浅析数学思维在初中化学中的应用

覃钦兰

【摘要】本文旨在浅析数学思维在初中化学教育中的应用。在当前的教学实践中，数学思维作为一种重要的认知工具，在初中化学教育中扮演着至关重要的角色。文章首先简要介绍了数学思维的基本概念和特点，然后深入探讨了数学思维在初中化学教学中的应用。具体而言，数学思维在化学教学中的应用主要体现在化学计算、实验数据分析、图表解读等方面。文章通过具体案例，展示了如何在化学教学中有效地融入数学思维，帮助学生提升解决问题的能力，增强对化学概念的理解。最后，文章对数学思维在初中化学教育中的重要性进行了总结，并提出了一些有效的教学建议，以期为初中化学教育的改进提供参考。

【关键词】数学思维  初中化学  化学教育  教学应用  问题解决

【中图分类号】G633.8   【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2024）03-0028-03

在初中科学教育中，化学作为一门基础学科，不仅承担着传授化学知识的任务，还肩负着培养学生科学思维和实践能力的重要责任。近年来，教育界日益重视数学思维在各学科教学中的作用，特别是在初中化学教育中，数学思维的应用显得尤为重要。本文旨在浅析数学思维在初中化学教学中的应用情况，探讨如何将数学思维有效地融入化学教学中，以提高学生的综合素质和科学素养。

一、数学思维在初中化学中的应用意义

（一）量化分析的能力培养

化学实验和问题解决往往涉及到量的测量、计算和比较。学生通过学习如何精确地量化化学反应中的物质量、浓度、体积等，可以更深刻地理解化学反应的量化本质。这种能力的培养有助于提升他们的观察精度和实验技能。

（二）逻辑推理和解决问题的能力

数学思维在逻辑推理方面的应用有助于学生在化学学习中更好地理解概念之间的联系和区别。如，通过逻辑推理理解化合物和混合物的不同，或者分析化学方程式的平衡。这些逻辑推理的技巧是科学思维的基础，对于学生深入理解化学概念至关重要。

（三）科学实验设计和数据分析

数学思维在实验设计和数据分析方面发挥着重要作用。通过科学的方法设计实验并准确地收集和分析数据，是化学实验的核心。学生需要利用数学工具来分析实验数据，如计算平均值、比较变量之间的关系等，这有助于他们从数据中提取有价值的信息并得出科学结论。

二、数学思维在初中化学中的应用策略

（一）通过“命题”的条件与结论理解化学概念

初中化学涉及众多概念，对初学者而言，准确理解和应用这些概念是一个挑战。许多学生在记忆和理解化学概念时存在模糊不清的情况，概念间的关系也往往混淆。为了帮助学生更好地理解这些概念，可以将化学概念视为一个“命题”，通过分析命题的条件和结论来理解和掌握它们。例如，理解“氧化物”和“含氧化合物”这两个概念。我们可以将“氧化物”定义为满足以下条件的物质：“含有两种元素”“其中一种元素是氧”和“是一种化合物”。因此，当一种物质满足这三个条件时，我们可以得出结论：这种物质是“氧化物”。而对于“含氧化合物”，其条件是“含有氧元素”和“是一种化合物”。任何符合这两个条件的物质，我们可以得出结论：这是一种“含氧化合物”。进一步比较这两个概念的条件，我们可以理解“氧化物”是“含氧化合物”中的一个特定类别。

再如，理解“元素”的概念。我们可以将“元素”定义为具备以下条件的物质：“具有相同的质子数”和“由相同类型的原子组成”。这样的理解有助于回答有关元素的问题，如提问“不同种元素间的根本区别是它们原子的质子数不同；元素与原子的联系和区别是什么？”时，学生能更加容易理解和回答。

通过这种方法，教师可以引导学生更加系统和逻辑地理解化学概念。这种以条件和结论为基础的理解方式不仅能够帮助学生清晰地区分不同概念，也有助于提高他们的学习效率和效果。对于许多化学概念，如酸、碱、盐等，都可以通过分析其定义条件和相应结论来加深学生的理解，从而提高他们的化学学习能力。

（二）通过“推理思维”理解和应用质量守恒定律

质量守恒定律是初中化学中极其重要的定律，它不仅是化学学习的基础，也是高中有机化学推断的基石。要深刻理解这一定律，我们可以引导学生采用数学推理的方法。

从“原子是化学变化中的最小微粒”出发，学生可以理解到化学反应实际上是原子的重新组合。由于在化学反应中，原子的种类、数量和质量都保持不变，因此我们可以推论，在任何化学反应中，元素的种类和质量也是不变的。基于这一点，我们进一步推断，由这些元素组成的物质在化学反应中总质量也必然守恒。

这样的逻辑推理不仅帮助学生从三个层面——“原子守恒”“元素守恒”和“总质量守恒”——全面理解质量守恒定律，而且为应用这一定律解决相关问题提供了清晰的思路。例如，在解决“天然气在氧气中燃烧，生成物是水和二氧化碳，则天然气中一定含有哪些元素？”的问題时，我们可以运用“元素守恒”的原则进行推理。由于生成物中包含碳、氢、氧这三种元素，而氧气提供了氧元素，那么天然气中必然含有碳和氢元素；而生成物中的氧元素可能部分或全部来自氧气，因此天然气中可能含有氧元素。

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在化学方程式的配平问题上，同样可以应用推理方法。以“FeS2+O2 → Fe2O3+SO2”的配平为例，我们可以使用“定1推理法”：首先确定Fe2O3的化学计量数为1，由此推断FeS2的化学计量数为2，然后基于原子守恒原理，确定生成物SO2的化学计量数为4。接着，计算生成物这端氧原子的总数为11（即3+8=11），从而推出O2的化学计量数为11/2。最后，考虑到分子不能存在半个的实际情况，将各化学计量数成倍增加以实现配平。

通过这些推理方法的应用，学生不仅能更准确地理解化学反应中的质量守恒定律，还能够在实际问题中运用这一定律进行有效的推断和解决问题，极大地提升了他们解决化学问题的能力和效率。

（三）应用正比例思维解答化学方程式计算题

在初中化学教学中，利用化学方程式进行计算是一项基本技能。这一过程本质上是利用反应物与生成物之间的固定质量比例关系，通过建立正比例方程来求解相关物质的质量。这种方法的应用类似于数学应用题的解题格式，通常包括“解题说明”“设变量”“建立方程”和“求解答案”四个基本步骤。不过，在化学计算中，还必须根据化学反应方程式确定所需利用的质量比例关系和相关数据，这一点需要在建立正比例方程之前明确指出。

为了更有效地讲解这一解题方法，教师可以引导学生理解这种方法的逻辑性和系统性，使他们认识到学习化学也是有迹可循、容易掌握的。在制定教学目标时，可以将知识技能、情感态度和价值观三维目标有机融合，避免教学内容的重复和机械套用，确保教学目标的完整性和统一性。

举例来说，在一节初中化学课上，教师需要讲解并演示如何通过化学方程式计算水分解反应生成氢气和氧气的问题。

2H2O■2H2？邙+O2？邙

1.解题说明。教师首先向学生介绍这个化学方程式，解释其表示的化学反应，并指出这个方程式中各反应物和生成物的化学计量关系。例如，2个水分子（H2O）在通电的条件下反应，生成2个氢分子（H2）和1个氧分子（O2）。

2.设变量。在这一步骤中，教师可以引导学生设定变量，比如设反应中水的质量为x，然后根据化学方程式中的比例关系，计算出氢气和氧气的质量。

3.建立方程。接下来，教师引导学生根据化学方程式的比例关系建立正比例方程。如，如果知道水的质量，可以根据水和氢气的质量比（36：4）来计算氢气的质量。同样，根据水和氧气的质量比（36：32）来计算氧气的质量。

4.求解答案。最后，教师指导学生求解方程，得出每种物质的质量，如，如果给定水的质量是18克，学生就可以计算出氢气的质量和氧气的质量。

通过这个案例，学生不仅学会了如何使用化学方程式进行基本的质量计算，还加深了对化学反应中质量守恒定律的理解。此外，这个过程还让学生应用了数学中的正比例关系和方程求解的技巧，展示了化学与数学之间的联系，增强了学生跨学科的思维能力。

（四）精心设计科学探究活动，提升学生科学探究能力

科学探究活动是指通过类似科学研究的方法来获取知识、应用知识和解决问题的过程。它不仅包括获取事实信息，更重要的是让学生学会如何思考、分析和解决问题。以下是如何精心设计科学探究活动，以提升学生科学探究能力的几个关键方面：

1.构建知识体系。在科学探究活动中，学生通过实际操作和实验，逐步构建起对科学概念和原理的理解，如，通过化学实验来探索不同物质之间的化学反应，学生不仅能学到具体的化学知识，还能理解这些知识是如何相互联系的。

2.形成科学观念。科学探究活动鼓励学生在实践中形成科学的思维方式和观念。通过观察、实验和分析数据，学生可以学习到科学研究的严谨性和逻辑性，比如通过对植物生长环境的变化进行观察，理解生态平衡的重要性。

3.领悟科学研究方法。科学探究活动还应着重于教授学生科学研究的方法和过程，这包括如何提出假设、设计实验、收集和分析数据以及如何得出结论和验证假设。如，在物理课上通过实验验证牛顿运动定律，学生可以学习到实验设计和数据分析的基本方法。

4.多样化的探究方式。探究活动可以采取多种形式，如小组合作探究、项目式学习、案例研究等。这些不同的方式可以激发学生的兴趣，同时也适应不同学生的学习风格和能力。如，通过小组合作完成一个环境保护项目，学生可以在合作中学习到团队协作和沟通的技巧。

5.培养批判性和创造性思维。在科学探究活动中，学生被鼓励提出问题、质疑现有的知识和假设。这种批判性思维对于科学发展至关重要。同时，通过探究未知领域或解决新问题，学生的创造性思维也得到了培养。

三、结论

本文通过对数学思维在初中化学教学中应用的浅析，揭示了数学思维对于增强学生化学学习的重要性和实用性。数学思维的运用不仅仅局限于解决特定的化学计算问题，而是贯穿于整个化学学习过程，从基本概念的理解到复杂问题的解决。首先，数学思维在帮助学生理解和掌握化学概念方面发挥着重要作用。通过量化分析、逻辑推理等数学方法，学生能够更深入地理解化学反应、物质的性质和化学方程式等核心概念。如，通过比例关系理解化学反应的定量关系，或通过逻辑推理理解物质的分类。其次，数学思维在培养学生科学探究能力方面具有不可忽视的作用。在实验设计、数据分析和结果解释等环节中，数学思维提供了一种系统性和严密性的方法论。这不仅有助于学生准确地进行实验和分析结果，也鼓励他们采用科学方法解决实际问题。再者，数学思维在促进跨学科学习方面显示出其独特价值。通过将数学思维应用于化学学习，学生不仅提高了数学技能，也加深了對化学知识的理解，从而实现了学科间知识的有效整合和应用。最后，数学思维的运用还能激发学生的兴趣和参与度。

参考文献：

[1]任新林，张进.利用函数思维解决初中化学问题[J].理科考试研究，2022，29（14）：56-57.

[2]吴花.趣味实验在初中化学教学中的应用[J].新一代（理论版），2021（19）：179-180.

[3]王春蕾.聚焦初中化学教学中常用的数学思想[J].考试：中考版，2011（12）：61-62.

[4]李习坤.思维导图伴你学.初中数学[M].北京：北京大学出版社，2012.

[5]纪雪丽.初中化学教学中趣味化学实验的实践研究[J].中文科技期刊数据库（全文版）教育科学，2022（7）：88-90.

[6]张静.初中化学计算能力的形成性评价研究[D].呼和浩特：内蒙古师范大学，2020.