研究運用化學圖像、圖示、圖表等可視化技術(shù)培養(yǎng)學生思維能力課件

1、運用化學圖像、圖示、圖表等可視化技術(shù)培養(yǎng)學生思維能力運用化學圖像、圖示、圖表等可視化技術(shù)培養(yǎng)學生思維能力引言：人教版高中化學教材中穿插了大量的圖像、圖表，僅必修部分化學1中就有圖像、圖表78張，化學2中有圖像、圖表83張。這些圖像、圖表概括性強、生動直觀，是對課本內(nèi)容的高度濃縮和升華，其作用是語言、文字無法代替的。這些圖像的使用對學生看懂教材，吃透教材有幫助作用，對于整個高中化學教學起著積極的推動作用。新課標在課程目標的“過程與方法”中要求學生運用“多種手段獲取信息，并運用比較、分類、歸納、概括等方法對信息進行加工”。因此，為了培養(yǎng)學生獲取信息能力和信息加工能力，開發(fā)和培養(yǎng)學生學習的潛能，在新

2、的教材中增加了大量的圖像、圖表。引言：人教版高中化學教材中穿插了大量的圖像、圖表，僅必修部分知識是基礎(chǔ)，能力是歸宿，從知識的理解掌握到運用，需要一系列的思維活動。觀察圖像、圖像信息的挖掘和轉(zhuǎn)化能力、分析圖表、研究實驗數(shù)據(jù)是一種基本能力。知識是基礎(chǔ)，能力是歸宿，從知識的理解掌握到運用，需要一系列的一、利用圖示法，變抽象為具體，化繁瑣為簡要，培養(yǎng)學生形象思維能力例1：在學習同種元素不同價態(tài)之間的氧化還原反應時，學生對化合價歸中不交叉原理難以理解，建議教學時借助數(shù)軸幫助學生理解不交叉的含義。以H2S+H2SO4（濃） =S+SO2+2H2O為例。一、利用圖示法，變抽象為具體，化繁瑣為簡要，培養(yǎng)學生形

3、象思維例2：學習到濃H2SO4吸水性時，講到濃硫酸能干燥HCl氣體，而不能干燥HBr、HI氣體，學生對氧化能力、還原能力的強弱這樣抽象的概念，也難以理解。建議教學時利用下圖，稍加解釋就能讓學生明白。圖中所示， Cl-的還原能力不夠強，Cl-和濃硫酸之間還不能發(fā)生氧化還原反應，而Br-、I-的還原能力都比Cl-的強，兩者都足以能與濃硫酸發(fā)生氧化還原反應，Br-、I-會分別被氧化為Br2、I2，所以HBr、HI氣體不能用濃硫酸干燥。直觀的圖示就把抽象的理論完全表達清楚，收到事半功倍的功效。例2：學習到濃H2SO4吸水性時，講到濃硫酸能干燥HCl氣體二、利用樹狀圖，變零散為集中，培養(yǎng)學生發(fā)散性、收斂

4、性思維能力例3：在復習物質(zhì)結(jié)構(gòu)這一章內(nèi)容時，建議教學時可以要求學生編制下圖。二、利用樹狀圖，變零散為集中，培養(yǎng)學生發(fā)散性、收斂性思維能力評析：在復習的過程中有意識地應用學過的知識，聯(lián)系與該知識點有關(guān)的內(nèi)容，引導學生縱橫聯(lián)系、廣泛聯(lián)想，從知識點形成線，最后形成一個知識面，使零碎的知識系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化，形成立體化思維的過程，既培養(yǎng)了學生的演繹能力，又能理清知識的來龍去脈。評析：在復習的過程中有意識地應用學過的知識，聯(lián)系與該知識點有三、利用示意圖，提高學生分析問題的能力化學實驗中誤差分析常涉及到觀察容器的仰視和俯視，如果借用如下示意圖分析，學生一目了然。建議教學時利用示意圖，可提高學生分析問題的能力。

5、例4：酸堿中和滴定中，要求正確讀數(shù)，防止兩種錯誤：仰視和俯視。對仰視和俯視所引起的誤差分析，可以畫出下圖分析：三、利用示意圖，提高學生分析問題的能力化學實驗中誤差分析常分析：針對量筒的讀數(shù)、容量瓶的定容的誤差分析，也是學生學習時的一個比較大的難點，這個問題本身就有兩種情況：一種是量取一定體積的液體；一種是量取一定液體的體積。如果分別討論，就容易混淆，但是問題的關(guān)鍵在于最后衡量的標準是：眼睛、刻度、凹液面的最低點三點在同一條直線上。畫出圖形，再往下分析誤差的偏大、偏小就顯而易見了。分析：針對量筒的讀數(shù)、容量瓶的定容的誤差分析，也是學生學習時四、利用直角坐標系的二維圖像和空間直角坐標系的三維圖像，

6、培養(yǎng)學生的讀圖的能力例5：在探索合成氨工藝的過程中，哈伯和他的合作者，通過大量的實驗得到了不同條件達到平衡時氨的產(chǎn)量，實驗的部分結(jié)果如下圖所示：不同溫度、壓強下，合成氨平衡體系中NH3的物質(zhì)的量分數(shù)（H2和N2起始物質(zhì)的量比為3：1）（說明：此圖參照蘇教版化學反應原理p.49圖2-21數(shù)據(jù)繪制）四、利用直角坐標系的二維圖像和空間直角坐標系的三維圖像，培養(yǎng)評析：看懂這個圖，首先要清楚這個空間直角坐標系的三維分別代表什么物理量；然后，還要清楚氨的物質(zhì)的量分數(shù)、壓強、溫度三個物理量之間的關(guān)系。在圖中，氨的物質(zhì)的量分數(shù)是函數(shù)的因變量，壓強和溫度是自變量，當溫度和壓強都在改變時，很難找到體系氨的物質(zhì)的量

7、分數(shù)與兩者的關(guān)系。只有在確定其中一個物理量不變時，另一個物理量的改變和氨的物質(zhì)的量分數(shù)的關(guān)系才清楚地體現(xiàn)出來。兩相一綜合，合成氨的最佳條件就很明顯了。要讀懂這么一個空間直角坐標系的圖，需要很強的讀圖能力。建議教學時，幫助學生理順物質(zhì)的量分數(shù)、壓強、溫度三個物理量之間的關(guān)系，這樣學生在讀圖的過程中，學生的讀圖能力和綜合問題處理能力也得到了提高。評析：看懂這個圖，首先要清楚這個空間直角坐標系的三維分別代表五、通過圖像、圖表數(shù)據(jù)習題，培養(yǎng)學生信息處理的能力圖像、圖表型的計算題將數(shù)據(jù)處理與化學問題融為一體，信息量大，信息加工涉及諸如：信息加工、尋找、選擇、整理、重組、應用等各方面。因此，在教學中建議通

8、過此類的題目的剖析，來培養(yǎng)學生圖表、圖像的分析能力，數(shù)據(jù)處理能力。五、通過圖像、圖表數(shù)據(jù)習題，培養(yǎng)學生信息處理的能力圖像、圖例6：將固體FeC2O42H2O放在一個可稱量的容器中加熱灼燒，固體質(zhì)量隨溫度升高而變化，測得數(shù)據(jù)如下：根據(jù)計算分析推理，完成下列填空：(1)寫出25300時固體發(fā)生變化的反應方程式_。判斷的理由是_。 (2)350400發(fā)生變化得到的產(chǎn)物是_，物質(zhì)的量之比為_。 (3)500時產(chǎn)物的含氧質(zhì)量分數(shù)為_。(4)寫出600900時發(fā)生變化的化學方程式_.例6：將固體FeC2O42H2O放在一個可稱量的容器中加熱FeC2O42H2O對于同學們來說，是一個陌生的物質(zhì)。其性質(zhì)只能通

9、過類比來推測，解答時主要利用信息類比策略。將FeC2O42H2O與硫酸銅晶體作比較，加熱時可失去所帶結(jié)晶水；將FeC2O42H2O與H2C2O4作比較，加熱時能分解。 解題時要將物質(zhì)性質(zhì)的推測與數(shù)據(jù)運用緊密聯(lián)系在一起，不斷地進行分析、比較、驗證，要有足夠的耐心和勇氣，才能完成解答過程。(1) FeC2O42H2O帶有結(jié)晶水，在25300失去的可能是全部結(jié)晶水，也可能是部分結(jié)晶水，若結(jié)晶水全部失去，則： FeC2O42H2O FeC2O4 + 2H2O m 180 36 1.0 (1.00.8)=0.20 加熱減少的質(zhì)量等于所含結(jié)晶水的質(zhì)量，因此推測正確。FeC2O42H2O對于同學們來說，是一

10、個陌生的物質(zhì)。其性(2)在350400，F(xiàn)eC2O4進一步分解，質(zhì)量（從0.800克變?yōu)?.400克）減少一半。 FeC2O4的式量144，而FeO得式量72，剛好是144的一半，F(xiàn)e2O3的式量160的一半是80， Fe3O4的式量232的三分之一是77.33。只有FeO符合要求，所以反應式可以寫為： FeC2O4 FeO +CO +CO2 (3)(4)問是有緊密聯(lián)系的，在400500FeO在灼燒過程中質(zhì)量從0.400克變?yōu)?.444克，是增加，可能是結(jié)合空氣中的氧生成高價的氧化物，600900過程中固體質(zhì)量從0.444克變?yōu)?.430克，又減小，由此推測固體物質(zhì)可能發(fā)生如下變化：6FeO3

11、Fe2O3(結(jié)合氧原子)2 Fe3O4(再失去氧原子)，將表中的數(shù)據(jù)進行驗證： 2FeOFe2O3 m(增加) 144 160 16 0.400 (0.444一0.400)=0.0443 Fe2O32Fe3O4 m(減少) 480 464 16 0.444 (0.4440.430)=0.010 符合要求。因此500時產(chǎn)物為Fe2O3，含氧的質(zhì)量分數(shù)為30，600900時反應式為：6Fe2O3 4 Fe3O4+O2 由以上分析可知：FeC2O42H2O在加熱過程中經(jīng)過一個復雜的變化過程，即由FeC2O42H2OFeOFe2O3Fe3O4。(2)在350400，F(xiàn)eC2O4進一步分解，質(zhì)量（從化學

12、是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學。在實驗的過程中會有大量的實驗數(shù)據(jù)測得，對這些數(shù)據(jù)的處理、分析、選擇、評價、判斷都能提高學生的綜合能力。如果將上述的過程繪制成圖，整個加熱過程中的質(zhì)量變化將更加直觀?；瘜W是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學。在實驗的過程中會有大量的實驗數(shù)六、數(shù)形結(jié)合，運用函數(shù)圖像解化學題，培養(yǎng)學生的簡約化思維和學科綜合能力數(shù)學作為工具學科，是學習其他學科的一個工具，也為化學提供了很多解決問題的方法。因此，學習將數(shù)學圖表運用到化學問題的解決中來，這樣數(shù)形結(jié)合，培養(yǎng)簡約化思維能力。例7：稱取金屬Na、Al、Fe各m克，在室溫下分別與V L 4mol/L的鹽酸充分反應。試推斷在下列三種情況下，V值的取值

13、范圍（用含m的表達式表示）：、鋁與鹽酸反應放出的氫氣最多；、鈉與鹽酸反應放出的氫氣最多；、鋁、鐵分別與VL鹽酸反應放出的氫氣一樣多。六、數(shù)形結(jié)合，運用函數(shù)圖像解化學題，培養(yǎng)學生的簡約化思維和學由于此題沒有說明反應物的具體用量，因此，無法判斷三個反應中的反應物哪種物質(zhì)過量、適量、還是不足。如果按照常規(guī)解題，過程將會繁雜易錯。如果借助直角坐標系的圖像來解此題，將會非常簡潔，但是，這要求學生有比較扎實的數(shù)學功底和化學學科知識。金屬和酸生成氫氣的反應中，在酸足量的情況下，生成的氫氣的量與加入金屬的量是成正比，這是化學問題。成正比就是一個一次函數(shù)。這個正比關(guān)系在直角坐標系中是一條斜線，這是一個數(shù)學問題。

14、斜線斜率的大小表示等量的金屬生成氫氣的量的大小，斜率越大，生成的氫氣越多。這是數(shù)學和化學相結(jié)合的問題。有了這些知識以后，結(jié)合題目的意思，學生就能畫出下圖，那么該題的解答就大功告成了。由于此題沒有說明反應物的具體用量，因此，無法判斷三個反應中的從圖中容易看出，當m=36V時，金屬Al與酸恰好完全反應；當m=112V時，金屬Fe恰好完全反應；當m=92V時，金屬Na恰好與酸完全反應，隨后加入的Na是和水反應。對著上圖，學生就能很快的找出臨界點，進行分段討論。思路清晰，有條理。答案簡潔。嘗試應用圖表分析解決化學問題，表述自己的思路與思維的結(jié)果，不僅可以提高學生的識表識圖的能力，更能通過這個過程訓練和

15、優(yōu)化學生的思維策略。從圖中容易看出，當m=36V時，金屬Al與酸恰好完全反應；當七、運用化工生產(chǎn)流程圖，變虛擬為真實，培養(yǎng)學生解決化學實際問題和實驗操作的能力新課程強調(diào)學生要有“將化學知識應用于生產(chǎn)、生活實踐的意識，能夠?qū)瘜W有關(guān)的社會問題做出合理的判斷”，“關(guān)注與化學有關(guān)的社會熱點問題”。 因此，在教學中建議運用化工生產(chǎn)流程圖，變虛擬為真實，培養(yǎng)學生解決化學實際問題和實驗操作的能力。七、運用化工生產(chǎn)流程圖，變虛擬為真實，培養(yǎng)學生解決化學實際問例8：苯甲醛在醫(yī)藥、染料、香料等行業(yè)有著廣泛的應用。實驗室通過下圖所示的流程由甲苯氧化制備苯甲醛。試回答下列問題：Mn2O3氧化甲苯的反應需要不斷攪拌，攪拌的作用是_。甲苯經(jīng)氧化后得到的混合物通過結(jié)晶、過濾進行分離。該過程中需將混合物冷卻，其目的是_。實驗過程中，可循環(huán)使用的物質(zhì)分別為_、_。實驗中分離甲苯和苯甲醛采用的操作是_，其原理是_。側(cè)重實驗操作的目的和作用側(cè)重考察學生的信息的獲取和分析能力有機物分離的原理和操作，在現(xiàn)行化學教學中對實驗能力的考查是一大難點使反應物充分接觸，增大反應速率降低MnSO4的溶解度稀硫酸；甲苯蒸餾利用甲苯和苯甲醛的沸點差異使二者分離例8：苯甲醛在醫(yī)藥、染料、香