学科融合背景下以数学为工具促进高中化学学科教学

引言：

现代教育理念强调学科间融合贯通打破传统割裂式学科壁垒，高中化学学习中学生常因数学能力不足而难以深入理解化学概念及解决复杂问题。数学作为自然科学通用语言，其思维模式、分析工具及计算方法能有效助力化学学科教学。探究从数学思维融入、数学工具支撑、数学模型优化三方面入手，系统探讨数学为工具促进高中化学教学具体路径，期望通过学科融合视角为化学教学注入新活力，培养学生科学素养与跨学科能力。

一、数学思维融入化学课堂策略探索

数学思维融入化学课堂需从教学设计与课堂实施两方面进行系统规划，教师先应挖掘课程内在数学元素，如化学平衡涉及函数关系、反应速率关联导数概念等，编制教学材料时突出这些数学关联点。课堂上可以采用问题导向式教学法，引导学生运用比例思维解析化学方程式计算、借助函数关系分析溶液浓度变化趋势等。化学反应速率教学中，教师应当设计实验让学生采集反应物浓度随时间变化数据，引导学生建立函数模型，通过求导分析速率变化规律从而使抽象概念具象化。化学平衡教学可以通过探究式活动，引导学生观察平衡常数变化与反应条件关系，利用数学逻辑推理能力分析平衡移动方向培养学生系统思考能力，这种融合教学打破学科界限，使学生认识到学科间内在联系形成融会贯通思维模式。

数学思维融入化学课堂还需注重多元评价机制建立与学习环境创设，教师应当设计包含数学分析元素评价任务，如让学生利用统计学方法处理实验数据，用图像法分析热化学数据变化趋势等。课外活动设计中教师应当组织化学数学联合实验室，鼓励学生运用数学工具探究化学现象背后规律，例如指导学生通过回归分析建立浓度与吸光度关系曲线预测未知样品浓度，引导学生利用微积分知识分析化学动力学实验数据确定反应级数与速率常数。这类跨学科学习活动有助于培养学生综合运用多学科知识解决实际问题能力，形成较强学科整合意识。与此同时教师应创设开放性学习氛围，鼓励学生提出创新性问题与解决方案培养其批判性思维与创新能力，进而推动学生形成跨学科学习兴趣与能力。

二、数学工具支撑化学概念方法设计

数学工具支撑化学概念学习中教师应注重学科知识结构关联与思维迁移，将数学思想巧妙融入化学教学情境，高中化学教学可以应用数学中数轴思维、函数关系等工具构建化学概念框架，使抽象内容具象化。电子轨道填充原理解析时周期表可视为多维空间结构，通过群论思想帮助学生理解元素排布规律，反应平衡过程讲解中函数分析工具可以展现平衡点如何随条件变化而移动，原子结构教学中概率云模型能借助三维坐标系直观呈现。课堂设计应创设问题情境引导学生利用数学工具解析化学问题，如通过代数方程解决化学计量问题，利用函数关系分析浓度变化趋势，应用统计学方法处理实验数据培养学生跨学科思维能力。

人教版必修一海水中的钠氯元素教学案例中教师应当巧妙应用数学工具支撑概念构建，引入课题时设计海水提取问题，让学生思考从浓度已知海水中提取氯化钠所需操作步骤。通过比例思维工具学生可以计算溶解度与结晶析出条件，利用质量守恒原理建立物料平衡方程，分析各步骤物质转化关系。讲解钠元素活泼性时引入数学中趋势分析思想，通过电子构型变化规律解释金属活泼性周期变化，讲解氯元素性质时运用函数思维分析氯气氧化性随温度变化趋势，帮助学生建立概念间联系。实验教学环节应用统计分析工具处理氯气制取实验数据，引导学生建立气体体积与温度、压强关系数学模型，通过几何模型解析氯化钠晶体结构，让学生直观理解离子键本质。这种教学不但能提高学习兴趣和课堂效率，更能帮助学生形成积极的人生态度和正确的价值观，为学生的未来发展奠定坚实基础。

三、数学模型优化化学实验路径构建

数学模型优化化学实验教学中教师应构建系统化实验设计方案，将数学思想贯穿实验全过程，化学实验前期设计阶段引入正交试验法确定关键变量，运用概率统计思想合理安排实验组别避免盲目性。实验实施阶段借助函数关系记录实验现象变化趋势，通过数学图像直观呈现实验过程，实验数据处理阶段应用回归分析建立变量间数学模型，利用误差分析评估实验可靠性。化学实验教学还需注重培养学生实验设计能力，引导学生运用控制变量法设计实验方案，利用数学优化思想精简实验步骤提高实验效率。实验结果分析环节教师应鼓励学生建立数学模型解释实验现象，通过曲线拟合分析变量关系，利用微分思想探究变化速率。实验拓展阶段引导学生基于已有实验结果构建预测模型，推断未测条件下可能结果，培养学生科学预测能力与创新思维，实现实验教学从验证性向探究性转变提升学生科

学探究素养。

人教版必修二有机化合物教学中数学模型可以显著优化实验教学效果，以乙醇氧化实验为例教师应当设计探究性问题：不同条件下乙醇氧化产物差异及转化率如何？实验设计阶段引导学生运用排列组合思想确定实验变量（氧化剂种类、温度、催化剂等）组合方式，通过正交设计减少实验次数同时获取全面信息，实验操作阶段引入函数思想记录反应速率随温度变化关系，建立反应动力学模型。苯及其衍生物实验教学中应当引入分子对称性几何模型解释苯环稳定性，通过空间构型分析预测取代基位置效应，利用数学统计方法分析不同取代基对苯环活性影响，建立构效关系预测模型。有机合成实验中应用图论思想设计合成路线，通过路径优化算法确定最佳合成策略，应用热力学模型分析反应自发性，预测产物分布。实验评价环节引导学生运用误差分析方法评估实验结果可靠性，通过方差分析比较不同条件下产率差异显著性，培养学生严谨科学态度。

结论：

学科融合背景下以数学为工具促进高中化学教学探究表明，数学思维融入化学课堂、数学工具支撑化学概念、数学模型优化化学实验三方面协同作用能有效提升化学教学效果。通过建立数学与化学间知识桥梁帮助学生形成跨学科思维方式，克服单一学科局限性，此种融合教学模式不仅提升学生化学学习兴趣与效率还培养其科学素养与创新能力。未来教学实践中应进一步探索符合认知规律融合模式构建系统化课程体系，促进学生全面发展，为培养复合型创新人才奠定基础。

参考文献：

[1] 高育晓 , 教育硕士 .STEM 教学模式下高中化学教学设计研究 [D].石河子大学 [2025-07-03].

[2] 邢瑞敏 , 郭统 , 刘山虎 . 学科融合理念下的高中化学教学思考 [J].中学化学教学参考 , 2021(2):1-3.

[3] 王昕禹, 金京一. 学科交叉背景下高中化学跨学科教学研究——以”金属的腐蚀”为例 [J].Advances in Education, 2024, 14.