德羅常數(shù)的規(guī)定，失去了一個化學(xué)史教育的大好時機。

那么，如何突破這一難點呢？下面就是我創(chuàng)意的一個范例。

范例2：

[教學(xué)過程設(shè)計]

[引言]

同學(xué)們，我們上節(jié)課學(xué)習(xí)了一個新的物理量——物質(zhì)的量，學(xué)習(xí)了它的單位。請一位同學(xué)回答物質(zhì)的量的單位摩爾是如何規(guī)定的？

學(xué)生回答：略。

我們先看看用下面比例法的推導(dǎo)：

從上面的推導(dǎo)中不難看出：1摩爾鐵原子的質(zhì)量如果以克為計在數(shù)值上必然等于鐵的相對原子質(zhì)量（56）、我們也不難以此方法為基礎(chǔ)推出：1摩爾任何物質(zhì)的質(zhì)量如果以克為計在數(shù)值上恰好等于其式量。

[歸納] 一、摩爾質(zhì)量

到此，讓學(xué)生終于明白了科學(xué)家對阿伏伽德羅常數(shù)的規(guī)定起到了一石二鳥的作用，體會到科學(xué)家如此規(guī)定顯示出來的大智慧；它不僅僅解決了物質(zhì)的量的單位問題，最主要的是把物質(zhì)的量與物質(zhì)的質(zhì)量相關(guān)聯(lián)；讓學(xué)生很自然地理解出物質(zhì)的量不僅僅是一個統(tǒng)計微觀粒子數(shù)目的集體，更是聯(lián)系微觀粒子數(shù)與宏觀物質(zhì)的質(zhì)量的橋梁。