例談力學(xué)思維在高中化學(xué)中的應(yīng)用

摘要：為了幫助學(xué)生更好地理解高中化學(xué)中部分比較抽象的概念，在教學(xué)過(guò)程中引入力學(xué)的思維，通過(guò)教學(xué)實(shí)例，從電子、原子、離子、分子等層次，指出微粒間的力學(xué)現(xiàn)象，詮釋概念的內(nèi)涵。

關(guān)鍵詞：力學(xué)思維；抽象概念；作用力

文章編號(hào)：1008-0546（2016）12-0017-02 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.12.006

一、問(wèn)題的提出

化學(xué)是一門(mén)理論和實(shí)驗(yàn)并重的科學(xué)，化學(xué)概念是化學(xué)理論的重要組成，但很多化學(xué)概念的名稱比較抽象，例如氧化性、還原性，又如離子鍵、共價(jià)鍵等，這些概念與我們的語(yǔ)言表達(dá)習(xí)慣有很大的差異性，學(xué)生很難從字面上去揣摩概念的含義。面對(duì)這一現(xiàn)象，不同的教學(xué)者有不同的處理方法，例如背誦概念，逐漸消化；或者用習(xí)題帶出概念，通過(guò)辨析理解；或者詮釋字面意思，理解概念字面含義；或者編撰口訣，順溜記憶……表面上這些方法殊途同歸，都能達(dá)到幫助學(xué)生理解抽象概念的目的。但筆者認(rèn)為，這些方法都停留在字面的含義，卻沒(méi)有提示化學(xué)的內(nèi)涵，在培養(yǎng)學(xué)生的分析能力和理解能力上也是比較欠缺的?；瘜W(xué)世界是一個(gè)物質(zhì)的世界，不管是電子之間的作用，還是原子或分子間的作用，都普遍存在“力”學(xué)現(xiàn)象，而“力”是高中學(xué)生較為熟悉的一個(gè)基本概念，因此筆都在教學(xué)過(guò)程中，面對(duì)部分抽象概念，從力學(xué)角度進(jìn)行分析，起到了事半功倍的作用，以下是筆者的若干教學(xué)片段，在此以作引玉之用。

二、教學(xué)案例的實(shí)施

1. 氧化性與還原性

學(xué)生在初三時(shí)學(xué)過(guò)反應(yīng)過(guò)程中“得氧”和“失氧”的情況，而上了高中的第一個(gè)學(xué)期（以人教版為例）便系統(tǒng)學(xué)習(xí)氧化還原反應(yīng)，學(xué)生很難把氧化與得電子、還原與失電子聯(lián)系起來(lái)，總覺(jué)得這兩個(gè)性質(zhì)與得失電子是風(fēng)馬牛不相及的，筆者了解到學(xué)生的迷惑之后，引導(dǎo)學(xué)生從“得電子能力”和“失電子能力”角度進(jìn)行分析，物質(zhì)具有氧化性，則表示它具它對(duì)電子具有吸引力，能吸引電子，吸引力越強(qiáng)，則表明氧化性越強(qiáng)，同理，還原性則表示物質(zhì)對(duì)電子的吸引能力較弱，電子容易脫離，吸引能力越弱，則表明還原性越強(qiáng)[1]。筆者發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)這一分析，學(xué)生似乎找到了思維的著力點(diǎn)。而在這個(gè)基礎(chǔ)上，學(xué)生對(duì)一些疑難問(wèn)題也能利用力的思維進(jìn)行思考，例如在比較K+和Na+的氧化性時(shí)，學(xué)生結(jié)合鉀原子易失電子，推出K+對(duì)電子的吸引力小，氧化性較弱。

2. 酸性與堿性

對(duì)于酸堿性，不同的學(xué)派有不同的定義標(biāo)準(zhǔn)，高中化學(xué)傾向于質(zhì)子酸堿理論，并且做了更小范圍的約定，即酸電離出的陽(yáng)離子只有氫離子，堿電離出的陰離子只有氫氧根，但是講授酸堿性時(shí)，學(xué)生就開(kāi)始有些難以接受。顯然，如果只是讓學(xué)生強(qiáng)行記憶酸堿反應(yīng)的一般規(guī)律和化學(xué)方程式，雖然能勉強(qiáng)應(yīng)付一般的考試，但學(xué)生對(duì)酸堿性的理解是不到位的。筆者認(rèn)為，酸堿性可以從質(zhì)子與電子、陽(yáng)離子與陰離子的作用力角度進(jìn)行理解。例如氫離子易與氫氧根反應(yīng)，可推斷氫離子與氫氧根離子存在較強(qiáng)的吸引力，而氫離子能與鈉反應(yīng)氫換出氫氣，也同樣說(shuō)明氫離子結(jié)合電子的能力強(qiáng)于鈉離子結(jié)合電子的能力，氫離子能與碳酸鹽反應(yīng)，也同樣是因?yàn)闅潆x子與碳酸根的吸引力更強(qiáng)。雖然學(xué)生還沒(méi)有學(xué)過(guò)電離能、晶格能等概念，但利用力學(xué)思維，從微觀角度去探究酸堿性的反應(yīng)本質(zhì)，能促進(jìn)學(xué)生思考分析能力的提升，有助于后續(xù)的學(xué)習(xí)研究。

3. 離子鍵、共鍵價(jià)和氫鍵

對(duì)于化學(xué)鍵，教材從離子、原子之間的相互作用進(jìn)行描述，在此基礎(chǔ)上，筆者利用“力”的概念對(duì)這兩種離子鍵和共價(jià)鍵進(jìn)行了解析。在講授離子鍵時(shí)，筆者利用教材中鈉與氯氣反應(yīng)的例子，畫(huà)出鈉離子和氯離子的結(jié)構(gòu)示意圖，學(xué)生已經(jīng)了解質(zhì)子帶正電荷，而電子帶負(fù)電荷，筆者提問(wèn)學(xué)生，當(dāng)兩個(gè)離子相互靠近時(shí)，會(huì)有哪些作用力？在畫(huà)原子結(jié)構(gòu)示意圖之前，學(xué)生認(rèn)為鈉離子和氯離子的正負(fù)電荷相互吸引形成了離子鍵，但是在觀察結(jié)構(gòu)示意圖之后，有學(xué)生便提出，電子和電子之間會(huì)相互排斥……經(jīng)過(guò)討論分析之后，筆者和學(xué)生都達(dá)成共識(shí)，即離子鍵是引力和斥力的平衡狀態(tài)。帶著這種思維方式學(xué)習(xí)共價(jià)鍵時(shí)，學(xué)生同樣能從微觀角度理解電子和質(zhì)子間的簡(jiǎn)單受力情況。而在學(xué)習(xí)雙原子分子的共價(jià)鍵時(shí)，筆者引導(dǎo)學(xué)生從原子對(duì)電子的吸引力是否相同的角度，輕而易舉地推出極性共價(jià)鍵和非極性共價(jià)鍵。

氫鍵雖然不同于化學(xué)鍵，但同樣存在靜電引力問(wèn)題。以水為例，氫氧共價(jià)鍵中，共用電子對(duì)明顯偏向于氧原子，導(dǎo)致氧原子顯出負(fù)電性（不是完整的電荷），而氫原子顯出正電性（不是完整的電荷），相鄰分子間的氫原子和氧原子之間存在比較弱的靜電引力，從而形成氫鍵。

4. 溶解與萃取

高中階段沒(méi)有展開(kāi)學(xué)習(xí)溶解性的原理，僅僅對(duì)部分典型物質(zhì)的溶解度作定性的描述。雖然學(xué)生對(duì)溶解原理，對(duì)分子間的作用力并不了解，但筆者認(rèn)為，在不加重學(xué)生負(fù)擔(dān)的基礎(chǔ)上，適當(dāng)?shù)匾胛⒂^角度的“受力分析”，可以幫助學(xué)生更好地理解溶解方面的問(wèn)題。例如在講授萃取碘水時(shí)，從概念角度理解是比較抽象，而且學(xué)生迷惑，為什么溶質(zhì)會(huì)從溶解度小的溶劑中轉(zhuǎn)移到溶解度大的溶劑呢？筆者引導(dǎo)學(xué)生從分子間作用力角度去理解，即碘單質(zhì)易溶于有機(jī)溶劑，說(shuō)明碘分子與有機(jī)分子間的吸引力較大，而碘分子與水分子的間吸引較小，當(dāng)在碘水中加入四氯化碳，四氯化碳分子則奪取了水中的碘分子。筆者沒(méi)有引入水分子、碘分子和四氯化碳的晶體類型和分子間的作用力類型，只是從宏觀的溶解度大小推斷吸引力的大小，從而推斷兩種溶劑對(duì)溶質(zhì)的溶解能力不同。

5. 膠體的聚沉

對(duì)于膠體的聚沉，學(xué)生都比較熟悉，即加熱、加電解質(zhì)、加入膠體粒子帶相反電荷的膠體。但是筆者不希望學(xué)生這樣生硬地記憶，同樣引導(dǎo)學(xué)生從力學(xué)角度進(jìn)行思考。膠體是一種介穩(wěn)性的分散系，膠體粒子處于1～100nm之間，同種膠體粒子帶相同的電荷，在膠體粒子本身相互排斥力、水分子的作用力和重力的作用下達(dá)到平衡狀態(tài)，作無(wú)規(guī)則的布朗運(yùn)動(dòng)，在一段時(shí)間內(nèi)可以保持穩(wěn)定的狀態(tài)。但是加入電解質(zhì)或膠體粒子帶相反電荷的膠體，中和了膠體粒子表面的電荷，膠體粒子有機(jī)會(huì)碰撞形成更大的粒子，當(dāng)大于100nm時(shí)，受重力的作用發(fā)生聚沉；而加熱，使水分子、膠體粒子的能量升高，運(yùn)動(dòng)速度增大，分子碰撞成大顆粒的機(jī)會(huì)也增大，也有可能發(fā)生聚沉。

三、小結(jié)

力學(xué)現(xiàn)象普遍存在于物質(zhì)世界中，化學(xué)物質(zhì)的形成與變化往往也伴隨著各種力學(xué)現(xiàn)象，但由于化學(xué)變化是一個(gè)微觀過(guò)程，不適合于利用作用點(diǎn)、大小和方向等力的要素進(jìn)行分析。盡管如此，由于學(xué)生在物理學(xué)上已經(jīng)學(xué)過(guò)力的概念，在生活中對(duì)“力”也有豐富的生活體驗(yàn)，此時(shí)將力學(xué)思維引化學(xué)課堂，能幫助學(xué)生間接地接納部分文字比較抽象的概念，起到思維的橋梁作用，可謂柳暗花明。但值得一提的是，由于學(xué)生的化學(xué)底子薄，沒(méi)有學(xué)過(guò)原子軌道理論，也基本沒(méi)有學(xué)過(guò)原子、離子、分子間的作用力的知識(shí)，因此筆者在教學(xué)過(guò)程基本不涉及大學(xué)化學(xué)知識(shí)，只是提出“力”的思維方式，讓學(xué)生嘗試從不用的角度去觀察化學(xué)現(xiàn)象，在觀察與思考過(guò)程中，逐漸培養(yǎng)微觀、科學(xué)的思維習(xí)慣。

參考文獻(xiàn)

[1] 林增輝. 化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)方式[J]. 教學(xué)與管理，2015（28）