对阿伏加德罗常数的三点思考，本文主要内容关键词为：常数论文,三点论文,对阿论文,伏加德论文，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。
物质的量这一基本物理量成为高中化学计算的拦路虎，但是它又是高中化学计算的敲门砖。使学生了解引进物质的量的重要性和必要性，正确理解此概念的内涵及使用该物理量进行计算，掌握物质的量、质量、摩尔质量之间的内在联系并能熟练进行相关计算，为高中化学计算打下坚实基础，这是我们的教学目标。但是在实施教学中，物质的量、物质的量单位摩尔以及它的标准如何规定，学生难以理解，笔者在教学中对阿伏加德罗常数有以下三点思考。
一、对阿伏加德罗常数引出的思考
在准备“物质的量”一课时，笔者参考了这样的教学设计，即从学生熟知的氢气和氯气反应生成氯化氢的化学方程式出发，分别从微观粒子、宏观物质两个角度，让学生发现问题，提出假设，并提出验证方案，从而引出物质的量。再讲述科学上的规定方法，以
中含有的碳原子数目为标准，给出1个
原子的质量为
，计算出近似值
，让学生接受这一标准，从而引出阿伏加德罗常数，并说明了二者的关系犹如数学中的圆周率π与3.14的关系，即精确值与近似值的关系。该课导课部分避免了教师直接讲述这些概念的定义、单位及使用方法。运用推导方法，由已知的物理量及化学计算方法，推出摩尔、阿伏加德罗常数等概念，增强了它们的内在联系，[1]此法不失为一种好方法。
但在引出阿伏加德罗常数时，笔者有一疑问：原子、分子等微粒的质量都很小，难以直接进行称量，那么1个原子的质量是如何称量出来的呢？若用此法在课堂上计算阿伏加德罗常数的近似值，善于思考的学生可能会提出这样的疑问，老师该如何作答呢，总不能说用阿伏加德罗常数算出来的吧。而阿伏加德罗常数又可由单分子油膜法、布朗运动法等法来测定。这让我想到了“是先有鸡还是先有蛋”这个令人困惑的哲学问题。
为此笔者查阅了相关资料：1960～1961年，国际物理学会和化学学会采纳德国质谱学家马陶赫的建议，选择作为原子量测定的新标准。认为具有12.000个原子质量单位，原子量为12。现代测定原子量的方法主要有以下几种：
1.利用核反应的能量守恒求取
在核反应中反应前后能量守恒，能量和质量之间有爱因斯坦质能关系
。例如中子的质量通常就是这样求得的。
2.利用原子发射光谱中的超精细结构测定
原子可以发射光谱，光谱之于原子就如同指纹之于人，每种原子都有自己的特征光谱。光谱记录呈现若干个独立的峰，用高分辨能力的光谱仪器观察这些峰，它们并非单峰，而是若干个波长很近的峰叠加在一起而成，这若干个小峰称为光谱的超精细结构。小峰与小峰之间的波长差决定于原子的质量，通过对小峰之间的波长差的测量，可以推算出原子的质量。
3.质谱法
测量精度可达
克。它利用“质谱仪” (mass spectrometer)测量微粒的质量。质谱仪的工作原理是通过带电微粒在电磁场中的运动规律来得到微粒的质量。带电粒子在电场中受到库仑力，在磁场中受到洛仑兹力。由于力的作用，微粒具有加速度，以及与加速度对应的运动轨迹。通过对微粒运动情况的研究，可以测定微粒的质量。
此时笔者又有一个疑问：元素周期律1869年建立，电子1897年发现，原子核1911年发现，而原子及原子量概念的出现都比这些早，那么以前是如何测定原子量的呢？带着这个问题，我查阅了大量信息和资料，获知以前无非是采用相对原子量的概念，根本无法给出具体的质量。相对原子量是通过化合物中不同元素的原子数比来确定的。
如此，前述引出阿伏加德罗常数的方法是可行的，但笔者认为这样解释起来比较吃力，因此在教学中我回避了这种引课，直截了当地告诉学生：中含有的原子数为阿伏加德罗常数，含阿伏加德罗常数个微粒的集合体为1mol。在教学中尽量给学生一种感觉：物质的量不过是表示数目微粒集合体的物理量，与质量、长度一样有规定标准。这样引出阿伏加德罗常数，让学生联系旧知识，优化课堂认知结构。
二、对阿伏加德罗常数教与学的思考
如何理解阿伏加德罗常数，笔者在上高中时有亲身体会，即便是老师把阿伏加德罗常数带着所有的0写下来，它的庞大也未能引起学生多大反应，学生心理上未曾得到这一数字庞大性的介绍，所以无法想象它到底有多大。
笔者发现让学生领会阿伏加德罗常数个微粒的巨大概念较好的方法就是通过计算，计算方法包括数完阿伏加德罗常数需时多长，或者需人多少。我把阿伏加德罗常数作为微粒的一个标准量度介绍给学生。我问学生一个人每秒钟数一粒沙粒，每天数二十四小时，那么一辈子可以数多少粒？（假设一辈子可以活80年，一年按365天计）结果是
粒沙粒。我接着问如果现在地球上每个人（大约60亿）都以这种速度来数沙粒，那么一辈子可以数多少？结果是
粒沙粒，这个数字大约是阿伏加德罗常数的
倍。
我让学生对这个庞大的数字继续探究。人类起源于200万年以前，“如果一个人从那时起开始以这种速度数沙粒，那么到现在为止已经数了多少粒了？”答案是
粒。“一个人以此速度来数阿伏加德罗常数粒沙子需用多少年？”结果是
年！这个数字是地球年龄（大约46亿年）的 400多万倍，是宇宙年龄（约140亿年）的100多万倍。至此学生在心理上接受了阿伏加德罗常数庞大的概念。
三、对阿伏加德罗常数理解的思考
在教学中我参考了另两套教材：人教版、鲁科版。人教版化学教材必修1把阿伏加德罗常数作为一个物理量。可是现在的练习册以及一些考题，仍常出现“每摩物质含有阿伏加德罗常数个微粒”以及类似的叙述（类似的例子还有5mol 
，含有的 分子数为
等）。在相关叙述中，把阿伏加德罗常数当成一个“常数”而不是一个“物理量”。照字面理解，阿伏加德罗常数是一个常数，可是现行教材把它作为一个物理量，并且在有些习题和考题中，这句话常常出现在判断题中，并被认为是正确的。
笔者把这一疑问反映到人教版化学室，编辑回复人教版教材（包括现行高中和高中新课标教材）中均将阿伏加德罗常数作为一个物理量，符号为
，数值为，单位为
。练习册和考试题中常出现的说法：“每摩物质含有阿伏加德罗常数个微粒”以及类似的叙述，把阿伏加德罗常数当成一个“常数”而不是一个“物理量”来对待，严格地讲是错误的。
课后在教学反思中我这样写道：阿伏加德罗常数是物理量还是常数？常数很好理解，物理量该如何理解呢？作为一个“物理量”它的物理意义何在？物理量应有数值和单位，阿伏加德罗常数都符合，为此笔者查阅了有关资料，获知万有引力常数也是物理量，还有诸如普朗克常数
、摩尔气体常数R(8.3144J/(mol.K))、真空中的介电常数
等许多物理常数也是物理量。
这些问题笔者在上高中时不曾去想，多次教高一化学也没认真钻研教材，没有发现这些问题。人们常说老师给学生一碗水，自己要有一桶水。在新形势下，教师的知识结构须不断更新，与时俱进，许多新的知识、新的规律有待我们去学习和掌握。
笔者认为站在编者的角度钻研教材，了解编排体系，理解编者意图，才能居高临下地把握教材。其次读懂教材是备好课的前提，只有深入透彻地理解教材才能准确无误地传授知识、渗透意识。最后整理出教学反思，笔者对阿伏加德罗常数的几点思考就是源于教学反思，即使是一位很高明的教师，写出了一份最好的教案，在被付诸实践后，总会出现一些意想不到的问题。因为教学对象、教学环境、教学即兴体验总是不断变化着的，有些问题很难准确预料，尤其青年教师更是如此。教学反思能及时地将教学过程中出现的新问题、教学心得、本节课的即时效果和可持续性的教学效应补充在教案中[2]。这样，既有了对本节课的正确评价，又为下节平行班的教学甚至下一轮的教学提供了一份感性和理性相结合的第一手资料，还可以防止某些教学失误的重复出现。
一言以蔽之，多自我反思、认真钻研、敢于质疑，这也是教师自我完善和提高的重要手段。