淺談化學(xué)與數(shù)學(xué)的學(xué)科交叉實(shí)踐體驗(yàn)

淺談化學(xué)與數(shù)學(xué)的學(xué)科交叉實(shí)踐體驗(yàn)摘要：化學(xué)不僅與數(shù)學(xué)有著密切的聯(lián)系，與物理、生物、地理、歷史、哲學(xué)等學(xué)科也是密不可分的。在多學(xué)科相互交織的背景下，作為教育工作者，需要引導(dǎo)學(xué)生多方面獲取知識(shí)，使學(xué)生自身的科學(xué)知識(shí)體系全面發(fā)展，從而更好地適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)的需要。本文通過(guò)梳理“集合知識(shí)、數(shù)軸、十字交叉法、數(shù)形結(jié)合”等數(shù)學(xué)思想在化學(xué)教學(xué)中整合運(yùn)用的實(shí)踐案例，闡述恰當(dāng)?shù)卦趯W(xué)科教學(xué)中滲透學(xué)科交叉理念，巧妙地利用其他學(xué)科的教學(xué)思想，有助于建構(gòu)化學(xué)知識(shí)體系，能更好地為學(xué)習(xí)化學(xué)服務(wù)。關(guān)鍵字：學(xué)科交叉化學(xué)教學(xué)數(shù)學(xué)思想“學(xué)科交叉”首先碰到的就是“學(xué)科”這個(gè)概念，以1993年中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社出版的《中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)科分類與代碼》中第1頁(yè)的一句話來(lái)定義：學(xué)科是相對(duì)獨(dú)立的知識(shí)體系。”其次是“學(xué)科交叉”的界定，它指的是兩門(mén)或多門(mén)學(xué)科之間相互合作，為了同一個(gè)目標(biāo)而進(jìn)行的學(xué)術(shù)活動(dòng)。學(xué)科交叉的項(xiàng)目通常來(lái)源于對(duì)單一學(xué)科無(wú)法或者無(wú)意解決的某些重要問(wèn)題進(jìn)行研究的認(rèn)識(shí)。基于這些概念，在教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)該考慮學(xué)生原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)（即在某個(gè)學(xué)科已經(jīng)學(xué)習(xí)的知識(shí)），把學(xué)科之間交叉的內(nèi)容重新整合，運(yùn)用到化學(xué)學(xué)科新知識(shí)的教學(xué)中，從而更好地促進(jìn)新舊知識(shí)間的密切聯(lián)系，這樣就符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，學(xué)生也能更有效地理解和掌握新知識(shí)。為此，筆者思考并整理了自己在化學(xué)教學(xué)過(guò)程中使用的數(shù)學(xué)學(xué)科交叉的實(shí)踐體驗(yàn)，以期進(jìn)一步提高教學(xué)有效性。一、集合知識(shí)在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用學(xué)生進(jìn)入高中學(xué)習(xí)階段,第一個(gè)接觸到的數(shù)學(xué)知識(shí)就是集合知識(shí)，集合知識(shí)對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō),印象深刻。《氧化還原》是高中化學(xué)第二章,如何將氧化還原反應(yīng)與初中學(xué)過(guò)的各種反應(yīng)聯(lián)系起來(lái)，這對(duì)做好初、高中知識(shí)的銜接起著很重要的作用。如果將集合中的“文氏圖”理念與化學(xué)反應(yīng)結(jié)合起來(lái),不僅加強(qiáng)了學(xué)科之間的聯(lián)系，而且使學(xué)生活學(xué)活用，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為今后學(xué)習(xí)化學(xué)打下了基礎(chǔ)。從右圖中我們可看出，置換反應(yīng)一定是氧化還原反應(yīng)，化合反應(yīng)、分解反應(yīng)有些是氧化還原反應(yīng)，有些是非氧化還原反應(yīng),復(fù)分解反應(yīng)一定不是氧化還原反應(yīng)。集合還可用于有機(jī)物概念的理解，如：在講解芳香族化合物、芳香烴、苯的同系物、烴等概念時(shí)，只要與并集、交集等知識(shí)結(jié)合起來(lái)，學(xué)生就很容易掌握它們之間的關(guān)系，不至于混淆。二、數(shù)軸在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用數(shù)軸上的點(diǎn)和實(shí)數(shù)一一對(duì)應(yīng),利用數(shù)軸可以將難理解、難記憶的化學(xué)知識(shí)歸納、總結(jié)，便于學(xué)生理解、記憶。數(shù)軸的巧妙應(yīng)用,可使解較多，而逐一分析可能會(huì)漏解、錯(cuò)解的化學(xué)解析題一目了然。分析下列兩個(gè)反應(yīng)：當(dāng)H2S和O2按不同比例混合時(shí)的氧化產(chǎn)物？氧化產(chǎn)物數(shù)軸還可用于NaOH與CO2等由于反應(yīng)物量不同而引起產(chǎn)物不同的討論。三、十字交叉法在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用十字交叉法是巧解二元混合物的問(wèn)題的一種常見(jiàn)有效方法，推導(dǎo)過(guò)程如下:形如:ax+by=c(x+y)的二元一次方程，求x:y的值。做以下變形:ax+by=cx+cy(c－a)x=(b－c)yx/y=(b－c)/(c－a)簡(jiǎn)化為:x:a﹨↗c－bcy:b∕↘a－c即x/y=(b－c)/(c－a)根據(jù)十字交叉法的數(shù)學(xué)簡(jiǎn)化模型可以用于化學(xué)教學(xué)中關(guān)于兩組分混合物(或多組分混合物，但其中若干種有確定的物質(zhì)的量比，因而可以看做兩組分的混合物)，求算混合物中關(guān)于組分的某個(gè)化學(xué)量(微粒數(shù)、質(zhì)量、氣體體積等)的比值或百分含量。形式如下：混合成分之一已知值﹨↗差值1混合物已知平均值混合成分之二已知值∕↘差值2得:混合物成分之一/混合物成分之二=差值1/差值2例如：已知自然界中銥有兩種質(zhì)量數(shù)，分別為191和193的同位素，而銥元素的相對(duì)原子質(zhì)量為192.72，求原子個(gè)數(shù)比？191﹨↗0.28192.72193∕↘1.72原子個(gè)數(shù)比=0.28/1.72=7/43四、數(shù)形結(jié)合在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用數(shù)形結(jié)合思想是數(shù)學(xué)思想的精髓之一是知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力的杠桿。數(shù)形結(jié)合的思想可以使某些抽象的問(wèn)題直觀化、生動(dòng)化，能夠變抽象思維為形象思維,有助于把握問(wèn)題的本質(zhì)。比如在化學(xué)平衡教學(xué)中，單純以文字來(lái)解釋，學(xué)生不能完全了理解，如果邊講邊匹配速率—時(shí)間圖，就可以起到事半功倍的作用。下面以合成氨為例來(lái)說(shuō)明化學(xué)平衡的建立過(guò)程：開(kāi)始：只加入N2和NH3瞬間之后：>一定時(shí)間后：除此之外，數(shù)形結(jié)合的思想還可以運(yùn)用于鋁的化合物性質(zhì)、溶解度曲線、pH變化曲線、晶體的結(jié)構(gòu)等知識(shí)的教學(xué)中。五、數(shù)字巧算在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用化學(xué)教學(xué)中也處處蘊(yùn)藏著數(shù)字的靈活運(yùn)算，比如同位素之間組合形成新物質(zhì)的種類：如1H、2H、3H與16O、18O形成分子的摩爾質(zhì)量有幾種？很多學(xué)生根據(jù)數(shù)學(xué)上排列組合來(lái)求算，可是這樣剛好產(chǎn)生誤導(dǎo)。因?yàn)槠渲羞€有兩種情況的摩爾質(zhì)量相等，所以在運(yùn)用時(shí)一定要注意減去相等的數(shù)。也可以用其他數(shù)學(xué)方法解決，算出最大值與最小值，它們之間的整數(shù)個(gè)數(shù)就是答案。化學(xué)不僅與數(shù)學(xué)有著密切的聯(lián)系，與物理、生物、地理、歷史、哲學(xué)等學(xué)科也是密不可分的。在多學(xué)科相互交織的大背景下，作為化學(xué)教育工作者，需要引導(dǎo)學(xué)生多方面獲取知識(shí)，使學(xué)生自身的科學(xué)知識(shí)體系全面發(fā)展，從而更好的適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)的需求。同時(shí)，在教學(xué)過(guò)程中還要注意以下問(wèn)題：首先，當(dāng)化學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)需要數(shù)學(xué)知識(shí)做支撐時(shí)，要讓學(xué)生鞏固、回憶已有的數(shù)學(xué)知識(shí)或掌握新的數(shù)學(xué)知識(shí)，使化學(xué)與數(shù)學(xué)有機(jī)的結(jié)合在一起，在扎實(shí)的數(shù)學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)上建構(gòu)化學(xué)知識(shí)體系。其次，教學(xué)內(nèi)容要以化學(xué)學(xué)科為主，切忌將數(shù)學(xué)搞得太深、太專，以至于主次顛倒，為交叉而交叉，務(wù)必要找準(zhǔn)化學(xué)與數(shù)學(xué)知識(shí)交叉的結(jié)合點(diǎn)和切入點(diǎn)，從學(xué)生的實(shí)際接受能力出發(fā)，簡(jiǎn)單介紹，點(diǎn)到為止，合理地將學(xué)科交叉知識(shí)聯(lián)系，恰當(dāng)?shù)貪B透學(xué)科交叉理念，立足于每個(gè)學(xué)生進(jìn)行多元化評(píng)價(jià)，這樣有助于教學(xué)獲得預(yù)期的效果，才能更好地為學(xué)習(xí)化學(xué)服務(wù)。主要參考文獻(xiàn)：[1]化學(xué)方法論[M].中南大學(xué)出版社,王后雄編著,2003[2]加強(qiáng)科學(xué)管理重視學(xué)科交叉[J].師昌緒.

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