物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論下提升高中化學(xué)育人效果的策略探究

摘 要：高中化學(xué)是一門(mén)研究物質(zhì)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、反應(yīng)和變化的學(xué)科，需要學(xué)生能夠從不同層次進(jìn)行化學(xué)物質(zhì)多樣性的認(rèn)識(shí)，從原子、分子的視角進(jìn)行物質(zhì)性質(zhì)、組成、結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，理解高中化學(xué)反應(yīng)變化過(guò)程的本質(zhì)原理，從而幫助學(xué)生形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的化學(xué)觀念。本文主要從物質(zhì)結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，體現(xiàn)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的知識(shí)功能，提升化學(xué)教學(xué)的育人效果，培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。

關(guān)鍵詞：物質(zhì)結(jié)構(gòu);高中化學(xué);育人效果

教育部《關(guān)于全面深化課程改革 落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù)的意見(jiàn)》中明確指出，研究提出各個(gè)學(xué)段學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)體系，明確學(xué)生應(yīng)具備的適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。因此，高中化學(xué)教師也要注重化學(xué)學(xué)科的育人功能，將高中化學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)和學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)統(tǒng)一起來(lái)。作為“從原子、分子水平研究物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、轉(zhuǎn)化及其應(yīng)用的一門(mén)基礎(chǔ)學(xué)科”，物質(zhì)結(jié)構(gòu)觀念是高中化學(xué)核心素養(yǎng)的組成部分，在提升化學(xué)育人能力方面具有重要作用，教師要關(guān)注化學(xué)學(xué)科特點(diǎn)，發(fā)揮化學(xué)結(jié)構(gòu)的理論知識(shí)功能，提升化學(xué)教學(xué)的育人能力。

一、 結(jié)構(gòu)分析，形成認(rèn)識(shí)物質(zhì)結(jié)構(gòu)觀念

物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)是化學(xué)的基本觀念，在高中化學(xué)教學(xué)中，教師要以學(xué)生的自主思考和發(fā)展為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生在現(xiàn)有化學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，遷移學(xué)生的知識(shí)和技能，幫助學(xué)生更好地認(rèn)識(shí)化學(xué)物質(zhì)結(jié)構(gòu)觀念。這樣更有利于學(xué)生理解化學(xué)的本質(zhì)，豐富學(xué)生的知識(shí)，讓學(xué)生能夠感受到化學(xué)知識(shí)中蘊(yùn)含的思想觀念，方法和思維方式，彰顯化學(xué)教學(xué)的育人功能，而化學(xué)“物質(zhì)結(jié)構(gòu)”理論知識(shí)作為化學(xué)學(xué)科區(qū)別于其他學(xué)科的顯著特點(diǎn)，發(fā)揮其作用需要教師運(yùn)用具體的教學(xué)方法，加強(qiáng)學(xué)生微觀與宏觀之間的聯(lián)系，幫助學(xué)生構(gòu)建物質(zhì)結(jié)構(gòu)觀念。

比如在學(xué)習(xí)甲烷（CH4）知識(shí)的時(shí)候，教師可以讓學(xué)生依據(jù)以往的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)甲烷的分子式猜測(cè)甲烷分子的空間構(gòu)型，并讓學(xué)生說(shuō)出理由。有的學(xué)生認(rèn)為甲烷可能為平面正方形結(jié)構(gòu)，有的學(xué)生認(rèn)為甲烷可能為正四面體構(gòu)型，還有的學(xué)生認(rèn)為甲烷為正四棱錐構(gòu)型等，學(xué)生紛紛發(fā)表自己猜測(cè)的依據(jù)和觀點(diǎn)。教師可以引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)自己的猜測(cè)進(jìn)行驗(yàn)證，學(xué)生通過(guò)甲烷的二氯取代物來(lái)驗(yàn)證證明甲烷的空間構(gòu)型，通過(guò)球棍模型演練，不同空間構(gòu)型的甲烷二氯取代物結(jié)構(gòu)表現(xiàn)不同，其中平面正方形和正四棱錐構(gòu)型的二氯取代物有兩種結(jié)構(gòu)，正四棱錐構(gòu)型的二氯取代物有一種結(jié)構(gòu)，通過(guò)相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，甲烷的二氯取代物只有一種空間構(gòu)型，因此可以確定甲烷為正四面體。

通過(guò)對(duì)比反應(yīng)后的產(chǎn)物結(jié)構(gòu)，不僅有利于學(xué)生將所學(xué)的化學(xué)知識(shí)融會(huì)貫通，掌握化學(xué)變化的規(guī)律，同時(shí)也讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到物質(zhì)結(jié)構(gòu)在物質(zhì)性質(zhì)中的關(guān)鍵作用，幫助學(xué)生構(gòu)建物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)觀念，促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的形成。

二、 結(jié)構(gòu)探究，培養(yǎng)空間想象能力

物質(zhì)的結(jié)構(gòu)對(duì)物質(zhì)的性質(zhì)具有決定性作用，因此在進(jìn)行化學(xué)結(jié)構(gòu)探究的時(shí)候，教師要引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)物質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，提取有用的信息，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力，實(shí)現(xiàn)化學(xué)的育人功能。以“分子晶體”教學(xué)為例，教師可以讓學(xué)生根據(jù)下面的信息，推測(cè)在干冰中，每個(gè)二氧化碳分子周圍有多少個(gè)等距相鄰的二氧化碳分子？

教師：干冰是二氧化碳的固態(tài)形式，一般通過(guò)壓縮二氧化碳?xì)怏w成液態(tài)后，經(jīng)過(guò)膨脹得到，由于和冰非常相似，因此而得名“干冰”，干冰晶體的結(jié)構(gòu)如圖所示。

學(xué)生1：干冰和冰外觀相似，因此干冰也是分子晶體，根據(jù)干冰的晶體結(jié)構(gòu)可以得出每個(gè)二氧化碳分子周圍有8個(gè)等距相鄰的二氧化碳分子。

學(xué)生2：干冰是分子晶體，但是圖1的結(jié)構(gòu)只是干冰的一個(gè)晶胞，干冰晶體是由無(wú)數(shù)個(gè)上面的結(jié)構(gòu)組成的，因此，以正方體頂點(diǎn)上的二氧化碳分子為例，與它相鄰的十二個(gè)面的中心各有一個(gè)二氧化碳分子，并且距離最短，因此每個(gè)二氧化碳分子周圍有12個(gè)等距相鄰的二氧化碳分子。

圖1 二氧化碳晶胞結(jié)構(gòu)圖

通過(guò)分析可以讓學(xué)生對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行空間想象和延伸，只有學(xué)生能夠?qū)⒁粋€(gè)頂點(diǎn)上的二氧化碳分子周圍沒(méi)有的7個(gè)正方體晶胞補(bǔ)充完整，二氧化碳分子周圍的最近的等距二氧化碳分子就出來(lái)了。因此，在進(jìn)行物質(zhì)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)的時(shí)候，教師要引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行充分的想象，對(duì)已有的信息進(jìn)行加工和分析，進(jìn)行合理的空間想象，從而解決問(wèn)題，培養(yǎng)空間想象能力。

三、 實(shí)驗(yàn)探究，實(shí)現(xiàn)化學(xué)育人功能

高中化學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)不僅有利于學(xué)生掌握化學(xué)規(guī)律，驗(yàn)證化學(xué)猜測(cè)和性質(zhì)，同時(shí)也能幫助學(xué)生形成科學(xué)的思維，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶骄繎B(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，操作能力和?wèn)題解決能力。在高中化學(xué)教學(xué)中，通過(guò)多樣化的學(xué)習(xí)活動(dòng)，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)碳原子的成鍵特點(diǎn)及有機(jī)物的碳骨架，滲透“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的化學(xué)觀念，體現(xiàn)化學(xué)的教學(xué)價(jià)值。

高中化學(xué)物質(zhì)結(jié)構(gòu)思想蘊(yùn)含在化學(xué)的物質(zhì)性質(zhì)、變化和應(yīng)用之中，教師可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，遵循化學(xué)物構(gòu)思想的基本思路，厘清物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論知識(shí)之間的內(nèi)在關(guān)系，即從微觀到宏觀：物質(zhì)（結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)決定用途）;從宏觀到微觀：物質(zhì)（用途反映性質(zhì)反映結(jié)構(gòu)），教師要對(duì)化學(xué)物構(gòu)理論知識(shí)進(jìn)行綜合考慮，通過(guò)化學(xué)的內(nèi)在邏輯關(guān)系和外在表現(xiàn)，設(shè)計(jì)課堂實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)化學(xué)育人功能。下面以“乙烯”知識(shí)為例，分別從乙烯的制法、乙烯的結(jié)構(gòu)、乙烯的用途和性質(zhì)等方面引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究，讓學(xué)生積極參與到活動(dòng)中去發(fā)現(xiàn)知識(shí)，感染學(xué)生的情感，提高化學(xué)教學(xué)的效率。

（一） 創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，激發(fā)學(xué)生興趣

在乙烯性質(zhì)學(xué)習(xí)的過(guò)程中，教師先給學(xué)生創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，展示用分解石蠟油制取乙烯的實(shí)驗(yàn)視頻，讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，思考一下石蠟油的分解實(shí)驗(yàn)中，哪些現(xiàn)象可以證明分解產(chǎn)物與烷烴（甲烷）具有相同的性質(zhì)，哪些現(xiàn)象可以證明分解產(chǎn)物又與烷烴（甲烷）具有不同的性質(zhì)？學(xué)生通過(guò)往分解產(chǎn)物中通入溴的四氯化碳溶液、酸性高錳酸鉀溶液、點(diǎn)燃等實(shí)驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)石蠟油的分解產(chǎn)物中具有與烷烴（甲烷）不同的性質(zhì)，從而引出烯烴的概念，遵循“觀察實(shí)驗(yàn)——探究現(xiàn)象——分析探究——得出結(jié)論”的自主探究思路，激發(fā)學(xué)生興趣，讓學(xué)生能夠認(rèn)識(shí)到物質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同導(dǎo)致了物質(zhì)性質(zhì)的差異，得出石蠟油的分解中還有烷烴和烯烴的結(jié)論，掌握乙烯的工業(yè)制法。

（二） 遷移化學(xué)思想，探究乙烯結(jié)構(gòu)

教師先給學(xué)生展示乙烯氣體，讓學(xué)生結(jié)合甲烷結(jié)構(gòu)的知識(shí)，猜測(cè)乙烯的分子結(jié)構(gòu)，根據(jù)乙烯的分子式進(jìn)行乙烯結(jié)構(gòu)式、電子式的書(shū)寫(xiě)。隨后，教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)價(jià)層電子對(duì)互斥理論，分析乙烯的空間構(gòu)型，并讓學(xué)生進(jìn)行實(shí)際操作，用球、棍等材料進(jìn)行乙烯分子球棍模型的構(gòu)建。在活動(dòng)中，學(xué)生可以根據(jù)“分子式——結(jié)構(gòu)式——立體模型”的活動(dòng)思路，逐步地了解乙烯的分子式、電子式、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式、結(jié)構(gòu)立體模型之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，強(qiáng)化原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)決定其分子結(jié)構(gòu)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)基本理論，讓學(xué)生能夠在活動(dòng)中親自體會(huì)“物質(zhì)層級(jí)構(gòu)造”的化學(xué)思想，幫助學(xué)生從抽象到具體，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜地逐步認(rèn)識(shí)乙烯的分子結(jié)構(gòu)，為后面的性質(zhì)探究奠定基礎(chǔ)。同時(shí)，可以利用三維立體動(dòng)畫(huà)模型，讓學(xué)生更加直觀地認(rèn)識(shí)加成反應(yīng)的本質(zhì)。

圖2 乙烯加成反應(yīng)三維立體動(dòng)畫(huà)過(guò)程截圖

（三） 展示生活實(shí)例，體現(xiàn)物質(zhì)價(jià)值

乙烯是工業(yè)生產(chǎn)中重要的化工原料，同時(shí)也是植物生長(zhǎng)的調(diào)節(jié)劑，各類水果的催熟劑。教師可以根據(jù)乙烯的生活應(yīng)用，給學(xué)生展示運(yùn)用乙烯為鮮果脫澀，讓學(xué)生直觀地感受到乙烯在生活中的實(shí)際作用，并讓學(xué)生思考乙烯作用于植物生長(zhǎng)和鮮果催熟的原理是什么？隨后，教師給學(xué)生展示生活中有關(guān)乙烯產(chǎn)品的圖片，并滲透有關(guān)乙烯工業(yè)的信息，讓學(xué)生明白乙烯在工業(yè)中的價(jià)值，乙烯的產(chǎn)量和一個(gè)國(guó)家石油工業(yè)發(fā)展水平之間的關(guān)系。同時(shí)，教師也讓學(xué)生進(jìn)行有關(guān)乙烯相關(guān)產(chǎn)品和應(yīng)用資料的收集，引導(dǎo)學(xué)生在活動(dòng)中進(jìn)行交流與互動(dòng)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)乙烯的了解，明白乙烯在工業(yè)生產(chǎn)、社會(huì)生活中的重要價(jià)值。

（四） 自主實(shí)驗(yàn)探究，強(qiáng)化結(jié)構(gòu)觀念

在明確乙烯的工業(yè)制法和生活應(yīng)用的基礎(chǔ)上，教師要通過(guò)問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生探究乙烯的化學(xué)性質(zhì)，讓學(xué)生對(duì)如何將乙烯轉(zhuǎn)變?yōu)橐蚁┗ぎa(chǎn)品有清晰的認(rèn)識(shí)，幫助學(xué)生建立理論和生活實(shí)踐之間的聯(lián)系，提高學(xué)生的性質(zhì)決定應(yīng)用觀念。在乙烯性質(zhì)的探究實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中，教師通過(guò)問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行乙烯化學(xué)性質(zhì)的分析和推斷，幫助學(xué)生更好地理解結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定應(yīng)用的觀念。探究問(wèn)題：第一，觀察乙烯燃燒的現(xiàn)象，試著說(shuō)明乙烯燃燒產(chǎn)生明亮火焰并生成大量黑煙的原因，寫(xiě)出乙烯燃燒的化學(xué)反應(yīng)方程式;第二，將乙烯通入溴的四氯化碳溶液中，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：溶液褪色，這是由于生成了無(wú)色的CH2BrCH2Br液體，那么，試著寫(xiě)出乙烯通入溴的四氯化碳溶液中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式，對(duì)比CH2BrCH2Br、乙烯和溴的分子結(jié)構(gòu)，將乙烯與溴發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程通過(guò)球棍模型表示出來(lái);第三，根據(jù)乙烯與溴的反應(yīng)，猜測(cè)一下在一定的化學(xué)條件下，乙烯是否可以和氯化氫氣體、氫氣、水等發(fā)生加成反應(yīng)，為什么？如果可以的話，寫(xiě)出它們反應(yīng)的化學(xué)方程式。第四，工業(yè)上常常在催化劑的作用下，讓乙烯分子之間進(jìn)行加聚反應(yīng)，從而生成聚乙烯，大家嘗試寫(xiě)一下聚乙烯的聚合反應(yīng)。乙烷和乙烯的結(jié)構(gòu)相似，那么乙烷是否也可以互相加聚反應(yīng)呢，為什么？

通過(guò)問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生展開(kāi)實(shí)驗(yàn)、互動(dòng)探究，可以讓學(xué)生掌握乙烯的主要化學(xué)性質(zhì)，認(rèn)識(shí)到物質(zhì)的性質(zhì)是物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的具體表現(xiàn)，體會(huì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識(shí)的內(nèi)涵，提高學(xué)生的探究能力，培養(yǎng)學(xué)生的思維品質(zhì)。

（五） 對(duì)比分析，構(gòu)建性質(zhì)與結(jié)構(gòu)聯(lián)系

乙烷和乙烯的微觀結(jié)構(gòu)相似，但是在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，鹵素單質(zhì)可以與乙烷發(fā)生取代反應(yīng)，而與乙烯發(fā)生加成反應(yīng)，結(jié)合下表中共價(jià)鍵的參數(shù)，對(duì)乙烷、乙烯與鹵素單質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的類型進(jìn)行解釋：

化學(xué)鍵鍵長(zhǎng)（m）鍵能（kJ/mol）

CC1.33×10-10615

C—C1.54×10-10348

C—H1.09×10-10414

結(jié)合表格和乙烷、乙烯的微觀結(jié)構(gòu)，學(xué)生更容易理解雙鍵中相對(duì)弱的共價(jià)鍵更容易斷裂，從而發(fā)生加成反應(yīng)，同時(shí)也容易被酸性高錳酸鉀溶液氧化，這樣，從微觀結(jié)構(gòu)的方面讓加深學(xué)生“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的認(rèn)識(shí)，遷移學(xué)生的化學(xué)思考，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

總之，在高中化學(xué)教學(xué)中，教師要發(fā)揮物構(gòu)理論知識(shí)的功能，讓學(xué)生在情境中、問(wèn)題中、實(shí)驗(yàn)中和探究中掌握化學(xué)的本質(zhì)規(guī)律，升華學(xué)生的情感，提升化學(xué)教學(xué)的育人能力。

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作者簡(jiǎn)介：

應(yīng)寧燕，福建省福州市，福州市屏東中學(xué)。