基于火花學院APP的高中化學配合物教學設(shè)計

張學宇 張瑩

摘? 要? 當今信息技術(shù)高度發(fā)達，衍生出許多軟件可用于輔助教學。火花學院APP中可用的教學資源豐富，可在課堂中利用iPad植入更加直觀的三維虛擬動畫，使得教學更形象生動。以高中化學“配合物”教學內(nèi)容為例，利用與APP交互，通過視覺和觸覺相結(jié)合的個性化探究來提高學生的自主學習能力。

關(guān)鍵詞? 高中化學；配合物；火花學院；核心素養(yǎng)；實驗；教學資源

中圖分類號：G633.8? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2023）09-0054-04

1? 研究背景

“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”板塊是高中化學中理論性最強的部分，需要借助大量抽象理論來支撐所學內(nèi)容。其中在分子構(gòu)型的理論中，學生對于各種基團構(gòu)型原貌的想象能力嚴重不足。通過教師的講解及書本圖片展示，多數(shù)學生只能學懂簡單的分子構(gòu)型，對結(jié)構(gòu)較為復雜的配合物分子構(gòu)型理解較為模糊。探尋幫助學生構(gòu)建模型思想，是每個化學教師的重要工作。目前相關(guān)專業(yè)三維結(jié)構(gòu)軟件主要有Mate-rials Studio，Diamond，Mercury，Gauss View，Unity 3D，Chem3D等，黃劍芳等人認為利用三維結(jié)構(gòu)軟件進行輔助教學，可以在突破教學難點的同時提高教學效率[1-5]。

以上專業(yè)軟件在制作模型時會耗費大量時間，教師在實際工作中很難完成對教材涉及的模型的全部繪制。筆者發(fā)現(xiàn)：火花學院擁有足量高中化學學習中會涉及物質(zhì)的3D模型，省去了運用三維結(jié)構(gòu)軟件繪制模型的時間；同時具備與Unity 3D等軟件同樣的優(yōu)勢——可在PC、平板、手機等多平臺運行，突破常用可視化軟件運行環(huán)境苛刻的瓶頸。因此，筆者運用火花學院完成“配合物與超分子”的教學，在教學過程中最大限度地培養(yǎng)學生宏觀辨識與微觀探析、證據(jù)推理與模型認知的化學學科核心素養(yǎng)。

2? 確定教學主題與教材分析

《普通高中化學課程標準（2017年版 2020年修訂）》的學業(yè)要求中提出：能夠說出共價鍵的主要類型、特征和實質(zhì)；能夠運用配位鍵模型解釋配合物的典型性質(zhì)[6]。學生需要在已有認知基礎(chǔ)上認識配位鍵并與共價鍵知識相聯(lián)系，并且深入學習配位化合物的性質(zhì)。教材首先進行了實驗展示：第一個實驗通過對比固體和溶液顏色，得出銅離子水溶液顯藍色的結(jié)論，為學生總結(jié)了四水合銅離子，引出配位鍵和配位化合物的概念；第二個實驗展示了硫酸銅溶液中加入氨水的過程；第三個實驗展示了氯化鐵溶液中加入硫氰化鉀溶液的過程；第四個實驗展示出氯化鈉溶液中滴加硝酸銀溶液和氨水的過程。通過介紹典型配合物理解其性質(zhì)，可以形成良好的邏輯框架。

3? 學情分析

學生對典型的化學鍵相關(guān)內(nèi)容中離子鍵、共價鍵、分子間作用力以及它們的微觀結(jié)構(gòu)都有一定認知，通過類比學習可以清楚了解配合物特點、簡單配合物成鍵特征和配合物應(yīng)用，但學生不容易理解配位鍵與其他化學鍵的異同、配位鍵的形成本質(zhì)。本節(jié)課正是通過融入三維虛擬技術(shù)，采用與相應(yīng)模型交互的方式對配合物進行系統(tǒng)學習，引導學生初步理解配合物。

4? 教學思想與創(chuàng)新點

4.1? 教學思想

借助實驗的手段“觀察硫酸銅、氯化銅、溴化銅溶液的顏色→替換陰離子→觀察無水硫酸銅、無水氯化銅、無水溴化銅的顏色→觀察五水硫酸銅和二水合氯化銅的顏色→進行對比和邏輯推理”，最后通過補充配合物的應(yīng)用實驗進行講解。在火花學院中獲取微觀結(jié)構(gòu)模型進行觀察，借助圖片、利用虛擬三維模型和視頻幫助學生進行理解。

4.2? 創(chuàng)新點：利用火花學院APP開展交互式學習

在化學教學中利用率最高的多媒體交互軟件是PowerPoint等。在傳統(tǒng)教學中，學生通過圖片及視頻引發(fā)思考和討論，在一系列的活動中僅僅調(diào)動視覺、聽覺，并未達到對所學知識的親身實踐[7]。

火花學院APP中包含眾多學科教學資源，化學學科實驗視頻和配合物球棍模型資源較為全面，符合多模態(tài)智慧課堂優(yōu)質(zhì)教學資源共享的理念[8]。其3D模型為一大特色，學生可以通過自主選擇視角去觀察配合物的構(gòu)成，通過旋轉(zhuǎn)視角來確定配合物的全貌。在其成套的免費教學資源支撐下，教學趨向于簡單便捷，使得配合物知識內(nèi)容更加直觀，克服了二維圖片的失真感，便于學生理解，并且在學習某一知識點的同時可以觀看評論區(qū)中大家對該知識的探討和相關(guān)知識點的推送。在教學過程中，教師可以根據(jù)學生的需要利用iPad調(diào)出相應(yīng)實驗視頻或者相應(yīng)模型，學生同時可利用手中的iPad觀察相應(yīng)的教學資源。

5? 教學目標與重難點

5.1? 教學目標

1）能理解配合物的形成條件，融入火花學院APP中的配合物模型，通過觀察法學習配合物的基本性質(zhì)。

2）創(chuàng)設(shè)科學探究活動對硫酸銅溶液顏色進行探究，培養(yǎng)合作意識；面對已知問題提出自己的猜想，培養(yǎng)創(chuàng)新意識。

3）通過創(chuàng)設(shè)實驗和模型情境培養(yǎng)嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和崇尚真理的意識。

5.2? 教學重難點

教學重點：理解配體、中心離子、配位鍵、配位數(shù)、配合物等相關(guān)概念，并能說出它們在任意配合物中代表的含義。

教學難點：配位鍵形成的過程。

6? 教學過程

6.1? 課堂導入

教師取少量無水氯化銅溶解在水中，講解現(xiàn)象，提出問題：“為何無水硫酸銅是白色的粉末，溶解進水中則會變成藍色的溶液？”學生觀察實驗現(xiàn)象，對疑問進行各種猜想。教師根據(jù)學生的回答靈活講解，并引出本節(jié)課所學習的概念“配合物”。

設(shè)計意圖：通過觀察實驗作為導入，烘托出化學實驗奇妙的氛圍感，拋出問題，為后續(xù)引出配合物的概念做好鋪墊。

6.2? 探究硫酸銅溶液顯藍色的原因

教師展示CuSO4溶液、CuCl2溶液、CuBr2溶液的顏色，全部為藍色，給出已知條件：K2SO4溶液、NaCl溶液、KBr溶液都是無色的。進行對照，引導學生尋找顏色不同的原因。學生回答：“因為Cu2+是藍色的?！苯處熣故綜uSO4晶體、CuCl2晶體、CuBr2晶體分別是白色、棕色、深褐色，拋出疑問：“根據(jù)這些物質(zhì)的顏色判斷，為何與之前結(jié)論沖突？”學生回答：“Cu2+在結(jié)晶當中缺少了水?！苯處煹贸鼋Y(jié)論：“Cu2+在水溶液中呈現(xiàn)藍色?！崩^續(xù)拋出疑問：“是否Cu2+要在水溶液中才顯藍色？”學生回答：“CuSO4·5H2O是藍色的晶體，所以猜測Cu2+與水結(jié)合顯藍色。”教師肯定猜想并做出總結(jié)。

設(shè)計意圖：引導學生對配合物學習重點“四水合銅離子”有初步的了解，通過拋出疑問的形式對學生啟發(fā)誘導，引導學生接近正確的結(jié)論，結(jié)合顏色的變化等奇妙的化學現(xiàn)象激發(fā)學生對本節(jié)課的學習興趣。

6.3? 探究Cu2+如何與水分子結(jié)合

教師依照之前所學過的離子鍵、共價鍵、金屬鍵并不能很好地解釋出Cu2+與水分子的結(jié)合狀態(tài)，所以需要引導學生觀察水分子的成鍵情況。教師通過手中的iPad分享火花學院中教學素材的鏈接至學生手中的iPad，學生打開后觀看火花學院中的3D模型動畫素材，如圖1所示[9]。教師提問：“觀察金閃閃的亮點是什么？”學生回答：“兩對孤電子對?！?/p>

教師講解：“每一對孤電子對都在一個軌道上運動，研究發(fā)現(xiàn)Cu2+是具有空軌道的。所以氧原子的孤電子對加上它本身所在的軌道加上Cu2+本身的空軌道，就會形成一個共價鍵，這個特殊的共價鍵被稱為配位鍵。之前所學過的經(jīng)典共價鍵是兩個原子各提供一個電子，而配位鍵是一個原子提供兩個電子。水分子中的氧原子提供一對孤電子對，稱之為配體；而Cu2+提供空軌道不提供電子，稱之為中心離子（如果中心是原子，就叫中心原子）。”

設(shè)計意圖：從微觀角度解釋配合物的形成，配合“水分子成鍵”素材解釋配位鍵成鍵特點，發(fā)揮火花學院通過視覺感知提高學生學習效率的作用。

6.4? 觀察四水合銅離子模型

教師講解：“這種配離子叫作四水合銅離子，通過iPad觀察火花學院中的素材，如圖2所示[10]。大家可以利用手中的iPad進行拖拽，在不同角度觀察四水合銅離子的構(gòu)型，同時可以切換球棍模型和空間填充模型進行觀察?！睂W生利用火花學院中的素材進行觀察，理解四水合銅離子的空間構(gòu)型。

教師講解：“結(jié)合模型觀察教材中的化學方程式，Cu2+結(jié)合4個水分子代表配位數(shù)為4，球棍模型中的棍代表配位鍵，水分子被稱為配離子，Cu2+被稱為中心離子，把以配位鍵結(jié)合生成的化合物稱為配位化合物，簡稱配合物?！睂W生完善筆記記錄。

設(shè)計意圖：充分利用火花學院中的素材來教學配合物相關(guān)知識，引導學生結(jié)合火花學院對配合物3D模型的展示進行360°觀察，通過動手并且動腦的視覺、觸覺相結(jié)合，從宏觀實驗現(xiàn)象聯(lián)系微觀模型，培養(yǎng)學生宏觀辨識與微觀探析的化學學科核心素養(yǎng)。

6.5? 了解更多配合物

教師講解：“向硫酸銅溶液中加入氨水，先形成的是氫氧化銅沉淀；繼續(xù)加入過量的氨水，可以觀察到藍色的氫氧化銅溶液溶解，并且重新形成溶液，是深藍色。”提出疑問：“氫氧化銅是如何溶解的呢？”學生通過觀察實驗記錄實驗現(xiàn)象，并能對教師提問及時反饋，做出猜想。

教師在答疑后，引導學生觀察課本中的化學方程式，氫氧化銅中的銅原子可以和氨分子配位，形成四氨合銅離子，通過火花學院APP觀察四氨合銅離子的構(gòu)型[10]，利用iPad展示球棍模型。如果在深藍色的溶液中加入乙醇，降低溶劑的極性，可以使得硫酸四氨合銅溶解度降低析出。學生仔細觀察球棍模型，從球棍模型中理解到氨分子中存在孤對電子。

教師帶領(lǐng)學生回顧檢驗Fe3+，通過iPad分享鏈接后一同觀看實驗視頻。向含有Fe3+的溶液中滴加硫氰化鉀溶液，就可以得到紅色的溶液。實際上是SCN-作為配體與Fe3+配位，顯紅色，用于檢驗Fe3+。方程式比較復雜，不要求大家掌握，因為Fe3+可以結(jié)合1～6個SCN-，只需要知道生成了配合物就可以了。而配位鍵有強有弱，像這個反應(yīng)中配位鍵較弱，配位反應(yīng)進行得不徹底。學生理解、記錄。

教師與學生一起觀察實驗視頻，向NaCl溶液中滴加AgNO3溶液，會得到氯化銀沉淀；繼續(xù)滴加氨水，發(fā)現(xiàn)又得到無色透明的溶液。請學生觀察課本中化學方程式，實則是生成新的配離子——二氨合銀離子，分析中心離子、配體、配位數(shù)是什么？學生回答：“中心離子是銀離子，配體是氨分子，配位數(shù)是2?！苯處熖崾荆骸叭绻蠹腋信d趣，可以隨時在火花學院中學習配合物的相關(guān)知識，其中有很多3D模型和微課，可以幫助大家理解更多配合物知識?！?/p>

設(shè)計意圖：通過對配合物的舉例，了解本節(jié)課需要掌握的配合物的所有應(yīng)用，借助學生對知識探究的強大興趣，更有效率地完成該部分內(nèi)容的教學；借助火花學院中優(yōu)秀教學資源，使得本節(jié)課講授的微觀模型更加直觀，降低理解門檻，提升學生對配合物知識的理解程度。

7? 教學反思

課程在逐步革新，教學中的可視化可以為學生提供視覺、聽覺、觸覺相互融合的情境，通過讓學生感知物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)模型和自主探究實驗，引導學生進行深入思考學習。本節(jié)課運用火花學院APP結(jié)合iPad觸摸，給予學生充分觀察時間，在獨特新穎的教學過程中引發(fā)學生興趣以突破重難點，培養(yǎng)學生的構(gòu)型思維，實現(xiàn)學生化學學科核心素養(yǎng)的提升。

8? 結(jié)束語

火花學院APP擁有初高中各門學科的視頻、微課、3D模型等教學資源，在平板及手機中可以運行，在PC中以網(wǎng)頁的形式仍然可以展現(xiàn)，與Materials Studio、Diamond、Mercury、Gauss View、Unity 3D、Chem3D等相比，可以擺脫運行環(huán)境的限制，就算沒有iPad，也可以用手機進行教學，適用于化學教學實踐。其出色的可交互功能可以為學生提供自主探究的平臺，將配合物結(jié)構(gòu)的抽象思維形象化，從而提升學生對本節(jié)內(nèi)容的學習興趣，增強學習效果。

9? 參考文獻

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[8] 蔡蘇，焦新月，楊陽，等.5G環(huán)境下的多模態(tài)智慧課堂實踐[J].現(xiàn)代遠程教育研究，2021，33（5）：103-112.

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[10] 四水合銅離子模型[EB/OL].[2022-3-12].https：//www.?huohuaschool.com/component/406000107.