選擇性必修課程《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》模塊教學(xué)初探

周恩偉

摘 要：自教育部頒布2017年版《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》以后，新一輪課程改革正在全國范圍內(nèi)開展，新課程將于2019年秋季正式實(shí)施。其中，《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》模塊內(nèi)容變化最大，這將給教學(xué)帶來一定挑戰(zhàn)。本文以2017版課標(biāo)為指導(dǎo)，對該模塊課標(biāo)要求進(jìn)行初步的解讀，對課程內(nèi)容知識(shí)體系進(jìn)行基本分析，同時(shí)對今后教學(xué)對策進(jìn)行初步的探究。

關(guān)鍵詞：2017版課標(biāo);物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì);教學(xué)

當(dāng)前，新一輪課程改革正在開展，教材的內(nèi)容結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大的改變，各模塊的教學(xué)要求也有了一定的變化。對于浙江省高中生而言，《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》模塊的內(nèi)容上升到了前所未有的重要地位。

通過比較2017版課標(biāo)[1]與2003版課標(biāo)[2]中對化學(xué)學(xué)科概念的定義，我們發(fā)現(xiàn)，新課標(biāo)拓寬了化學(xué)學(xué)科的定義，強(qiáng)調(diào)了物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，在化學(xué)的特征上突出了從微觀層次認(rèn)識(shí)物質(zhì)。

一、模塊課標(biāo)解讀

1.從學(xué)科核心素養(yǎng)解讀

“如何將知識(shí)轉(zhuǎn)化為素養(yǎng)”是本次課程改革重點(diǎn)要解決的問題。學(xué)科核心素養(yǎng)的提出是為消除以往應(yīng)試教育所造成的“有知識(shí)，無素養(yǎng)”的弊端。例如，在一些學(xué)校，學(xué)生學(xué)習(xí)的目的僅僅是為了考試獲取高分，學(xué)校育人目的僅僅是為了升學(xué)率，以致師生以應(yīng)試為目的進(jìn)行教學(xué)和學(xué)習(xí)，以后學(xué)生進(jìn)入專業(yè)領(lǐng)域?qū)W習(xí)后，才發(fā)現(xiàn)許多裝置沒用過，許多基本的實(shí)驗(yàn)沒動(dòng)手操作過，自己成為了“高分低能”的應(yīng)試產(chǎn)物?？梢?，他們通過訓(xùn)練的確擁有一定的化學(xué)知識(shí)，卻沒有相應(yīng)的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。為了應(yīng)試，通過死記硬背學(xué)習(xí)知識(shí)，他們頭腦中的知識(shí)多是淺表性的而不是本原性的，多是散點(diǎn)式的而不是結(jié)構(gòu)化的。這樣的知識(shí)只具有考試答題價(jià)值，而不具有遷移應(yīng)用價(jià)值，在真實(shí)問題解決中難以發(fā)揮作用[3]。

2017版課標(biāo)將化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)總結(jié)為5個(gè)方面，其中，“宏觀辨識(shí)與微觀探析”要求學(xué)生能從宏觀和微觀相結(jié)合的視角分析和解決實(shí)際問題。學(xué)生通過必修“主題3：物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和化學(xué)反應(yīng)規(guī)律”的學(xué)習(xí)，建立“宏觀辨識(shí)與微觀探析”的基本意識(shí);在選修“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”模塊的學(xué)習(xí)中，提升“宏觀辨識(shí)與微觀探析”的發(fā)展水平;在選修“有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)”模塊對官能團(tuán)的認(rèn)識(shí)中，應(yīng)用“宏觀辨識(shí)與微觀探析”解決實(shí)際問題。

2.從模塊知識(shí)結(jié)構(gòu)解讀

2017版課標(biāo)將原先必修的兩個(gè)模塊打通，分成五個(gè)主題，這樣更加方便統(tǒng)籌課時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)因?qū)W期長短導(dǎo)致一個(gè)模塊課時(shí)偏多，另一個(gè)模塊課時(shí)偏少的情形[4]。在必修課程中，主題3“物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和化學(xué)反應(yīng)規(guī)律”對物質(zhì)結(jié)構(gòu)有了基礎(chǔ)性的學(xué)習(xí)，為選擇性必修模塊《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》做了鋪墊。根據(jù)2017版課標(biāo)對選擇性必修模塊《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》的要求，可以將本模塊各主題下的單元、內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)以及體現(xiàn)該內(nèi)容的的具體知識(shí)點(diǎn)整理成如下表格。

從2017版課標(biāo)中我們可以看出，選擇性必修對金屬晶體的堆積模型、原子軌道內(nèi)容的要求并不高，但提高了對電負(fù)性、鍵的極性、分子的極性，以及從這些角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)的要求，也對原子光譜、分子光譜、X射線晶體衍射等現(xiàn)代化技術(shù)和研究方法做了相應(yīng)的要求[4]。這些改變一方面有效體現(xiàn)課程內(nèi)容的時(shí)代性，能幫助學(xué)生建立物質(zhì)認(rèn)識(shí)和化學(xué)變化的核心觀念，另一方面有意弱化那些考試難度高、技能性強(qiáng)的概念，降低學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。

二、模塊內(nèi)容分析

1.理論知識(shí)的抽象性，挑戰(zhàn)學(xué)生的認(rèn)知思維

科學(xué)家們?yōu)榱私忉尰瘜W(xué)反應(yīng)的事實(shí)和現(xiàn)象，撥開迷霧看本質(zhì)，總結(jié)出了一系列化學(xué)規(guī)律，并構(gòu)建了化學(xué)的理論體系。物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)模塊是關(guān)于化學(xué)基本理論的課程，其中的概念和理論基本都是抽象出來的理論知識(shí)。學(xué)生如果在抽象概念的感知上不能抓住本質(zhì)，對知識(shí)點(diǎn)的理解就會(huì)不到位，知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)就會(huì)僅僅停留在記憶層面，無法對知識(shí)進(jìn)行遷移應(yīng)用和拓展。而在本模塊的學(xué)習(xí)中需要運(yùn)用已學(xué)的理論概念進(jìn)行分析推理，各環(huán)節(jié)緊密相連，環(huán)環(huán)相扣，任何一環(huán)節(jié)的疏忽都容易造成后續(xù)學(xué)習(xí)的困難。

例如，學(xué)生在對原子軌道示意圖s軌道、p軌道有了感性認(rèn)識(shí)后，通過“頭碰頭”和“肩并肩”的模擬理解σ鍵和π鍵及其數(shù)目和穩(wěn)定性;根據(jù)軌道空間分布的特點(diǎn)，推理得出共價(jià)鍵的飽和性和方向性，再結(jié)合原子軌道理論，將其應(yīng)用于判斷分子的空間構(gòu)型。經(jīng)過一系列的邏輯推理和分析歸納總結(jié)出雜化軌道理論和價(jià)層電子對互斥理論，進(jìn)而預(yù)測和解釋一些分子的空間構(gòu)型。根據(jù)共價(jià)鍵的飽和性和方向性，又可分析得出原子晶體中微粒的堆積不服從緊密堆積原理。在上述環(huán)環(huán)相扣、層層推進(jìn)的分析推理與歸納中，任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)斷點(diǎn)，都會(huì)影響學(xué)生對整套理論的理解。他們的學(xué)習(xí)只能停留在知識(shí)點(diǎn)的表面，最終成為一堆孤立知識(shí)點(diǎn)的記憶。

2.原理運(yùn)用的局限性，造成學(xué)生的顧此失彼

在我們的經(jīng)驗(yàn)和感受中，化學(xué)學(xué)科與其他學(xué)科相比，理論知識(shí)具有深?yuàn)W、繁雜、分散的特點(diǎn)，且規(guī)律當(dāng)中往往會(huì)有反例，沒有固定的模型可以套用，這對學(xué)生的學(xué)習(xí)造成很大的困擾。許多化學(xué)原理用來解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象具有局限性，同一現(xiàn)象也不能用單一的原理進(jìn)行解釋。

例如，課標(biāo)要求掌握的1～36號(hào)元素的原子核外電子排布。為了解釋核外電子排布的事實(shí)，引入了能量最低原理、泡利不相容原理、洪特規(guī)則，特別是在解釋Cr和Cu的核外電子排布時(shí)，又引入了洪特規(guī)則的補(bǔ)充規(guī)則。運(yùn)用多個(gè)原理解釋同一現(xiàn)象，極易造成學(xué)生的顧此失彼，張冠李戴。

原理運(yùn)用的局限性還體現(xiàn)在，相似的現(xiàn)象有時(shí)需要用截然不同的原理進(jìn)行解釋。例如，解釋不同晶體熔沸點(diǎn)的高低，不同的晶體類型適用不同的原理;同為分子晶體時(shí)，有無氫鍵存在對熔沸點(diǎn)影響很大，同樣存在氫鍵，分子間的氫鍵和分子內(nèi)的氫鍵對熔沸點(diǎn)的影響又截然相反。又如，從結(jié)構(gòu)角度對石墨晶體性質(zhì)的分析，石墨晶體的導(dǎo)電性需要從層內(nèi)大π鍵的角度進(jìn)行分析，石墨晶體的硬度需要從層間范德華力的角度進(jìn)行分析，石墨晶體的熔沸點(diǎn)需要從層內(nèi)碳原子間共價(jià)鍵的角度進(jìn)行分析。如此眾多的頭緒會(huì)造成學(xué)生頭腦中理不清線索而把握不準(zhǔn)，應(yīng)用中找不到突破口而胡亂套用，久而久之產(chǎn)生畏難厭學(xué)的情緒。

三、教學(xué)對策措施

1.科學(xué)使用教材，拓展知識(shí)深廣度

眾所周知，教師應(yīng)該是知識(shí)淵博的人，我們要給學(xué)生一碗水，我們不僅需要一桶水，更要有活水的泉源。教師必須要有精深的學(xué)科專業(yè)素養(yǎng)，才能全方位地、精確地、熟練地掌握學(xué)科教學(xué)的內(nèi)容，深入淺出地傳輸知識(shí)，多角度地分析問題，巧妙地為學(xué)生答疑解惑。自從2017版課標(biāo)對物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)模塊提出要求以后，不少教師感慨，自己對大學(xué)所學(xué)習(xí)的“原子軌道”、“σ鍵與π鍵”、“雜化軌道理論”、“價(jià)電子對互斥理論”、“晶體結(jié)構(gòu)的堆積模型”、“波譜學(xué)”、“X射線晶體衍射”等內(nèi)容都稀里糊涂，或者現(xiàn)在已經(jīng)遺忘，為了今后教學(xué)的需要，不得不提前進(jìn)行學(xué)習(xí)。雖然2003版課標(biāo)與2017版課標(biāo)對物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)模塊內(nèi)容的要求不全相同，但2003版課標(biāo)下的三套教材（人教版、蘇教版、魯科版）中的該模塊不失為我們很好的學(xué)習(xí)資料。當(dāng)然這幾本教材的內(nèi)容僅僅是“一碗水”，我們至少需要有“一桶水”，我們應(yīng)該通過大學(xué)《無機(jī)化學(xué)》和《結(jié)構(gòu)化學(xué)》來拓展這部分知識(shí)的深廣度。特別是，不同高校出版的教材對于這些內(nèi)容的分析過程、解釋過程以及呈現(xiàn)方式具有多樣化的特點(diǎn)，這樣有助于我們?nèi)轿欢嘟嵌鹊剡M(jìn)行教學(xué)，也方便針對學(xué)生不同的疑問進(jìn)行解答。另外，不少國外大學(xué)先修課程（AP化學(xué)，A-Level化學(xué)等）對該模塊的內(nèi)容也有許多獨(dú)特的解釋，并且配有許多彩圖，有助于我們吃透該模塊的內(nèi)容，更有效的教學(xué)。

2.豐富教學(xué)手段，抽象問題具體化

物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)模塊主要是研究微觀的世界，而學(xué)生的思維在很大程度上受到宏觀世界的制約，微觀世界的抽象概念離學(xué)生自身的生活體驗(yàn)又遠(yuǎn)，這就需要教師有效利用各種教學(xué)手段，幫助學(xué)生對抽象概念進(jìn)行想象，使微觀世界的不可見性通過宏觀事物和教學(xué)手段容易被學(xué)生接受和理解。

以“σ鍵與π鍵”知識(shí)點(diǎn)為例，書本上的圖解和文字描述對“頭碰頭”和“肩并肩”的軌道重疊方式的解釋較為抽象，學(xué)生看圖理解起來很困難，文字描述閱讀起來也枯燥，不及通過多媒體動(dòng)畫的形式，多快好省的解釋這兩種成鍵方式。多媒體技術(shù)可有效地使抽象的問題形象化，復(fù)雜的問題簡單化，降低學(xué)習(xí)的難度，幫助學(xué)生更好的理解。

由于本模塊的內(nèi)容要求學(xué)生有較高的空間想象能力和抽象事物概括總結(jié)能力，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和興趣就會(huì)不高。類比和比喻的巧妙運(yùn)用可以使抽象的問題具體化，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。以“通過雜化軌道理論和價(jià)電子對互斥理論判斷或解釋空間構(gòu)型”為例，當(dāng)中心原子采用sp雜化時(shí)，空間構(gòu)型為直線型;當(dāng)中心原子采用sp2雜化時(shí)，空間構(gòu)型為平面三角形;當(dāng)中心原子采用sp3雜化時(shí)，空間構(gòu)型為四面體。如果只是讓學(xué)生死記硬背，一方面學(xué)生容易遺忘，另一方面內(nèi)容很枯燥，學(xué)生也會(huì)覺得迷迷糊糊。為解決這個(gè)問題，我們可以在課堂上通過相同大小的氣球進(jìn)行以下類比：當(dāng)兩個(gè)氣球口綁在一起時(shí)，就呈現(xiàn)出直線型構(gòu)型（類比sp雜化）;三個(gè)氣球時(shí)，呈現(xiàn)平面三角形（類比sp2雜化）;四個(gè)氣球時(shí)，呈現(xiàn)立體四面體結(jié)構(gòu)（類比sp3雜化）。通過這種類比，我們能帶給學(xué)生視覺上的沖擊，生動(dòng)形象地解釋知識(shí)點(diǎn)，也激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

參考文獻(xiàn)

[1]普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版），北京：人民教育出版社，2018.

[2]普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)稿），北京：人民教育出版社，2003.

[3]2017年版普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的重大變化及解析，鄭長龍，化學(xué)教育，2018（9）：41-47.

[4]《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》解讀，王磊，魏銳，化學(xué)教育，2018（9）：48-53.