從教材到教學(xué)的研究——以“共價鍵”為例

卓高峰魏樟慶

（1浙江省樂清市第三中學(xué)浙江樂清325600；2浙江省樂清中學(xué)浙江樂清325600）

蘇教版《化學(xué)2》專題1“微觀結(jié)構(gòu)與物質(zhì)多樣性”，從原子核外電子排布入手，介紹了元素周期律，引入到微粒間的相互作用，最終從微觀結(jié)構(gòu)層次上認(rèn)識物質(zhì)的多樣性?！肮矁r鍵”屬于微粒間的相互作用力，了解微粒間存在的相互作用力，可以幫助學(xué)生認(rèn)識原子是怎樣構(gòu)成物質(zhì)，學(xué)會從化學(xué)鍵的角度認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)，幫助學(xué)生建立物質(zhì)多樣性與微觀結(jié)構(gòu)的關(guān)系的基本觀念。

一、三套教材中共價鍵內(nèi)容的編排特點

1.魯科版《化學(xué)2》教材中共價鍵內(nèi)容的編排特點

魯科版《化學(xué)2》第2章“化學(xué)鍵與化學(xué)反應(yīng)”，其中第1節(jié)“化學(xué)鍵與化學(xué)反應(yīng)”包括兩部分內(nèi)容：化學(xué)鍵與化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)變化和化學(xué)鍵與化學(xué)反應(yīng)中的能量變化。教學(xué)次序為：化學(xué)鍵→離子鍵→共價鍵→離子化合物與共價化合物→化學(xué)鍵與化學(xué)反應(yīng)中的能量變化。

化學(xué)反應(yīng)伴隨著物質(zhì)變化與能量變化，教材通過分析電解水的本質(zhì)是舊化學(xué)鍵的斷裂、新化學(xué)鍵的形成，再分析氫氣、氯氣生成氯化氫，解釋氫原子、氯原子為什么能結(jié)合形成氯化氫分子，建立“共價鍵是原子間通過共用電子對形成的化學(xué)鍵”的基本概念，滲透化學(xué)反應(yīng)與共價鍵（化學(xué)鍵）之間的關(guān)系。

2.人教版《化學(xué)2》教材中共價鍵內(nèi)容的編排特點

人教版《化學(xué)2》第1章“物質(zhì)結(jié)構(gòu)元素周期律”，其中第3節(jié)“化學(xué)鍵”包括兩部分內(nèi)容：離子鍵和共價鍵。教學(xué)次序為：離子鍵（離子化合物）→共價鍵（共價化合物）→化學(xué)鍵→分子間作用力和氫鍵（科學(xué)視野）→化學(xué)鍵與化學(xué)反應(yīng)中能量的變化關(guān)系（另一章節(jié)）。

元素的原子通過相互作用形成豐富多彩的物質(zhì)，教材分析H、Cl的原子結(jié)構(gòu)，解釋H2、Cl2、HCl的形成，建立“共價鍵是原子間通過共用電子對所形成的相互作用”的基本概念，最后用化學(xué)鍵的觀點解釋化學(xué)反應(yīng)。

3.蘇教版教材中共價鍵內(nèi)容的編排特點

蘇教版《化學(xué)2》第1章“微觀結(jié)構(gòu)與物質(zhì)的多樣性”，其中第2單元“微粒之間的相互作用力”包括三部分內(nèi)容：離子鍵、共價鍵和分子間作用力。教學(xué)次序為：化學(xué)鍵→離子鍵（離子化合物）→共價鍵（共價化合物）→分子間作用力→氫鍵（拓展視野）→化學(xué)反應(yīng)中的熱量變化（專題2內(nèi)容）。

構(gòu)成物質(zhì)的基本微粒有原子、分子、離子等，這些微粒通過一定的相互作用力彼此結(jié)合。由微粒之間的相互作用，導(dǎo)入離子鍵、共價鍵、分子間作用力。教材以形成氯化氫為例，兩種非金屬元素相互化合時，形成共用電子對，共用電子對會受到原子核的吸引，建立“共價鍵是原子間通過共用電子對所形成的強烈的相互作用”的基本概念，強調(diào)物質(zhì)的微粒性以及微粒之間的相互作用，淡化化學(xué)反應(yīng)與化學(xué)鍵的關(guān)系。

二、“共價鍵”教學(xué)案例分析

公開發(fā)表的有關(guān)“共價鍵”的教學(xué)設(shè)計并不多，出現(xiàn)較多的都只是教學(xué)片斷。姚淑霞老師的教學(xué)設(shè)計《化學(xué)鍵概念教學(xué)的創(chuàng)新嘗試》曾發(fā)表在《化學(xué)教學(xué)》2009年第7期，在化學(xué)鍵的教學(xué)中，用比較法對“共價鍵”的教學(xué)做了較好的設(shè)計。教學(xué)思路如下：

（1）創(chuàng)設(shè)情境，提出問題。呈現(xiàn)各種各樣物質(zhì)的圖片，提出以氯元素為例，氯可以形成哪些物質(zhì)？

（2）探究氯原子達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的可能途徑：電子得失、形成共用電子對。

（3）比較法形成離子鍵和共價鍵概念。從原子達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的可能途徑→形成離子鍵的過程→形成共價鍵的過程→比較離子鍵和共價鍵的形成→深化離子鍵和共價鍵的概念。

（4）提出化學(xué)鍵概念。

其中，對共價鍵概念的形成教學(xué)細(xì)節(jié)如下：

［提出問題］氫原子和氯原子結(jié)合形成氯化氫的微觀過程是怎樣的？怎樣用電子式表示氯化氫分子？怎樣用電子式表示氫原子和氯原子結(jié)合形成氯化氫分子的微觀過程？

［引導(dǎo)學(xué)生概括］在氫原子和氯原子之間不能發(fā)生電子得失。從微觀角度看，氫原子和氯原子化合時，它們各拿出一個最外層電子共用，形成一對共用電子對，從而結(jié)合在一起。這種相互作用屬于共價鍵。

［師生小結(jié)］

?

本案例中選擇學(xué)生熟悉的氯為例，把離子鍵的形成和共價鍵的形成整合成一節(jié)課。在一般的教學(xué)中，第一課時學(xué)習(xí)離子鍵，第二課時再學(xué)習(xí)共價鍵。而通過這樣整合的教學(xué)，能夠把離子鍵的學(xué)習(xí)成果及時地遷移到共價鍵的學(xué)習(xí)中去，易于比較離子鍵和共價鍵的異同點，當(dāng)堂為學(xué)生提供主動學(xué)習(xí)的機會，使教學(xué)邏輯更加鮮明，也使教學(xué)時間更加節(jié)約。

三、“共價鍵”教學(xué)論問題分析

1.兩種認(rèn)知觀點

一是認(rèn)為物質(zhì)是微粒構(gòu)成的，微粒之間存在相互作用力。雖然學(xué)生在初中的自然科學(xué)中對物質(zhì)的構(gòu)成微粒有一定的認(rèn)知基礎(chǔ)，但對微粒間的相互作用缺少深層次的理解。蘇教版《化學(xué)2》舉例2個氯原子為什么能結(jié)合成1個氯分子，1個氯原子和1個氫原子為什么能結(jié)合成1個氯化氫分子，然后將共價鍵的概念固著在原子核和共用電子對上，當(dāng)原子形成共價鍵時，是原子最外層電子發(fā)生了重排，建構(gòu)“共價鍵是原子間通過共用電子對所形成的強烈的相互作用”的基本觀念。

二是認(rèn)為化學(xué)反應(yīng)是微粒的重組及微粒間相互作用力的變化。魯科版《化學(xué)2》認(rèn)為化學(xué)反應(yīng)是舊化學(xué)鍵的斷裂與新化學(xué)鍵的形成的過程，以電解水為例，電解時基本微粒發(fā)生變化，同時化學(xué)鍵也發(fā)生變化，構(gòu)建化學(xué)鍵與化學(xué)反應(yīng)的基本觀念。

2.學(xué)生認(rèn)識發(fā)展障礙點分析

（1）如何讓學(xué)生建立“構(gòu)成物質(zhì)的微粒及微粒間的相互作用”這一認(rèn)識

高一學(xué)生已經(jīng)了解了物質(zhì)是由分子、原子、離子構(gòu)成的，知道化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是分子再分、原子重新組合，但并不清楚分子再分、原子重新組合的原因，并不清楚這些微粒之間是通過怎樣的相互作用構(gòu)成物質(zhì)的。換言之，學(xué)生從宏觀組成上已經(jīng)認(rèn)識了一些無機物，但從微觀角度還不清楚這些物質(zhì)中存在的微粒形式和相互作用。［4］

對于氯化氫是由什么微粒構(gòu)成，多數(shù)認(rèn)為氫離子和氯離子（根據(jù)氫氯的化合價或從氯化氫在水中能電離出氫離子和氯離子判斷）、氫原子和氯原子，不知道它是由氯化氫分子構(gòu)成。如果對氯化氫的微粒構(gòu)成不清楚，學(xué)生就無法準(zhǔn)確理解共價鍵的作用方式以及共價化合物的形成過程。

（2）如何讓學(xué)生理解原子對共用電子對的作用

氯化鈉晶體中，鈉離子與氯離子為什么能牢牢地結(jié)合在一起？學(xué)生容易從離子鍵的定義中得出結(jié)論：陰陽離子間的靜電作用？（容易錯誤地理解為靜電吸引）。但在氯化氫分子中氫原子和氯原子為什么能牢牢地結(jié)合在一起？學(xué)生從共價鍵文字表述中很難理解“原子對共用電子對的作用”。是因為沒有從微粒的電性思考問題：共用電子對帶負(fù)電荷、原子核帶正電荷，從而有靜電作用，產(chǎn)生鍵能和鍵長（原子核間的距離）。

學(xué)生在學(xué)習(xí)共價鍵時，還可能會對共用電子對的理解出現(xiàn)困難，氫和鈉都在IA族，最外層都只有一個電子，為什么氫原子不容易失去電子，而是以共用電子對的方式結(jié)合形成化合物呢？需要幫助學(xué)生解決共價鍵的形成條件。

四、基于觀念建構(gòu)的教學(xué)設(shè)計

1.以觀念建構(gòu)為本的教學(xué)內(nèi)容分析

“微粒觀”是本節(jié)內(nèi)容的核心觀念，物質(zhì)是微粒構(gòu)成的，微粒之間存在相互作用力；化學(xué)反應(yīng)是微粒的重組及微粒間相互作用力的變化。知識間的層級關(guān)系如下：

2.以觀念建構(gòu)為本的教學(xué)設(shè)計

以蘇教版《化學(xué)2》專題1第二單元“共價鍵”為例（片段）。

［問題引入］（1）寫出H、Na、Cl三種元素在元素周期表的位置及原子結(jié)構(gòu)示意圖。

（2）寫出由這3種元素組成的物質(zhì)及其構(gòu)成微粒。

?

設(shè)計意圖：重點考查構(gòu)成物質(zhì)的微粒。因為物質(zhì)的微粒構(gòu)成是學(xué)習(xí)化學(xué)鍵的基礎(chǔ)，也是能否學(xué)好共價鍵的關(guān)鍵因素。

［討論1］鈉原子與氯原子如何形成氯化鈉？鈉離子與氯離子為什么能牢牢地結(jié)合在一起？

回憶：當(dāng)鈉原子與氯原子相遇時，鈉原子容易失去最外層的1個電子，成為帶正電的鈉離子，而氯原子容易得到1個電子，成為帶負(fù)電的氯離子，這兩個陰、陽離子通過靜電作用，形成了氯化鈉晶體。圖示的作用力F1就是離子鍵。

設(shè)計意圖：以氯化鈉為例，理解離子鍵是陰陽離子的靜電作用，離子鍵是一種用力。并將離子鍵的學(xué)習(xí)成果及時地遷移到共價鍵的學(xué)習(xí)中去，為學(xué)習(xí)共價鍵做好方法鋪墊。

［討論2］（1）氫原子與氫原子如何形成氫分子？氫分子中兩個氫原子為什么能牢牢地結(jié)合在一起？

（2）氫原子核帶什么電荷，共用電子對帶什么電荷？共價鍵的本質(zhì)是什么？

（3）氫原子和氯原子為什么可以形成氯化氫分子？

（4）哪些元素可以形成共價鍵？成鍵微粒是什么？它們是如何成鍵的？

設(shè)計意圖：以H2為例，深刻理解共價鍵是帶正電的原子核與帶負(fù)電的共用電子對之間的靜電作用，包括原子核與原子核之間的相互作用、電子與電子之間的相互作用，還有原子核與共用電子對之間的相互作用，共價鍵也是一種作用力。并以H2為例，推廣到其它非金屬原子形成共價鍵的過程，從而歸納共價鍵的本質(zhì)、成鍵元素、成鍵微粒。

［歸納］共價鍵的形成?

五、討論及建議

蘇教版《化學(xué)2》專題1中“共價鍵”的內(nèi)容主要包括共價鍵的概念，共價分子的類型與表示方法，淡化了從微觀角度即從化學(xué)鍵角度認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)。教材中以氯化氫分子為例形成共價鍵概念，在氯化氫的形成過程中，氫原子從哪里來？氯原子從哪里來？化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)又是什么？未做進(jìn)一步的闡述，若在教學(xué)中立足在生成氯化氫本質(zhì)的層面略加擴展，就能夠幫助學(xué)生更好更完整地從微粒觀角度理解化學(xué)反應(yīng)。

教材對共價鍵表示方法的學(xué)習(xí)，主要是停留在能夠用電子式表示共價分子的結(jié)構(gòu)的層面上。雖然通過介紹典型分子（如HCl、Cl2、H2O、NH3、CH4）的電子式、結(jié)構(gòu)式、球棍模型和比例模型，讓學(xué)生們能夠體會到原子為了形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，原子間通過共用電子對而形成靜電作用的形式。對于自然界中豐富多彩的物質(zhì)結(jié)構(gòu)形式，這樣的認(rèn)識依舊是具體而零散的，缺乏對原子形成物質(zhì)的過程中的基本結(jié)構(gòu)形式的整體認(rèn)識。在教學(xué)過程中，如果能將“共價鍵”教學(xué)的立足點在原有的基礎(chǔ)上再向原子組合形成宏觀物質(zhì)的行為層面略加擴展，即從典型分子（如HCl、Cl2、H2O、NH3、CH4）的結(jié)構(gòu)解釋中抽取出常見原子（C、N、O、H和鹵素原子）在形成共價鍵時的基本成鍵方式、基本幾何構(gòu)型，更能讓學(xué)生從微粒觀的角度感受到這種結(jié)合方式是物質(zhì)世界中最基本的結(jié)構(gòu)形式。

［1］王磊.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書：化學(xué)2（必修）［M］.北京：山東科技出版社，2006

［2］宋心琦.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書：化學(xué)2（必修）［M］.北京：人民教育出版社，2006

［3］王祖浩.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書：化學(xué)2（必修）［M］.南京：江蘇教育出版社，2006

［4］張琦，谷黎芳，韓雪，楊艷紅.化學(xué)鍵概念的學(xué)生調(diào)研及教學(xué)策略［J］.化學(xué)教育，2012，（2）：12－15

［5］姚淑霞.化學(xué)鍵概念教學(xué)的創(chuàng)新嘗試［J］.化學(xué)教學(xué)，2009，（7）：51－54

［6］江敏.感受自然界的魅力—“共價鍵”的教學(xué)實踐與思考［J］.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2011，（8）：16－20