数学思想在高中化学教学中的应用
陈冲
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陈冲,. 数学思想在高中化学教学中的应用[J]. 应用化学学报,2023.6. DOI:10.12721/ccn.2023.167259.
摘要: 数学思想比较贴近学生的生活,引导学生感受研究对象变化的变量,通过极端假设的方式对理想极限化状况进行分析,从而将复杂的问题变得简单。而教师在高中化学教学中渗透数学思想,可以巩固学生的知识掌握情况,提高学生的理性认知,从而提升高中化学教学的有效性。数学思想在高中化学解题中起着举足轻重的作用,运用数学思想解决化学问题,既可使化学内容数学化,又可提高解题效率。
关键词: 数学思想;高中化学教学;创新思维理念
DOI:10.12721/ccn.2023.167259
基金资助:

教育事业的革新,使高中化学教学形式与内容不断变化,教师应适应新时期的教育发展目标,调整教学方法,打造适合高中生学习的化学课堂。但是,在高中化学教学中,运用数学思想,可以帮助学生解决化学问题,帮助学生将所学知识内化,从而加强学生思维能力的培养。随着教育改革的深入和进程的加速,各种新的教学观念也随之出现。数学极限思想指的是运用极限概念和数学思想,对较难理解的数学问题进行分析和解决的一种思维方式,它是近代数学领域中比较重要的一种思维模式。

一、中学化学教学中运用数学思想的意义

高中生已经拥有一定化学基础知识,虽然他们已经形成了自己做题时固有的思维模式,但是不同学生的思维能力各不相同,他们对于抽象的化学概念和化学反应的理解能力也存在差异。只有很少一部分学生能够明白教师的用意。这样的话,化学课堂上没有老师和学生之间的互动,就会显得枯燥乏味。在这种情况下,将数学数学思想模式引入到化学课堂上,就可以巧妙地调动起课堂上的学术氛围。比如在必修一课上,如果老师直接讲解“丁达尔效应”,比如“丁达尔效应”是指光线照射在颗粒上,颗粒会被反射。传统的教学方法无法给学生以直观的认识。如果运用数学思想,让学生想象太阳落山,整个世界都陷入了一片黑暗之中,那么当一道平行的光线刺破黑暗的时候,就会出现一根昏暗而明亮的光柱,这就是丁达尔效应。这样,原本抽象的化学现象也被具象化了,学生可以对化学知识有很好的理解,这对调动学生在课堂上的学习氛围有很大帮助,将学生被动接受转变为主动思考,充分调动了学生的学习兴趣。

二、数学思想在高中化学教学中的应用策略

(一)用数学思想构建化学定律

课堂教学是实现化学课程目标、实现化学课程内容、实现化学课程目标的重要途径。如何提高课堂教学的时效性,提高学生的素质修养,已成为每一位化学教育工作者所面临并迫切需要思考的课题。在建构某些化学知识的时候,可以应用极限思想来剖析核心概念、推导化学规律、开展实验分析,从而加深学生对知识的理解,形成系统认知,掌握科学原理,打造高效课堂。

(1)运用数学思想对核心概念的剖析,深化对知识的认识

学生对学科概念的理解程度,在很大程度上决定了他们的学习目标是否能够达到,国内外科学教育标准都将培养学生对科学核心概念的理解能力作为达到科学素养宗旨的主要途径。例如,关于化学平衡的知识具有一个抽象的概念,它的内涵非常丰富,它包括了宏观现象和微观粒子的运动、构建化学平衡常数模型、运用平衡原理分析各种因素对平衡移动的影响等诸多内容。在实际学习的过程中,学生很容易产生相异的想法,这直接影响到他们对平衡概念的理解。运用数学思想,可以加深对化学平衡概念的认识,明晰平衡运动的“限度”与“方向”,体会变化的概念与平衡的内涵。

(2)运用数学思想推演化学规律,以形成系统的认识.

化学规律教学不仅包括向学生传授化学知识,而且还包括培养学生的化学思维能力。化学变化是一种复杂的过程,其背后隐藏着一些化学本质和规律,学生往往只知其然不知其所以然。如果将极限思想巧妙地结合起来,推导出化学规律,往往可以忽略次要因素,突出主要因素,从而使研究对象或过程变得简单,从而增强学生对规律的理解认识,最终形成系统认知。

(二)运用数学思想培养学生的思维能力

尽管高中化学学习并不是学生第一次接触化学科目,但也不能忽视化学基础知识的重要性。在初中的时候,所学到的化学概念和化学反应的基本方程式,对学生来说并不是什么新鲜事,但这也是高中老师们要让学生们牢牢掌握的化学基础。在这一讲解的过程中,教师可以合理地运用数学思想,引导学生在很好地抓住化学概念和现象的情况下,凭借数学思想来解决问题。假定一种化学反应是不可逆的,以此为前提,将其反应现象推到极限,再看反应后衍生出的化学产物的极限数值,此时让学生推断出该化学反应的合理性。

(三)运用数学思想剖析核心概念,深化对知识的认识

学生对学科概念的理解程度,在很大程度上决定了他们的学习目标是否能够达到,国内外科学教育标准都将培养学生对科学核心概念的理解能力作为达到科学素养宗旨的主要途径。例如,关于化学平衡的知识具有一个抽象的概念,它的内涵非常丰富,它包括了宏观现象和微观粒子的运动、构建化学平衡常数模型、运用平衡原理分析各种因素对平衡移动的影响等诸多内容。在实际学习的过程中,学生很容易产生相异的想法,这直接影响到他们对平衡概念的理解。

例题一对“化学平衡”概念的理解

【步骤一】以限制的思想来认识化学平衡的“可逆性”,也就是“不为零”的原理。

化学平衡的一个特性是可逆性。当反应到达平衡态时,无论什么条件,都必须处于反应物与生成物共存的状态,且每种物质的数量不可能为零,这就是“不为零”的原理。了解了这个原理,就可以用极限的思想来考虑确定一定的范围,选取适当的数量。首先假定反应是不可逆的,并通过两个极限情况下的正、反向完全反应来确定反应产物与生成产物的数量极点和数量范围。尽管这一极值点是不可能达到的,但它有助于学生对化学平衡“可逆性”这一概念有理论上的认识。可逆反应的初始量被推入正向极限与逆向极限状态,各物质物质的量的取值范围会根据外部条件的不同在零和最大值之间变化。

【步骤二】以限制的思想来理解化学平衡的“方向性”,也就是所谓的“一边倒”原理。

在化学平衡中,在其他条件相同的情况下,可逆反应如果想达到相同的平衡状态,可以从反应物正向开始,也可以从生成物逆向开始,也可以从既有反应物又有生成物的情况开始。在此基础上,本项目提出了一种“一边倒”的方法,即将同一可逆反应中不同的起始反应或产物的极限转化为同一条边,并将其转化为同一种反应,并将其归结为一种反应。在恒温恒容的条件下,在相同的可逆反应中,所有物质的初始量都按照化学计量关系,转化成相同一半的物质,在这三种情况下所建立的平衡是等价的。

结语:总而言之,数学数学思想是很好的条件。此外,数学思想在化学教学中的应用,也显示出了量变和质变、变量和常量、有限与无限之间的联系,从而显示出化学的灵活性、应用性和多变性。面对这种情况,身为一名高中化学教师,应该明白数学极限思想运用的意义和价值,并引导学生提炼出自己的极限思想,以此来拓展学生的思维广度和深度,为学生未来的发展奠定良好的基础,从而提升化学教学的效果。

参考文献:

[1]张乾丰,刘玉荣,来俊军. 数学极限思想在高中化学教学中的应用[J]. 化学教学,2021(5):85-90.

[2]赵娜. 数学思想在高中化学教学中的应用[J]. 科教导刊-电子版(中旬),2018(5):92.

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