中学化学教材中计算题编写的思考，本文主要内容关键词为：教材论文,中学化学论文,算题论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
化学计算是从量的方面来加深学生对化学概念和原理的理解，使他们进一步掌握物质的性质及其变化规律，培养他们计算技能以及分析问题和解决问题的能力。教科书在作为对知识陈述的“教本”向作为学生学习工具的“学本”进行功能性转变的过程中，该如何呈现这部分内容，才能真正实现上述目标？本文在分析了美国《现代化学》教材中计算题编写特点的基础上，从学习心理学的角度对化学教材中计算题的编写提出了我们的看法。
一、解决化学计算题的心理机制
从心理学角度研究问题的解决过程，有助于揭示学生解决化学计算题的思维特征及所运用的知识类型，把握学生解决问题的内部心理机制，从而提出相应的解题思路和方法策略。现代信息加工心理学将问题定义为“给定信息和目标之间有某些障碍需要被克服的刺激情境”。学生在解决一道化学计算题时，从已知到未知的问题空间里，学生将原有化学知识经验结合当前问题的组成成分重新改组、转换或联合，经过目标定向的搜寻，问题空间的认知过程，达到对问题的解决。具体分析，其解题过程可分为四个步骤：问题的表征，设计解题计划，执行解题计划，监控。现以美国《现代化学》教材中的一个例题为例，来分析解决化学计算题的心理机制过程。
例题：光合作用中，植物通过太阳光的能量将二氧化碳和水合成葡萄糖和氧气。化学方程式如下：
问消耗3.00mol水能生成多少克葡萄糖？
四个步骤如下：
1.问题表征
进行问题表征需要解题者具有必需的陈述性知识，也即有关的化学概念和原理的知识，这是进行化学计算的基础。离开了这个基础去进行化学计算，只能是徒劳的“数字游戏”。本题中需要解题者知道“物质的量”“摩尔质量”的涵义，以及在一定条件下，化学反应中反应物和生成物的量的关系，明确已知量（条件）和未知量（目标）及其相互转换，并把问题中的每一陈述转换为解题者内部的心理表征。
2.设计解题计划
这是解决问题的关键所在。计划是在理解了问题的条件和目标后，设计出一套解题方案。解题方案的构建和对总目标的分解总是受解题者的经验、技巧和对总目标的理解、变通能力控制和调节的。本题中可以把问题分解为：
a.找出水和葡萄糖之间物质的量的转换因子
，求生成葡萄糖的物质的量（mol）
这个阶段需要解题者具有相应的解题策略的知识。研究表明，学生解题策略的习得可以通过系统而长期的培养、训练而得到改善。所以，在教学中，要注重对学生进行解题方法和思路的引导，帮助学生掌握有效学习的规则、方法、技巧，使学生获得关于如何解决问题的方式方法的认知策略，同时要经常提醒学生时刻对自己解题、思考过程进行有意识地监控，形成反省认知的策略。
3.执行解题计划
在理解了各相关项的逻辑关系后，解题者可利用数学计算规划进行一系列的数学运算。学生理解了本题中“物质的量、质量、摩尔质量”等这些概念的涵义和各个“量”的关系后，就能进行正确的计算。
4.监控
在问题解决的全过程中，解题者都要对自己的思维过程进行有意识的监控，审核自己所采取的每一步措施。当得出具体答案时，解题者还要检查、验算自己的结果是否合乎题意，与“条件”有无冲突，单位是否正确，有效位数是否恰当等（90.1为三位有效数字）。
二、美国《现代化学》教材中计算题的编写
《现代化学（Modern Chemistry）》是美国著名的高中化学教材，自1918年出版以来，已多次修订，在众多的教材中占有50％的发行量，经过其自身的不断发展，现已成为评价其他化学教材的参照标准。该教材把培养学生的能力以及科学方法与科学态度放在极其重要的地位。在内容的呈现方式上，更是注重过程方法的引导，将策略性知识作为教材内容的一部分编排到课本之中。
如在第一单元《化学与物质》第2章第3节“科学计数法”中，着重编入了解决化学计算题的过程方法。教材中指出“分析解决一个问题需要一定的练习和逻辑的方法”“应给学生提供一个有效分析问题的过程”。然后列出了问题解决的四个步骤，原文如下
1.分析
解决一个计算类问题的第一步是仔细读题，至少阅读两遍，并分析其中所含的信息。注意任何重要的描述性术语和额外的一些信息。确定并列出已知的数据，同时确定未知量——你要求的量。
2.计划
第二步是对要解决的问题做出一定的计划安排。计划应该表明从已知的信息怎样求得未知答案。在这一过程中，应重新阅读题目以确保收集到所有必要的信息。画图在解题中是很有帮助的。如计算某晶体的体积时，你可以画图表示晶体，相应地标出尺度，这样可帮助你更直观地解决问题。
找出你解决问题所需要的转换因子、数学公式、化学定理等。你的计划也许包含简单的计算或一系列不同的转换因子的计算。一旦你弄懂了如何进行后，整理出你要采取的大致框架，有针对性地一步一步解决问题。有时，你需要用到题外的一些数据，如从元素周期表中读取相关的数据。
3.计算
第三步包括用数据和必要的转换因子来替换你制订的计划。在这一阶段，进行数字计算，约去单位，约略答案以使数值有正确的有效位数。在开始计算之前的第二步计划是很重要的。通常出现错误的情况往往是由于解题者还没有真正明白他们下一步该干什么，就开始利用题中的数字进行计算了。
4.评估
检查你的答案是否合理。可利用下面的方法，进行评估。
（1）检查单位是否正确，如不正确，检查一下步骤和转换因子是否正确。
（2）对未知答案做出预计。用简单的约略的数字来做出预计。将预计的数与实际结果作一比较，两者应相近。
（3）检查答案中数量的大小情况。考虑它和题中已给的值相比是否合理。如计算油的密度，所得值为54.9g/mL，你一定知道做错了。油浮在水上，因此它的密度小于水的，计算所得的值一定小于1.0g/mL。
（4）确保所求的答案用正确的有效数字来表达。
教材中紧接着指出“仔细研究下面例题，注意这四个步骤是如何运用的，然后在后面的练习中加以运用”。
教材中以上面的例题为例，具体呈现这四个步骤。在例题之前，先用黑体表明本节的主题：物质的量与质量之间的转换。然后列出计划路线图：
已知物质的量（mol）→未知物质的量（mol）→未知物质的质量（g）
再分析需要的二个转换因子：产物与反应物的物质的量之比和待求物质的摩尔质量。接下来，列出了可视化策略图，如下所示：紧接着，给出了相应例题的具体步骤。
（1）分析 已知：H[，2]O的物质的量=3.00mol
未知：产生的葡萄糖的质量（g）
已知的是水的物质的量，需计算葡萄糖的质量，这时需用到两个转换因子——葡萄糖与水的物质的量之比和葡萄糖的摩尔质量。
（4）评估 答案保留三位有效数字，与已知条件中水的3.00mol有效数字位数一致。约去其他单位保留所需求解的葡萄糖的质量（g）。答案是合理的，数值大约是180的一半。
随后教材中又给出一道类似的例题，也是已知一种物质的物质的量，求未知物的质量，只不过所求未知物是反应物，而不是生成物罢了，以此来加强此类计算题解题思路方法的运用。同时例题后跟有相应的练习题（一般为3～4道题），帮助学生及时巩固迁移。此种类型计算题呈现完毕后，教材中又相继呈现另外的计算类型：“已知物质的质量，求未知物质的物质的量”和“已知物质的质量，求未知物质的质量”，每个类型的例题同样有“计划路线图”“可视化策略图”和四个解题步骤，而且每一类型呈现完毕后，都提供相应的习题，以巩固练习。纵观整章《化学计量学》的编排，可以看出这些例题类型出现的先后顺序，是遵循由易到难，从简到繁，由单一技能练习到综合技能训练的认识规律的，循序渐进地使学生通过解题思路方法的训练，逐步学会分析解决有关的化学计算题。
从上述分析中可以看出，美国《现代化学》教材非常注重心理学研究成果对教材编写方法的指导作用，教材中强调的四个解题步骤“分析、计划、计算、评估”分别对应于学生问题解决过程中的“问题表征、设计解题计划、执行解题计划、监控”。学生问题解决的过程与教材中所编排的解题的四个步骤相吻合，易于学生形成思路，把握方法，培养学生解决计算类化学问题的能力和科学的思维方式，经过长期的这种问题解决过程的策略教学，“可使一个新手转变成一个高效准确地解决问题的专家”。
三、思考与启示
为评价学生对化学知识的理解程度以及运用化学知识解决问题的能力，通常在化学测试中都会设置一定数量的化学计算题。然而多年的实践表明，学生在化学计算题中往往失分较多。学生平时花费了大量的时间，去完成各种各样的计算题，但效果却不令人满意，这不能不引起我们对这一问题的深思。
要解决一个化学计算题，需要解题者具有相应的化学知识基础、解题的思路方法和解题的动机与欲望三方面的条件。试卷分析表明，学生计算题的失分主要原因是缺乏必要的解题思路和解题方法。为什么会出现这种情况呢？我们知道，教学过程是由学生、教师、教学内容、教学手段等要素构成的系统活动，各个要素之间的矛盾都会影响学生对知识、技能的习得，但学生和教学内容间的矛盾是教学过程中的主要矛盾。因此，对当前学生化学计算能力较差的状况，作为呈现教学内容的教材有着不可推卸的责任。
反思我国中学化学教材在计算题编写方面的问题，可归结为以下几种情况：（1）例题以及教材中的其他习题都没有呈现解题的策略性知识，只是将列式及答案告诉学生；（2）例题中简短的分析，也只是知识内容的陈述，在解题过程中和教材其他地方没有提供解题方法思路的知识；（3）习题难度跨度较大，没有一定的层次性，缺乏系统的编排。
因此，应借鉴国外教材中化学计算题的科学的编排方法，改变我们现有教材中化学计算题的“陈述式”呈现方式。要按照学生解决化学计算题的心理机制进行编写，而不是简单的“设、解、答”。在例题前及解题过程中应编入有关的解题方法、思路等策略性知识，正确引导学生解决化学计算题。学生运用这些策略性知识，会逐步体验到如何认识和解决一个化学计算题。尝试成功后的学生将会逐渐意识到方法策略的“统率”作用，会在不同的情境中，将所学的方法进行迁移运用，促进自己分析和解决问题能力的发展。这样的教学才真正达到“授之以渔”的效果。