例析基于想象力培養(yǎng)的化學(xué)教學(xué)

顏標(biāo)峰

摘要：微觀結(jié)構(gòu)決定宏觀性質(zhì)，結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系通常通過靜態(tài)呈現(xiàn)的方式予以建構(gòu)。文章關(guān)注此關(guān)系建構(gòu)過程中的想象過程，以碳單質(zhì)結(jié)構(gòu)和大分子鏈狀結(jié)構(gòu)為知識(shí)栽體，凸顯化學(xué)教學(xué)中想象力的培養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生化學(xué)想象力的長遠(yuǎn)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：想象力；結(jié)構(gòu)；性質(zhì)

文章編號(hào)：1008-0546（2017）12-0023-02 中圖分類號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.12.007

微觀結(jié)構(gòu)決定宏觀性質(zhì)，這是化學(xué)學(xué)習(xí)的核心觀念之一。在教材文本中，物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)通常以圖片等靜態(tài)形式呈現(xiàn)，教師在解讀文本時(shí)，在靜態(tài)呈現(xiàn)的觀念下，更為側(cè)重的是結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)、性質(zhì)反映結(jié)構(gòu)的化學(xué)結(jié)論，卻忽視了這一觀念的動(dòng)態(tài)形成中最生動(dòng)、最有趣的想象過程。

微觀結(jié)構(gòu)是學(xué)生難以直接觀察到的，需要借助想象力去感受，在感受物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的過程中，學(xué)生可以體會(huì)到想象的樂趣、化學(xué)的神奇和大自然的魅力。因此，在化學(xué)教學(xué)的過程中，教師要有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注實(shí)驗(yàn)過程，通過宏觀現(xiàn)象的展現(xiàn)，想象和理解微觀結(jié)構(gòu)的特征。這種動(dòng)態(tài)想象的微觀結(jié)構(gòu)教學(xué)，對(duì)促進(jìn)學(xué)生化學(xué)想象力的長遠(yuǎn)發(fā)展有重要的意義。

筆者在碳單質(zhì)結(jié)構(gòu)和大分子鏈狀結(jié)構(gòu)的教學(xué)過程中，嘗試動(dòng)態(tài)想象的教學(xué)形式，引導(dǎo)學(xué)生通過想象，感受宏觀的性質(zhì)與微觀結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

一、化學(xué)想象力與碳單質(zhì)的結(jié)構(gòu)

大小相同的木塊和海綿，同時(shí)放入水中，一段時(shí)間后，將兩者取出，發(fā)現(xiàn)木塊表面潤濕，海綿充分吸水。通過這一對(duì)比實(shí)驗(yàn)，可以得出什么結(jié)論？學(xué)生發(fā)揮想象力，體會(huì)到海綿孔隙多，吸附水的效果更好，物質(zhì)的吸附性與疏松多孔的結(jié)構(gòu)有關(guān)。為了更好地感受疏松多孔的炭的吸附性，筆者現(xiàn)場(chǎng)制備多孔炭：在燒杯中加入少量白糖，滴加數(shù)滴水，加入濃硫酸，攪拌，燒杯內(nèi)物質(zhì)體積迅速膨脹，制備得到“黑面包”，即疏松多孔的炭。取一小塊多孔炭，放在盛裝有二氧化氮紅棕色氣體的集氣瓶中，一段時(shí)間后，紅棕色褪去，證明多孔炭具有較好的吸附性。

在平面幾何圖形中，什么圖形的穩(wěn)定性最好？三角形。如果四個(gè)面都是穩(wěn)定的三角形，穩(wěn)定性也會(huì)很好，所以，立體幾何中的正四面體非常穩(wěn)定。無數(shù)個(gè)正四面體連接在一起，就是碳單質(zhì)中赫赫有名的金剛石的結(jié)構(gòu)。學(xué)生從三角形到無數(shù)正四面體連接在一起的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不斷發(fā)揮想象力，感受金剛石結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

通過觀察石墨單質(zhì)的形態(tài)，學(xué)生注意到石墨是一種細(xì)鱗片狀的固體。細(xì)鱗片狀的固體，在微觀上對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)具有什么特點(diǎn)？正像鱗片疊合一樣，石墨是層狀結(jié)構(gòu)。一層一層的結(jié)構(gòu)，如同一疊紙，層與層之間可以滑動(dòng)，石墨具有滑膩感在這種結(jié)構(gòu)的想象下，不難理解。

足球烯是新型碳單質(zhì)的代表物，60個(gè)碳原子形成閉合籠狀結(jié)構(gòu)。這樣中空的球體結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)應(yīng)哪些性質(zhì)？球體易滾動(dòng)，抓一把足球烯在手上，一定無比潤滑，“分子滾珠”名副其實(shí)；中空結(jié)構(gòu)，好似微型的小籠子，可以裝入分子，表現(xiàn)一定的吸附性。C₆₀分子極小，雖不能直接觀察，但通過化學(xué)想象力，學(xué)生“看”到了它的性質(zhì)。

以物質(zhì)的宏觀性質(zhì)為認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)，學(xué)生在化學(xué)想象力的作用下，感受到物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)。在這一過程中，學(xué)生不斷發(fā)出驚嘆，驚嘆于化學(xué)結(jié)構(gòu)的精妙，更驚嘆于化學(xué)學(xué)習(xí)中想象空間的魅力。

二、化學(xué)想象力與大分子鏈狀結(jié)構(gòu)

在講解“蛋白質(zhì)”時(shí)，把雞蛋敲開，將蛋清緩緩倒入盛有水的燒杯中，在整個(gè)過程中觀察到的現(xiàn)象有哪些？學(xué)生注意到燒杯中的蛋清與水分層，并且在水的下層，蛋清密度比水大；此外，下層的蛋清呈淺黃色，是一種透明、粘稠的液體。表觀的物理性質(zhì)通過簡單的實(shí)驗(yàn)即可完整呈現(xiàn)，很多教師至此戛然而止，殊不知，這一實(shí)驗(yàn)中蘊(yùn)含豐富的化學(xué)想象空間。

教師引導(dǎo)學(xué)生調(diào)動(dòng)生活經(jīng)驗(yàn)，將一碗大米和一碗面條分成兩份，操作時(shí)的情形是否相同？學(xué)生發(fā)現(xiàn)，米粒傾倒時(shí)比較順利，一顆一顆完全脫離開；面條的黏連現(xiàn)象嚴(yán)重，彼此牽扯，難以分開。同理，如果將水傾倒入燒杯，停止傾倒的動(dòng)作后，水流立刻終止，可以想象，一顆一顆如米粒一樣的水分子在傾倒時(shí)完全脫離；如果將雞蛋清倒入燒杯，停止傾倒時(shí)，蛋清會(huì)拉扯出細(xì)絲，不會(huì)戛然而止，可以想象，一線一線如面條的蛋白質(zhì)分子彼此黏連。以此類比，學(xué)生在想象中可以領(lǐng)會(huì)到水分子的“顆?！睜詈偷鞍踪|(zhì)分子的鏈狀結(jié)構(gòu)。透過一個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)和類比，學(xué)生在化學(xué)想象力的作用下，可以清晰地“看”到蛋白質(zhì)大分子的長鏈。

在化學(xué)想象力的眼光下，學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)更為美妙和神奇的物質(zhì)世界。糯米和粳米的主要成分都是淀粉，在熬粥時(shí)，粳米粥和糯米粥都會(huì)變粘稠，當(dāng)中萬千纏繞的長鏈分子仿佛就在學(xué)生的眼前不斷游動(dòng)。糯米的粘性比粳米要強(qiáng)，糯米中淀粉的長鏈比粳米中淀粉的長鏈要更易黏連，支鏈淀粉和直鏈淀粉的區(qū)別呼之欲出。

鏈狀結(jié)構(gòu)不僅存在于有機(jī)物中，很多無機(jī)物也有鏈狀結(jié)構(gòu)。將稀鹽酸滴加到硅酸鈉溶液中，會(huì)生成硅酸，出現(xiàn)沉淀，當(dāng)硅酸濃度較大時(shí)，沉淀逐漸聚合為軟而透明的、膠凍狀的硅酸凝膠。大部分沉淀是顆粒狀的，例如碳酸鈣沉淀，將其蒸干并提純后，得到的是白色粉末；硅酸的凝膠狀沉淀，粘稠度更高，學(xué)生不難想象，當(dāng)中存在硅酸的鏈狀結(jié)構(gòu)。

加熱單質(zhì)硫至融化，緩緩將其倒入水中，形成彈性硫，分子結(jié)構(gòu)由原來的環(huán)形結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)殚L鏈結(jié)構(gòu)；生活中非常熟悉的蔗糖晶體，加熱后會(huì)逐漸變?yōu)樘窍?，隨著溫度升高，糖稀的粘稠度不斷增大，蔗糖的變化是否類似于硅酸？分子間脫水后，形成長鏈形分子。這些結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化的新視角，學(xué)生在發(fā)揮化學(xué)想象力的前提下，都可以充分體驗(yàn)。

愛因斯坦說：“想象力比知識(shí)更重要，因?yàn)橹R(shí)是有限的，而想象力概括著世界上的一切，推動(dòng)著進(jìn)步，而且是知識(shí)進(jìn)化的源泉?！狈e極引導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮化學(xué)想象力，對(duì)化學(xué)中的一些現(xiàn)象進(jìn)行創(chuàng)造性的思考，感受化學(xué)中宏觀世界與微觀世界的聯(lián)系，是當(dāng)代創(chuàng)新型教師的重要?dú)v史責(zé)任。endprint