二 化学计算技能的学习过程

化学计算是从量的方面来研究、理解物质及其变化规律的一种重要的认识活动。化学计算过程中也要进行阅读、书写、记忆等活动，但它以抽象思维为主要成分，掌握正确的思维方式、方法是它的本质特征。化学计算技能主要是在化学计算的心智活动中形成起来的，因而通常把它看作是一种化学心智技能。

化学计算不同于一般的数学计算。它要求以化学概念、化学原理和元素化合物知识为基础，运用化学量来进行计算。化学计算常常还要借助于化学用语这种化学抽象思维的符号形式，跟化学用语有着密切的联系。现以根据化学方程式计算技能为例来研究化学计算技能的形成过程。

要学习根据化学方程式计算技能，学习者必须已经懂得什么是化学反应，会书写和配平化学方程式，懂得什么是原子量、分子量并且会进行有关的计算，还必须了解质量守恒定律，知道化学反应的实质，以及会列比例式进行计算等等。这些化学知识和技能是学习根据化学方程式计算技能的必要基础。

在一开始，学习者通常要观看教师或教材的例题解答示范， 了解根据化学方程式计算的原理、步骤、格式和规则。知道计算的根据、过程、方法和注意点。

然后，学习者就模仿上述示范尝试解答习题。这种模仿一开始通常是不连贯的，即一步一步地模仿，并且依赖于例题解答示范。模仿练习次数增加， 则连贯性增强、对示范的依赖性减少，活动的概括性增强，直至能独立地、完整地完成解题任务。

例如，如果教师在示范时强调“在化学方程式中已知质量的（物质）化学式下划一横，在待求质量的（物质）化学式下划两横，然后用划线物质的分子量（或原子量）列比例式⋯⋯”，学习者一开始练习解题时也会这么做， 可是再练几次甚至在第二次练时，他就会认为没有必要划线并且能直接正确地列出比例式了。这时，学习者形成了对根据化学方程式计算基本模式及其情境的概括性认识和体验，根据化学方程式计算的技能即基本形成。

在进一步的练习中，学习者将逐步学会在复杂的化学事件或题设中识别根据化学方程式计算（基本类型）的情境，简化、提取问题并应用根据化学方程式计算的基本模式来加以解决。例如，在学会已知一种反应物（或生成物）质量求生成物（或反应物）质量的计算技能后，初次碰到含一定量杂质的反应物或生成物的计算以及已知反应物（或生成物）溶液百分比浓度和质量求别的反应物或生成物质量的计算等新类型计算题时，不少学习者也能通过反应物（或生成物）纯量的计算，把新类型转化为基本类型来加以解决。在解决化学计算问题的过程中，问题情境的分析、简化、提取和识别过

程，即通常所说的审题过程大致包括阅读、分析、抽象、再认、联想、假设、尝试解题和类型判断等活动。用简明的图解提供视觉形象，可以帮助某些类型的化学计算问题的解决。

例题 20℃时，氢氧化钙的溶解度为 0.17 克，在 50 克水中放入多少克氧化钙才能恰好全部溶解并且得到氢氧化钙饱和溶液？

此题的常规解法是：设需放入 x 克氧化钙，由此推算跟氧化钙反应的水

的质量（ 18 x克）、生成的氢氧化钙的质量（ 74 x克）以及剩余的水的质

56 56

18

量（50 − 56 x克），再利用氢氧化钙的溶解度数据列出比例式0.17∶100

= 74 x∶（50 − 18 x），解得x = 0.06（克）。

56 56

若用右图表示有关质量的关系，就很容易得到关系式 74 x：（50＋x）

56

-0.17：（100＋0.17），从而解得 x=0.06（克）。这比常规解法要简便得多。

美国认知心理学家西蒙（Herbert A. Simon）曾经描述过这样一个实验①： 向被试提出问题：“一个容器中有若干溶液，其中 90%是酒精，10%是水，溶液总量是 1 升。需要加多少水才能使酒精变成全部溶液的 80%，而水变成20%？”要求被试先画出图解，然后再列式计算。这个实验的被试都是学过一年以上代数的学生。结果，一些被试正确地图解这个问题（见图 4－8），很快地写出了解题的方程式；另一些被试画出两个容器（见图 4－9），图解不正确，解题就遇到了困难。可见，在审题过程中，如果问题得到正确的表征， 可以说这一问题就已经解决了一半。

完成审题之后，学习者将按照一定的格式、并且通常以演绎的方式写出解题步骤完成各步计算。

通过由基本类型衍变而成的各种新类型计算题的解答练习，学习者对于根据化学方程式计算的技能将得到巩固和发展，不但使根据化学方程式计算活动进一步内化和概括化，而且将逐步掌握解答各种新类型计算题的模式。掌握各类题型（如过量问题、多步反应问题、差量问题、混合物问题等等） 的特点、解决方法和规律，直至在综合性很强的计算题中能较好地应用根据化学方程式计算的技能。通过解题练习，还可以使学习者加深和发展对有关概念和原理的理解。解题的成功、技能的形成和熟练则可以保持和发展学习者学习化学计算的兴趣。

为了使对基本模式的认识得到巩固和加深，常常还需要在有关计算技能基本形成后，通过比较和联系来明确、概括它跟其他化学计算技能和化学知识的关系，了解各种计算技能间的差别和变换。例如，在学习质量百分比浓度计算后，常常把它跟溶解度计算进行比较和联系；在学习摩尔浓度计算后， 常常把它跟质量百分比浓度计算进行比较和联系等等。

通过上述举例分析，可以把化学计算技能的学习过程做一概括。

1. 获得有关知识和形成定向映象阶段。学习者通过阅读或听课激活有关物质和化学反应的知识，获得有关计算的原理、方法、规则、解题步骤、格式和算法的知识，领会示范，形成定向映象。

2. 练习和初步形成阶段。通过模仿练习，逐步掌握化学计算的基本模

① [美]司马贺著，荆其诚、张厚粲译：人类的认知——思维的信息加工理论，科学出版社 1986 年版，第 114

页。

式，初步形成化学计算技能。

1. 联系阶段。明确所学习的化学计算技能跟其他化学计算技能和化学知识的差别和联系，使它在研究、认识物质及其化学变化的方法整体中定位、类化。

2. 应用和熟练阶段。在基本类型的各种变式中、在综合性逐步增强的情境中应用所学习的化学计算技能，实现技能的巩固、熟练和发展，进一步实现化学计算技能的内化和概括化，形成神经中枢内比较稳定的联系，为化学计算能力的形成创造条件。

跟其他技能一样，化学计算技能必须通过练习才能获得。但是，机械重复式的练习不能使学习者已经形成的化学计算技能在新类型的练习中得到发展，对技能的巩固作用也很有限：随着练习次数增加，学习者的兴趣锐减， 注意力极易转移和分散，使学习效果显著降低。因此，既要注意练习的“量”， 更要注意练习的“质”。要注意变式，有计划、有步骤地改变练习的内容和水平，有适宜和足够的练习量，使练习成为有效的练习。此外，还要及时地反馈练习结果，给予练习指导，要选好例题，作好示范和讲解等等，这些都有赖于学习者外部做出努力，是影响化学计算学习过程的外部因素。

对有关的化学概念、化学原理和元素化合物知识的熟悉程度；对化学用语和化学量的使用是否熟练；通过抽象、概括来认识化学计算基本模式的能力以及对问题正确地变换、表征、分析和识别模式的能力等等，则是影响化学计算技能学习过程的内部因素。