基于問題驅(qū)動的“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”模塊緒言課教學(xué)研究

華英利+占小紅

摘要：“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”模塊緒言課旨在引導(dǎo)學(xué)生概覽該模塊的主要內(nèi)容，幫助學(xué)生建立學(xué)習(xí)該模塊的基本視角——物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系，激發(fā)學(xué)生積極的學(xué)習(xí)情感。采用問題驅(qū)動方式，進行“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”模塊緒言課教學(xué)是切實有效的嘗試；結(jié)合教學(xué)案例，分析深化認識該模塊緒言課基于問題驅(qū)動的具體設(shè)計，啟迪中學(xué)教師重視并創(chuàng)造性地開展該模塊緒言課教學(xué)。

關(guān)鍵詞：物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)；緒言課；問題驅(qū)動；案例分析

文章編號：1005–6629（2017）1–0048–05 中圖分類號：G633.8 文獻標(biāo)識碼：B

“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”作為高中化學(xué)六大選修模塊之一，是在必修課程基礎(chǔ)上進一步從分子、原子水平上介紹物質(zhì)構(gòu)成規(guī)律及有關(guān)性質(zhì)，旨在完善高中生物質(zhì)結(jié)構(gòu)相關(guān)知識，促進理解物質(zhì)變化的本質(zhì)，提高分析問題和解決問題的能力[1]。緒言課作為“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”模塊的開篇課具有重要的地位和作用，探討其教學(xué)目標(biāo)及適用的教學(xué)策略，對有效開展該模塊緒言課教學(xué)，以及促進課程模塊的后續(xù)教學(xué)具有重要意義。

1 “物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”緒言課的目標(biāo)定位

緒言課是講授教材中緒言內(nèi)容的課型，一般定位于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，帶領(lǐng)學(xué)生概覽全書主要內(nèi)容?！拔镔|(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”模塊側(cè)重闡述物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論方面的基礎(chǔ)知識，解釋物質(zhì)構(gòu)成奧秘及其結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系，內(nèi)容邏輯性強、概念較為抽象，因此該模塊緒言課除了要發(fā)揮一般緒言課的作用以外，還需要幫助學(xué)生初步建立該模塊學(xué)習(xí)的基本認識視角——物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系，為后續(xù)課程學(xué)習(xí)奠定重要基礎(chǔ)。

1.1 激發(fā)學(xué)生對“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”模塊的學(xué)習(xí)情感

皮亞杰認為：“一切有效的工作必須以某種興趣為先決條件?！笨梢姡ぐl(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是教師教學(xué)過程中需首要關(guān)注的情感問題?！拔镔|(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”模塊與初中和高中必修模塊相比，學(xué)習(xí)難度較大，因此，興趣顯得尤為重要。緒言課作為該模塊教學(xué)的“第一課”，對于學(xué)生的學(xué)習(xí)情緒培養(yǎng)具有較大影響。

“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”不同于其他模塊有較多可刺激學(xué)生感知系統(tǒng)令其產(chǎn)生直覺興趣的內(nèi)容（如化學(xué)實驗），該模塊理論性較強，因此更需要創(chuàng)造性地去激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。發(fā)現(xiàn)問題的過程是一條有效的途徑。發(fā)現(xiàn)問題需以已有知識為基礎(chǔ)，并實現(xiàn)一種自我超越，學(xué)生可以在發(fā)現(xiàn)問題的過程中領(lǐng)悟已學(xué)過的知識，認識自身的不足和缺陷，從而激發(fā)求知的欲望，堅定學(xué)習(xí)的信心[2]。另外，在教學(xué)中融入化學(xué)史則能在一定程度上提升學(xué)生探討化學(xué)問題的欲望，從而有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

1.2 引導(dǎo)學(xué)生了解“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”模塊的主要內(nèi)容

書本中的“緒言”一般是用于說明全書主旨等的內(nèi)容，緒言課作為講授教材緒言部分的教學(xué)活動，引導(dǎo)學(xué)生概覽本冊教材的主要內(nèi)容，應(yīng)當(dāng)是緒言課的重要任務(wù)之一。通過初步了解將要學(xué)習(xí)的知識及知識間聯(lián)系，能讓學(xué)生心中事先形成一個“上位”的知識架構(gòu)，使其明確今后的學(xué)習(xí)方向與任務(wù)，以做好充分的心理準(zhǔn)備。

引導(dǎo)學(xué)生了解該模塊的主要內(nèi)容，并非是面面俱到的羅列，而應(yīng)該恰當(dāng)選擇基于學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、能夠理解的，并且能有助于激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣的內(nèi)容?；趯W(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)就是要聯(lián)系學(xué)生的已有知識，并引導(dǎo)學(xué)生建立起新舊知識間的橋梁，以實現(xiàn)由舊知識向新知識的過渡，使原有知識結(jié)構(gòu)有所發(fā)展。

1.3 幫助學(xué)生建立物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系的認識視角

“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”模塊把涉及物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的內(nèi)容集中呈現(xiàn)，包括原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)、化學(xué)鍵與物質(zhì)性質(zhì)、分子間作用力與物質(zhì)性質(zhì)等。學(xué)習(xí)該模塊應(yīng)幫助學(xué)生形成兩個層面的認識：一是結(jié)構(gòu)層面，二是性質(zhì)層面，并要認識到這兩個層面之間存在密切的聯(lián)系，即“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)反映結(jié)構(gòu)”[3]。教學(xué)過程中應(yīng)緊緊抓住這一核心思想，所有問題都應(yīng)圍繞它來展開，使學(xué)生建立物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間關(guān)系的思維方式和分析視角。

2 “物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”模塊緒言課的教學(xué)策略——問題驅(qū)動

針對“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”模塊理論性強、內(nèi)容抽象等特點，為達成“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”模塊緒言課的教學(xué)目標(biāo)：激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、引導(dǎo)學(xué)生概覽全書主要內(nèi)容、建立“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)反映結(jié)構(gòu)”的基本認識視角，尋找一種有效的教學(xué)方式。

問題驅(qū)動式教學(xué)法是教師從學(xué)生所擁有的原始觀念出發(fā)，創(chuàng)設(shè)情境，設(shè)置一系列問題，并對這些問題分析與解決，讓學(xué)生在思維參與中體驗到許多的概念、定理、解決問題的思想方法不是“天外來客”，讓學(xué)生在問題驅(qū)動下理解知識的本質(zhì)，構(gòu)建新的知識網(wǎng)絡(luò)，其基本教學(xué)模式是：提出問題——解決問題——反思過程[4]。根據(jù)問題驅(qū)動的內(nèi)涵，我們發(fā)現(xiàn)利用問題驅(qū)動方式設(shè)計和實施“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”模塊緒言課，即通過科學(xué)設(shè)計問題鏈，以此為基線，問題帶情境，情境促問題，可以驅(qū)動學(xué)生積極思考，主動參與課堂，自主了解課程內(nèi)容概要，初步感悟“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系”認識視角的核心價值，促成緒言課既定教學(xué)目標(biāo)的落實。

3 基于問題驅(qū)動“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”模塊緒言課的案例分析

為了更好地說明如何應(yīng)用問題驅(qū)動式教學(xué)法進行“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”模塊緒言課的教學(xué)，本研究以某教學(xué)比賽中的教學(xué)課作為案例進行深入分析。

本節(jié)課基于人教版“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”模塊設(shè)計教學(xué)，整個過程圍繞“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)反映結(jié)構(gòu)”的認識視角展開，通過“樹型問題驅(qū)動”的模式完成教學(xué)?！皹湫蛦栴}驅(qū)動”是采用“目標(biāo)——手段”的分析方式，根據(jù)教學(xué)目標(biāo)先審視并確定要解決的目標(biāo)問題（目標(biāo)），在解決目標(biāo)問題的過程中，繼續(xù)將其分解為一些子問題或子問題鏈（手段），驅(qū)動學(xué)生思維，幫助學(xué)生獲得知識，掌握方法，以達到最終的教學(xué)目標(biāo)[5]。圖1歸納呈現(xiàn)了這節(jié)課各個環(huán)節(jié)的“教學(xué)目標(biāo)”和“目標(biāo)問題”。

由上圖可見，本節(jié)課通過一個總起問題引入教學(xué)，各環(huán)節(jié)對應(yīng)的“子目標(biāo)”與“問題”雙線并行，環(huán)環(huán)相扣，步步推進，逐步凸顯構(gòu)性關(guān)系，使得學(xué)生最終形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)反映結(jié)構(gòu)”的認識視角。下面進一步對各環(huán)節(jié)教學(xué)作深入剖析。

3.1 總目標(biāo)導(dǎo)入：不同物質(zhì)具有不同性質(zhì)

課堂開頭通過展示銅片、硫磺、鈉塊的圖片，引導(dǎo)學(xué)生分析圖片，認識到不同物質(zhì)的性質(zhì)差異：銅片具有金屬光澤，而硫磺沒有；鈉可與水發(fā)生劇烈反應(yīng)，而銅片卻不能。接著順勢拋出問題“不同的物質(zhì)具有不同的性質(zhì)，這些性質(zhì)是什么因素導(dǎo)致的？”，以此開啟后續(xù)教學(xué)環(huán)節(jié)。

3.2 環(huán)節(jié)目標(biāo)1：元素組成影響物質(zhì)性質(zhì)

緊承總目標(biāo)問題，聯(lián)系學(xué)生已有知識基礎(chǔ)展開第一環(huán)節(jié)教學(xué)。

[舊知回顧]必修中學(xué)習(xí)過的堿金屬具有強金屬性，鹵族元素具有強非金屬性。

[問題1]是什么因素導(dǎo)致了堿金屬和鹵族元素的性質(zhì)差異？

[學(xué)生]元素組成不同。

[結(jié)論1]這說明元素組成能影響物質(zhì)的性質(zhì)。

[問題2]元素是同一類原子的總稱，元素性質(zhì)不同即是由于構(gòu)成物質(zhì)的原子不同所導(dǎo)致的。原子是由原子核和核外電子構(gòu)成，核外電子層與層之間能量不同，那么同一層的電子能量是否相同呢？我們將在本冊書中進一步學(xué)習(xí)。

根據(jù)學(xué)生必修模塊的知識基礎(chǔ)提問影響堿金屬和鹵族元素性質(zhì)的因素，學(xué)生很容易就聯(lián)想到是元素組成影響其性質(zhì)，再通過進一步回顧已知并據(jù)此發(fā)問過渡至“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”模塊的“原子結(jié)構(gòu)”部分知識，引發(fā)學(xué)生思考與深入學(xué)習(xí)的愿望，為今后的教學(xué)奠定了基調(diào)。

3.3 環(huán)節(jié)目標(biāo)2：粒子的空間排布影響物質(zhì)性質(zhì)

第一個教學(xué)環(huán)節(jié)得出了結(jié)論：元素組成不同的物質(zhì)性質(zhì)不同。第二環(huán)節(jié)通過提問“元素組成相同的物質(zhì)性質(zhì)一定相同嗎”給出質(zhì)疑，接著通過創(chuàng)設(shè)具體情境聯(lián)系“無機物中的同分異構(gòu)現(xiàn)象”、“同素異形體”、“有機物中的同分異構(gòu)現(xiàn)象”、“手性分子”來說明元素組成相同的物質(zhì)性質(zhì)也可能不同，以幫助學(xué)生理解粒子的空間排布是影響物質(zhì)性質(zhì)的重要因素。

[目標(biāo)問題]元素組成相同的物質(zhì)性質(zhì)一定相同嗎？

[情境1]科學(xué)史上有這樣一個故事：李比希所研究的雷酸銀（AgONC）是一種起爆藥，對熱和壓力極為敏感，在水中即使只有幾毫克的雷酸銀，一點點震動也能讓它引爆。維勒所研究的氰酸銀（AgCNO）性質(zhì)卻很穩(wěn)定。后來經(jīng)過元素百分含量的測定知道了它們的化學(xué)組成（展示二者的化學(xué)式）。

[問題1]這兩個物質(zhì)的化學(xué)式有什么相同之處？

[學(xué)生]元素組成相同。

[問題2]這說明了什么問題？

[學(xué)生]元素組成相同的物質(zhì)性質(zhì)未必相同。

[問題3]是什么因素導(dǎo)致了這二者的性質(zhì)不同呢？

[學(xué)生]原子排布不同。

[問題4]能否再舉出幾例元素組成相同而由于原子排布不同導(dǎo)致性質(zhì)差異的物質(zhì)？

[學(xué)生]金剛石、石墨、足球烯……

（展示金剛石、石墨、足球烯、碳納米材料的宏觀及微觀結(jié)構(gòu)圖片，說明金剛石、石墨、足球烯、碳納米材料中碳原子的空間排布不同導(dǎo)致了它們的性質(zhì)差異）

[情境2]展示乙醇和二甲醚的球棍模型，講述其性質(zhì)差異。

[問題5]什么因素導(dǎo)致了乙醇和二甲醚的性質(zhì)差異？

[學(xué)生]原子的連接方式不同影響了原子的空間排布，從而影響了它們的性質(zhì)。

[情境3]有一種藥物可用于緩解孕婦的妊娠反應(yīng)，后來發(fā)現(xiàn)孕婦服用后容易產(chǎn)生畸形兒。隨后的研究證實，這種藥物存在鏡面對稱如同左右手般的兩種分子（展示圖片），由于結(jié)構(gòu)的不同導(dǎo)致其中一種分子具有毒副作用。

[結(jié)論]粒子的空間排布影響物質(zhì)的性質(zhì)。

首先通過講述化學(xué)史，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時讓學(xué)生自我發(fā)現(xiàn)元素組成相同的物質(zhì)性質(zhì)未必相同。接著繼續(xù)發(fā)問引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)想到金剛石、石墨等物質(zhì)的同素異形現(xiàn)象，讓學(xué)生認識到元素組成相同的物質(zhì)性質(zhì)不同的原因是粒子的空間排布不同，并通過比較乙醇和二甲醚加深這一認識。最后再借機插入一段化學(xué)史，給學(xué)生提前注入“手性分子”的概念，為后續(xù)學(xué)習(xí)埋下伏筆，另外也能使學(xué)生意識到嚴(yán)謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度是多么的重要！

3.4 環(huán)節(jié)目標(biāo)3：粒子間作用方式影響物質(zhì)性質(zhì)

該環(huán)節(jié)以引導(dǎo)學(xué)生分別分析NaCl和HCl的成鍵方式切入，然后重點圍繞HCl提出問題展開教學(xué)。

[問題1]必修中學(xué)習(xí)了NaCl和HCl，它們的性質(zhì)差異是由什么導(dǎo)致的？

[學(xué)生]成鍵方式不同。

[問題2]能以NaCl為例說一說離子鍵是如何形成的嗎？

[學(xué)生] Na原子失去一個電子形成鈉離子，Cl原子得到一個電子形成氯離子，鈉離子和氯離子通過靜電作用形成NaCl。

[問題3]能以HCl為例說一說共價鍵是如何形成的嗎？

[學(xué)生] H和Cl各提供一個電子通過共用一對電子形成共價鍵。

[問題4]是不是所有的成鍵原子一定只共用一對電子？

[學(xué)生]不是。

[問題5]能舉出實例說明嗎？

[學(xué)生] CO2、NO、NO2。

[問題6]在HCl分子中，Cl對電子的吸引力大于H，導(dǎo)致共用電子對偏向Cl，是不是所有的共用電子對都會發(fā)生偏移呢？或者是成鍵原子對共用電子對的吸引力一定不同嗎？

[學(xué)生]不是，如N2。

[講述]成鍵原子對共用電子對吸引力相同的稱為非極性鍵，成鍵原子對共用電子對吸引力不同的稱為極性鍵。

[問題7]共用電子對一定是由成鍵原子雙方提供的嗎？

[學(xué)生]……

[問題8]共用電子對一定成對出現(xiàn)嗎？

[學(xué)生]……

[講述]不一定。成鍵原子是金屬原子時，金屬原子失去的電子被所有金屬原子共用。

[問題9]離子鍵、共價鍵、配位鍵、金屬鍵都屬于化學(xué)鍵，化學(xué)鍵是粒子間的強相互作用，粒子間都是強相互作用嗎？

[學(xué)生]……

[結(jié)論]化學(xué)鍵是粒子間的強相互作用，分子間作用力是粒子間的弱相互作用，還有一種特殊的作用方式——氫鍵，其作用力介于化學(xué)鍵與分子間作用力之間?；瘜W(xué)鍵、分子間作用力、氫鍵都屬于粒子間作用方式，粒子間作用不同會影響物質(zhì)的性質(zhì)。

[問題10]金剛石和石墨都是由碳原子構(gòu)成的物質(zhì)，但金剛石的硬度遠遠大于石墨，除了粒子空間排布方式的影響，能從粒子間作用的角度來解釋一下這是為什么嗎？

[學(xué)生]……

[講述]金剛石的碳原子與原子間通過共價鍵結(jié)合形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，石墨的層與層之間通過分子間作用力形成層狀結(jié)構(gòu)。共價鍵強度大于分子間作用力。

[結(jié)論]粒子間作用方式不同能影響物質(zhì)性質(zhì)。

該部分主要圍繞HCl的成鍵方式提出四個關(guān)聯(lián)性問題：是不是所有的成鍵原子一定只共用一對電子？是不是所有的共用電子對都會發(fā)生偏移？共用電子對是否一定由成鍵原子雙方提供？共用電子對是否一定成對出現(xiàn)？然后分別針對這些問題進行討論并各個擊破，通過這樣的過程帶領(lǐng)學(xué)生了解了該模塊第二章節(jié)概要內(nèi)容，并認識到粒子間不同的作用方式能影響物質(zhì)性質(zhì)。

3.5 環(huán)節(jié)目標(biāo)4：晶型影響物質(zhì)性質(zhì)

最后一部分照應(yīng)環(huán)節(jié)目標(biāo)4，通過質(zhì)疑提出該環(huán)節(jié)目標(biāo)問題“組成不同的物質(zhì)性質(zhì)一定差異很大嗎”，并根據(jù)組成不同的金剛石和石英石的性質(zhì)相似，引出與教材第三章“晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”相對應(yīng)的概要框架，并得出結(jié)論：晶型也能影響物質(zhì)性質(zhì)。同時也讓學(xué)生認識到“性質(zhì)反映結(jié)構(gòu)”。

[問題]組成相同的物質(zhì)性質(zhì)可能不同，組成不同的物質(zhì)性質(zhì)一定差異很大嗎？

[學(xué)生]……

[情境]展示金剛石和石英石（SiO2）的宏觀圖片、微觀結(jié)構(gòu)圖及它們的熔沸點、導(dǎo)電性、溶解性數(shù)據(jù)大小。

[講述]根據(jù)所提供的數(shù)據(jù)可以看出金剛石和石英石許多相似的性質(zhì)，這是因為它們的微觀結(jié)構(gòu)極為相似。這兩種物質(zhì)都屬于晶體，晶體是具有規(guī)則幾何外形的一類物質(zhì)，根據(jù)幾何外形的不同可以把物質(zhì)分為晶體和非晶體。而按照構(gòu)成晶體的粒子間作用方式不同，還可將晶體分為原子晶體、分子晶體、離子晶體、金屬晶體。

[結(jié)論]晶型能影響物質(zhì)性質(zhì)。

[總結(jié)]通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)我們了解到：組成能影響物質(zhì)的性質(zhì)，結(jié)構(gòu)能影響物質(zhì)的性質(zhì)，晶型也能影響物質(zhì)的性質(zhì)，而其中，結(jié)構(gòu)是最本質(zhì)的影響因素。通過這門課的學(xué)習(xí)我們應(yīng)認識到結(jié)構(gòu)與性質(zhì)間的辯證關(guān)系，結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)反映結(jié)構(gòu)。

可以說，整堂課始終堅持從學(xué)生已有知識基礎(chǔ)和能力基礎(chǔ)出發(fā)，以“元素組成能影響物質(zhì)性質(zhì)”、“粒子的空間排布能影響物質(zhì)性質(zhì)”、“粒子間作用方式能影響物質(zhì)性質(zhì)”和“晶型能影響物質(zhì)性質(zhì)”為線索將教材內(nèi)容概要串聯(lián)起來，并在一系列問題鏈的支撐下推進，使“物質(zhì)決定性質(zhì)，性質(zhì)反映結(jié)構(gòu)”的認識視角深入學(xué)生心田，最終成功達成“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”模塊緒言課的教學(xué)目標(biāo)。

4 總結(jié)與反思

在實際教學(xué)中，忽視或輕視緒言課特別是選修模塊緒言課教學(xué)的現(xiàn)象比較普遍，這多是由于中學(xué)教師對緒言課的重要性認識不足造成的。本研究通過梳理“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”模塊緒言課的目標(biāo)定位，呈現(xiàn)教學(xué)案例，旨在引起中學(xué)教師對緒言課的重視，啟迪中學(xué)教師創(chuàng)造性地展開緒言課教學(xué)，提高教學(xué)成效。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部制定.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）[S].北京：人民教育出版社，2003.

[2]王秉珍.章節(jié)緒言的意義及教學(xué)策略[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2009，（9）：37.

[3]王磊等.高中化學(xué)選修模塊教材《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》對學(xué)生認識發(fā)展的影響研究[J].化學(xué)教育，2008，（1）：16.

[4][5]程厚軍.問題驅(qū)動課堂教學(xué)的理論、模式、實踐探索、反思[J].中學(xué)數(shù)學(xué)（高中版），2012，（4）：18.