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标题 高一学生化学方程式书写能力的调查研究
范文 陈益++刘江田






摘要：对高一学生化学方程式书写能力进行调查研究，发现判断物质是化学方程式书写能力的“瓶颈”，配平是提高化学方程式书写能力的“抓手”。针对问题进行了反思并提出了相关对策，即感知、记忆和推理并重，提高判断物质能力；系统规划、逐步提升配平能力。
关键词：化学方程式书写；配平能力；调查研究；教学策略
文章编号：1005-6629（2016）2-0015-05
中图分类号：G633.8
文献标识码：B
1 问题的提出
物质的性质及其转化是基础化学教学的核心内容，是化学基本概念和原理形成、理解和应用的重要载体，也是彰显化学学科特质和价值的主要素材。化学方程式是表征物质性质及其转化的重要化学用语。化学方程式书写能力在很大程度上反映了学生化学学科图景构建的清晰度、完整度，也是考查学生化学学习能力的一个有效指标。因此，在新课程的各地高考化学学科考查中以及化学学业水平测试中，书写化学方程式_直是传统的保留项目。
在中学教学中，化学方程式既包括常见的元素化合物之间反应的化学方程式及其有关离子反应方程式，也包括表示电离、电解、水解过程的电离方程式、电解（电极）反应方程式、水解反应方程式，以及热化学方程式、有机反应方程式等。其中元素化合物之间的化学方程式及其有关离子反应方程式，是书写各类化学方程式的重要基础。
以人教版教材为例，书写化学方程式的实践和训练，主要集中在《化学1》“第三章金属及其化合物”和“第四章非金属及其化合物”教学过程中。从教材编写逻辑看，第三章和第四章的学习安排在“第二章化学物质及其变化”中有关“物质的分类”、“离子反应”、“氧化还原反应”等相关概念之后，旨在将事实性知识的学习与概念性知识的应用相互渗透、相互促进。
通过一个模块的学习，学生化学方程式书写能力处在怎样的层次？哪些因素制约了学生这一能力的提高？如何改进教学内容和教学方式促进这一能力的发展？针对这些问题进行了调查和分析。
2 研究设计
2.1 化学方程式书写能力的内涵
广义地说，化学方程式就是用物质符号表示化学变化的式子。书写化学方程式要遵循客观事实和质量守恒定律。化学方程式书写能力主要包括判断物质和配平两个方面。
判断物质重在考查学生再现和辨析物质性质，根据实验事实和信息进行分析推理的能力，这是化学方程式书写能力的基础。就能力水平可分为直接判断和综合分析判断两个层级。如“NaHCO3固体受热分解”、“钠与水反应”这样简单和常见的反应，其生成物通过记忆再现直接判断；“Cl2和SO2混合（体积比1：1）通入H2O中”、“在酸性溶液中Ca（NO2）2分解，产物之一是NO”，这样复杂和陌生的反应，其参与反应物质的判断则需要再现和辨析物质性质，根据实验事实和信息进行综合分析推理。
配平则重在考查学生自觉和熟练运用“电子得失守恒”、“离子电荷守恒”、“元素原子守恒”等学科思想进行定量分析的能力，这是化学方程式书写能力的核心。配平以元素原子守恒的微观形式体现了宏观的质量守恒定律，同时通过微粒间的数量关系体现了化学反应过程中的物质倍比定律。就能力水平又可分为一般观察法、守恒法以及综合分析法三个层级。对于非氧化还原反应和简单反应，如“用氯化铵和氢氧化钙固体反应制氨气”、“铝与三氧化二铁发生铝热反应”，采用原子观察法即可配平。对于“FeCl3溶液腐蚀铜片”、“酸性KMn04溶液中加入FeSO4溶液”这样的反应，需利用电子得失守恒和离子电荷守恒法配平。对于“在酸性溶液中Ca（NO2）2分解，产物之一是NO”、“浓HNO3受热分解”这样的反应，除应用守恒法外，还涉及物质判断、配平方向和基准物质的选择等问题，需综合分析方能配平。
此外，化学方程式中物质表征符号（微粒化学式、状态符号）的书写和反应条件的标注等规范，也是评价化学方程式书写能力不可或缺的。
2.2 化学方程式的分类
化学方程式按学生的熟悉程度和能力综合程度可分为“教材基本反应”、“课堂拓展反应”和“信息迁移反应”。“教材基本反应”体现了中学最常见、最重要物质的性质和转化，是化学方程式书写规范和能力训练的基础。“课堂拓展反应”指教材上只描述了现象和结论，而教师补充给出了反应方程式；或是为了深化和丰富学生对物质性质的认识，通过演示或学生实验习得的物质新性质、新反应。“信息迁移反应”是指教材中未出现、平时学习中也不曾涉及到，但学生利用所学过的知识，依据信息提示，通过类比、迁移可以理解和书写的一类化学方程式。这类反应能很好地考查学生的思维能力、自学能力和学科素养，因而为考试评价所青睐，反映了化学方程式书写能力的最高水平。
2.3 试卷设计与调查
根据化学方程式书写能力内涵和化学方程式的分类，分别按“教材基本反应”、“课堂拓展反应”、“信息迁移反应”三个类别设计化学方程式，重点调查研究学生“判断物质和配平”这两个重要的化学方程式书写能力。接着，设计调查问卷进一步了解哪些因素影响学生化学方程式的书写能力，包括学生的准备状态、学习方法、难度感受等主、客观因素。进而在调查事实和数据的分析支持下反思和改进教学。
以“高一年级化学反应方程书写大赛”之名，设计50个化学方程式，完成时间50分钟，满分100分。有关内容设计见表1。以笔者所在学校高一年级全体学生作为被试，涉及三个层次的13个班级。
3 结果分析
教师对所有被试书写的化学方程式进行批改。每个方程式2分，评分标准为：（1）反应物、生成物写全，化学式全对得1分；（2）方程式配平，条件、符号使用正确得1分。选取一个中间层次班级，进行结果统计分析。化学方程式书写得分率见表2。
3.1 判断物质是化学方程式书写能力的“瓶颈”
“教材基本反应”、“课堂拓展反应”、“信息迁移反应”三个类别化学方程式判断物质总得分率分别为0.91、0.74、0.45，与整个方程式书写总得分率的结果呈正相关。典型错误见表3。
“教材基本反应”由于学生普遍重视，加之数量少、反应简单，学习时第一印象深刻、记忆牢固，多为直接判断或低水平的分析判断，因而判断物质准确率高，总体得分也最高。“课堂拓展反应”或是“教材基本反应”的同类推衍，或是“教材基本反应”的异同比较，或是改变反应物用量和反应顺序的变式，或是对物质性质认识的深化和拓展，要求学生具有较高的推理、辨析和理解能力，大多为综合分析判断，加之数量增加、反应复杂化，因而判断物质准确率明显下降，总体得分也随之下降。对于书写“陌生”化学方程式，高达63.6%的学生认为“不会判断反应物和产物”，还有11.7%的学生感到‘心理恐慌，无从下手”。反映了学生对“信息迁移反应”中的信息解读不充分、迁移应用能力不足，高水平的综合分析判断能力差，因而判断物质准确率低，总体得分也低。
有67.2%的学生采用记忆和理解相结合的方法，表明大多数学生能自觉地将元素化合物事实性知识的学习与氧化还原和离子反应概念性知识的应用相互渗透、相互促进，但仍有47.0%的学生停留在孤立和机械记忆的层次上。如“把Cl2通入到Na2SO3溶液中”（书写离子反应方程式），大多能判断出氧化产物“SO42-”和还原产物“Cl-”，但由于“离子电荷守恒”意识淡薄，未能判断出产物中有“H+”，再判断出反应物中有“H2O”，最终未能得分。
3.2 配平是提高化学方程式书写能力的“抓手”
“教材基本反应”、“课堂拓展反应”、“信息迁移反应”三个类别化学方程式配平总得分率分别为0.89、0.72、0.39，与判断物质一样，三个类别化学方程式总得分率依次呈显著下降。典型错误见表4。
配平主要问题一是只关注元素原子个数相等，被假配平所迷惑。如“FeCl2溶液中通入Cl2”（书写离子反应方程式）表达为“Cl2+Fe2+=2Cl-+Fe3+”；又如“FeCl3溶液腐蚀铜片”（书写离子反应方程式）表达为“Cu+Fe3+=Cu2++Fe2+”。其深层原因还是受初中简单观察法禁锢，未能从氧化还原反应的“电子得失守恒”和离子反应的“离子电荷守恒”的视角全面观察分析。二是对配平的程序策略应用生疏，这在复杂反应和陌生反应的配平中表现得更明显。如“NH3在Pt催化下被O2氧化”，将O2得电子数基准混淆为2，而导致配平失败；又如“浓硝酸受热分解”，对于这样的“特殊”反应，如何确定电子得失的基准物质和配平顺序，学生毫无头绪。阅卷分析发现，不少化学反应学生已全部或部分地判断出物质，但受限于配平能力，最终半途而废，令人惋惜。事实上，配平能力不仅关系到化学方程式物质计量数的确定，还影响到化学方程式相关物质的判断。如“Al与NaOH溶液反应”，大多数学生能判断出产物NaAlO2和H2，如能结合电子守恒和铝、钠原子守恒，写出“2Al+2NaOH——2NaAlO2+3H2↑”一步，再观察氢、氧原子，就不难判断出H2O参与反应。又如“把SO2气体通入到酸性KMnO4溶液中”，相当多的学生运用电子守恒写到“5SO2+2MnO2=5SO42-+2Mn2+”一步，如果再具有较强的“离子电荷守恒”意识，就可避免先人为主地将“H+”确定为反应物，将“H2O”判定为产物的错误。
对于化学方程式的配平，77.5%的学生认为“了解方法、应用不熟”。而方法的内化和技能的熟练需要足够的时间训练，学生暴露的问题反映了教和学两方面投入都不足。
3 反思与对策
3.1 感知、记忆和推理并重，提高判断物质能力
化学方程式是联结宏观现象和微观粒子的中允对物质性质和变化的观察和记忆，需要通过化学实验过程中生动、直观现象的感知才能深刻和持久。因此，在教学中要把物质性质和转化的教学融人社会、生活和生产应用情境中，激发学生的学习兴趣、提高学习注意力；尽可能多地设计实验，让学生亲历体验物质的性质和变化。
在一个单元的学习结束后，要有目的地引导学生对物质的性质和转化进行归纳小结，如常见氧化剂和还原产物、还原剂和氧化产物的归纳（见表5），常见元素的价态转化、常见物质氧化顺和还原顺的比较等等，让学生发现规律、构建体系，促进知识的有序化和结构化，并充分发挥离子反应和氧化还原有关规律的指导作用，感知、记忆和推理并重，提高判断物质的能力。
3.2 系统规划，逐步提升配平能力
教材反应直接给出了化学方程式的配平结果，加之反应少且简单，学生易形成记忆依赖，这不利于学生配平能力的培养和提高。教学过程中教师要有意识地根据反应特征和类别，让学生尝试自主配平，从中领悟并归纳步骤和方法，突破关键、抓住要点（见表6）。
同时教师要加强示范和引领，让学生感受配平的策略和程序，从模仿到自觉，并通过一定的同类和变式训练逐步形成程序化、自动化的化学方程式书写技能。如“把SO2气体通入到酸性KMnO4溶液中”（书写离子反应方程式），步骤分解为：
第一步，由物质的氧化性和还原性判断反应产物：SO2→SO42-；MnO4-→Mn2+；
第二步，由“电子得失守恒”确定氧化剂和还原剂以及氧化产物和还原产物物质的量之比：5SO2+2MnO4-——5SO42-+2Mn2+；
第三步，由“离子电荷守恒”确定产物H+及其计量数：5SO2+2MnO4-——5SO42-+2Mn2++4H+；
第四步，由“原子守恒”确定反应物H20及其计量数：5SO2+2MnO4-+2H2O——5SO42-+2Mn2++4H+；
第五步，由三个守恒及其化学方程式表达规范（标注反应条件、物质状态符号等）检查，完成配平：5SO2+2MnO4-+2H2O=5SO42-+2Mn2++4H+。
由于氧化还原反应类型复杂，配平过程的思维跨度较大，学生的氧化还原反应方程式配平技能不可能一蹴而就。在高一年级，化学方程式的书写要控制难度，对于信息迁移反应方程式的书写，要采用渐进式和分散式的教学策略，逐步达到高水平能力要求。
4 结语
本调查研究在一定程度上反映了高一学生化学方程式书写能力现状，给教学提供了有价值的信息反馈，给改进和优化教学以有益启示。51.6%的学生感到书写的化学方程式数量偏多，难度偏大。可见，化学方程式书写能力的培养和提高，贯穿于整个高中化学教学过程，要遵循学生的认知发展规律，有计划、分阶段实施。高一年级重在依托“化学1”模块的元素化合物知识作为学习载体，掌握一般方法、程序和规范，不可操之过急。随着学生思维能力的发展，在其他相关模块学习和高三复习过程中，逐步引导学生基于化学概念和事实进行演绎、综合，书写较为复杂的反应方程式。
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更新时间：2025/3/14 23:32:08