赵婧文
西安市第十中学 710014
摘要：数学是科学素养的重要组成，数学方法及其蕴含的定量观念贯穿于化学科学的发展历程。加强数学和化学学科之间的交叉和渗透，在化学教学中，恰当地运用数学思维来分析、解决问题，能有效地开发学生智力，养成学生良好的思维品质，提高学生的综合应用能力。本文结合教学实践谈谈数学思维在化学教学中的应用。
关键词：数学思维 化学教学
化学是一门研究物质的组成、结构、性质、变化及用途的自然科学。纵观整个化学发展史，无处不渗透着物理、数学等跨学科知识。宇宙自然本是一紧密联系的有机整体，因此学科间的交叉融合是现代科学发展的一个重要趋势，也是高中化学教学的实践要求。数学思维是人脑利用数学符号和语言，运用抽象概括、建模、数形结合等方法，通过数学判断和推理的形式揭示对象结构和内在联系的认识过程。数学思维方法是科学素养的重要组成部分，它所蕴含的定量观念和形式逻辑贯穿于化学等自然科学的整个发展历程。
因此，借助数学工具和数学思维对化学物质及其运动变化规律进行深入定量研究 ，有利于促进学生对化学知识的深度理解并提高教学效率，还有利于提升学生的跨学科思维和跨学科综合解决问题的能力。事实上，任何科学知识、概念原理的获得都依赖于一定的过程和方法（数学和实验往往是这些方法的基础），科学不仅是科学知识的体系，更是过程和方法的统一体。在化学的教学过程中，注重对科学思维过程的体验和对通用科学方法的掌握，是促进学生科学素养发展的一个重要方面。本文以人教版《化学反应原理》中“水的电离与溶液的酸碱性”教学为例，浅议如何利用“点、线、面”三位一体的数学坐标思维，突破教学重难点，展示数学思维方法在化学教学中的具体应用。
一、点——坐标思维，化抽象为直观
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图1 图2
在学习温度对水的电离平衡的影响时，首先让学生通过阅读课本了解到在25℃时，纯水中c(H+)=c(OH-)=10-7mol/L，然后引导学生利用数学坐标思维绘制如图1。学生很容易接受上图中点A的含义，这与他们所学的数学知识很容易接洽。室温时溶液呈中性，根据前面的教学学生很容易找到这个A点。接下来，顺着学生认知方向递进，给出信息，即在100℃时纯水中的c(H+)=c(OH-)=1×10-6mol/L，引导学生在坐标轴上标出B点（如图2）。在描点的过程中，学生很容易通过图形理解升高温度，水的电离平衡向正方向移动，c(H+)和c(OH-)增大，但纯水仍为中性等知识。
其实，这种二维坐标的数学方法在化学教学中应用极为广泛，如元素化合物中“价—类”二维图的应用、化学反应速率和平衡中“速率—时间”或“转化率—时间”等二维坐标图的应用、酸碱中和滴定中“pH—酸碱体积”二维坐标图的应用等不胜枚举。这些数学坐标图的巧妙应用，为化学知识的表达呈现提供了比文字信息更简洁、直观、高效、多样的方式，极大地促进了化学的教与学。
二、 线——正比函数，简化思维过程
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图3
在引导学生理解中性溶液中水的电离情况时，让学生用一条线把A、B两个点串起来得到一直线，在直线上再标出 C点（如图3）。在询问和思考该直线的含义时，就把溶液呈中性这一概念扩大了。学生也很容易从数学角度直观地感受到，只要溶液中C(H+)=C(OH-)，无论其具体浓度和pH是多大，那么溶液都呈中性。通过图像也能看到，有无数个满足中性条件的点，C点只是这无数个点的代表。这样就把点的零碎孤立表征，上升到了线这个“集合”的更本质的角度，使学生的思维得到了一次升华。
值得一提的是，由于正比函数图像的简单直观等优点，化学中经常把一些数据专门通过取对数等数学手段处理，从而使相关图像“化曲为直”，如有关难溶电解质的溶解平衡图像等。
三、面——数形结合，强化知识应用
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图4
在突破“水的电离与溶液的酸碱性的关系”这一难点时，则可以在“线”的基础上进一步升华，即由“线”分割出“面”，“面”所涵盖的点就更多了，因而所展示的信息就更丰富、更具有概括性了。如图4，在这幅图里这些点又有着不同的化学属性，“线”左上方、“线”右下方分别分割出了“碱区”与“酸区”。通过这幅图，学生对酸碱性的区分有了更清晰直观的概念：当溶液中C(H+) > C(OH-)时，溶液都显酸性，C(H+) < C(OH-)时溶液都显碱性。同时还可借助图像让学生在酸区、碱区中认识Kw的特点和使用范围，使学生对水的电离与溶液酸碱性的关系认知再次得到升华和直观化。
总之，数学思维能有效提高学生的逻辑思维能力、空间想象能力、本质抽象能力，以及对知识呈现和理解的直观化水平，从而提高分析问题、解决问题的能力，而且这种数学思维具有广泛持久的迁移价值。因此，在化学教学中应积极运用数学知识（如坐标、数轴、集合、图形、方程等）分析和解决定量问题，积极运用数学思维方法（如逻辑演绎、抽象建模等）提高学生对化学知识的深度理解和应用，引导学生建立定量分析和数形结合的数学意识。这种跨学科思维和实践既新鲜有趣，又加强了数学与化学学科的交叉联系，能有效地开发学生智力，培养学生的科学态度与科学方法 ，最终有利于学生思维能力和核心素养的全面提高。
参考文献:
[1]欧宝生.中学化学教学中的数学思想方法.《教育现代化》,2017-44-168
[2]金岩.数学思维方法在化学中的应用.《中学教学参考》，2014
[3]代霞.浅析数学知识在化学教学中的应用.青年时代