建立學(xué)生化學(xué)觀的途徑

□ 海南省農(nóng)墾中學(xué) 沈景花

一、物質(zhì)觀

物質(zhì)觀是化學(xué)最基本的觀點，是中學(xué)化學(xué)教育中最重要的觀點，也是化學(xué)教育的最基本載體。那如何在學(xué)生認知過程中建立物質(zhì)觀呢？

1.元素觀。先給學(xué)生建立元素觀，所有的物質(zhì)都是由元素構(gòu)成的。人類目前所了解的物質(zhì)和合成的物質(zhì)都是由這100多種元素構(gòu)成的。初中階段重點強調(diào)1-18號元素的性質(zhì)，到了高中階段，人教版必修2的第一章學(xué)習(xí)元素周期表和元素周期律，讓學(xué)生認識一百多種元素。在學(xué)習(xí)元素周期表和元素律的時候，我們重點學(xué)習(xí)1-18號元素的性質(zhì)，利用元素周期律的相似性和遞變性，學(xué)生基本上可以掌握元素周期表上的100多種元素的性質(zhì)并掌握探索它們性質(zhì)的方法與途徑。也就是說，學(xué)生只要上了高一，無論是學(xué)文科還是理科，他的元素觀可以建立起來。如果他到了高二選擇理科，那么他還能在選修3第一章中學(xué)到更加深刻的元素的性質(zhì)，比如電負性、電離能等。如果他選擇了文科，那么選修1的《化學(xué)與生活》也能把生活中的吃穿住行中的元素弄清楚，也不至于到了社會中還不清楚化學(xué)物質(zhì)是構(gòu)成人類世界的基石。有的學(xué)生，還能從元素觀擴展到物質(zhì)的多樣性與統(tǒng)一性，這就升華到哲學(xué)觀了。

2.微粒觀。在初中階段，學(xué)生就已經(jīng)認識到物質(zhì)是由微粒構(gòu)成的。初中階段學(xué)生認識的微粒有分子、原子、離子，到了高中階段，學(xué)生認識到了質(zhì)子、中子等。高一新生一開始就要學(xué)習(xí)物質(zhì)的量，這是一個把微觀粒子和宏觀的質(zhì)量聯(lián)系起來的一個很重要的物理量，物質(zhì)的量是讓學(xué)生觸摸微觀粒子的一個非常好的途徑。當(dāng)學(xué)生利用物質(zhì)的量從宏觀的物質(zhì)跨越到微觀粒子，那么微粒觀就基本建立起來了。如果教師能夠利用好緒言課，那么學(xué)生在形成微粒觀的過程勢必事半功倍。比如可以在緒言課上讓學(xué)生意識到化學(xué)是一門充滿神奇色彩的科學(xué)，它通過探索微觀粒子——原子、分子、離子的特征和行為，引導(dǎo)人們認識這個世界。從身邊的空氣、水、食物到復(fù)雜的醫(yī)學(xué)中的病菌到遺傳基因，從熟悉的金屬合金到航天材料，從光合作用的葉綠素到以沙灘沙子為原料的計算機芯片，從化石燃料到氫能源，通過對原子、分子、離子的了解，科學(xué)家們學(xué)會了對分子和原子的控制，制造出很多自然界原先沒有的物質(zhì)，比如塑料、合金、藥物。有趣的緒言課，會激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，讓他們在教師的引領(lǐng)下進入到奇妙的化學(xué)微觀世界。教師激發(fā)學(xué)生豐富的想象力才能更好地把學(xué)生從宏觀世界帶到微觀世界中去尋找答案。比如學(xué)習(xí)人教版選修3《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》的配合物理論時，通過向硫酸銅溶液中加入氨水，學(xué)生觀察到溶液中首先形成了藍色沉淀，繼續(xù)滴加氨水，沉淀溶解，得到深藍色的透明溶液。教師再引導(dǎo)學(xué)生從微觀角度去分析：CuSO4溶液 （藍色）變成Cu(OH)2藍色沉淀再變成深藍色的[Cu(NH3)4]2+，讓學(xué)生學(xué)會從微觀思想分析問題，找到現(xiàn)象的本質(zhì)。

3.結(jié)構(gòu)觀。人類認識的世界上的每一種物質(zhì)都有獨特的結(jié)構(gòu)，這種獨特的結(jié)構(gòu)決定了物質(zhì)的性質(zhì)。這是更深層次地認識物質(zhì)。比如同素異形體，氧氣和臭氧都是由氧元素構(gòu)成的，但二者的性質(zhì)相差甚大，我們不能離開氧氣而生存，但若空氣中多于1.2mg/L的臭氧，我們就中毒身亡。這跟它們的結(jié)構(gòu)有關(guān)。金剛石和石墨都是由碳元素組成的，但金剛石堅硬無比，價值連城，石墨價廉柔軟，這是因為金剛石是以共價鍵形成的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，屬于原子晶體，而石墨是層狀結(jié)構(gòu)，屬于混合型晶體。又比如有機物中的同分異構(gòu)體，分子式相同，結(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)致性質(zhì)不同，乙醇和二甲醚，分子式都是C2H6O，乙醇的結(jié)構(gòu)簡式為CH3CH2OH，而二甲醚的結(jié)構(gòu)簡式為CH3OCH3，乙醇可以任意比溶于水而二甲醚卻難溶于水。結(jié)構(gòu)不同，性質(zhì)大不相同。學(xué)生在初中學(xué)習(xí)時，對結(jié)構(gòu)的探索還不深刻，大多是從元素或原子角度認識物質(zhì)的性質(zhì)。學(xué)生到了高一，學(xué)習(xí)金屬及其化學(xué)物和非金屬及其化合物的性質(zhì)時，教師要善于引導(dǎo)學(xué)生從結(jié)構(gòu)的角度認識物質(zhì)的性質(zhì)。比如氯氣為何具有很強的氧化性？從氯原子的結(jié)構(gòu)出發(fā)，它最外層有7個電子，很容易得到一個電子達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，于是氯氣的氧化性極強。又對比金屬鈉，它最外層有一個電子，容易失去電子達到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，于是金屬鈉具有很強的還原性。到了必修2學(xué)習(xí)元素周期表和元素律，這種結(jié)構(gòu)觀會更強烈。對比堿金屬的金屬性，可以先通過堿金屬分別與水反應(yīng)的視頻，看到金屬鋰安靜地跟水反應(yīng)，金屬鈉比較劇烈，金屬鉀非常劇烈，到了金屬銫，直接爆炸。從現(xiàn)象到本質(zhì)的探索，分析堿金屬的原子結(jié)構(gòu)，會發(fā)現(xiàn)它們的最外層電子數(shù)都是1，所以它們都具有比較強的金屬性，這是它們的相似之處。再分析它們的原子半徑，會發(fā)現(xiàn)它們的原子半徑從上到下依次變大，半徑越大，原子核對最外層電子的吸引力就越小，于是就越容易失去，金屬性就越強了。這樣引導(dǎo)學(xué)生去探究原子的結(jié)構(gòu)來分析物質(zhì)的性質(zhì)，學(xué)生就非常容易建立起結(jié)構(gòu)觀。

當(dāng)學(xué)生開始學(xué)習(xí)人教版必修2的有機物時，初中階段已接觸了一些簡單有機物，比如酒精，但對有機物的性質(zhì)并不太了解，必修2的有機物重點學(xué)習(xí)幾種代表物，甲烷、乙烯、苯、乙醇、乙酸等這幾種代表物的性質(zhì)，教師可以初步建立起有機物的結(jié)構(gòu)觀，比如甲烷的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了甲烷的穩(wěn)定性和取代反應(yīng)，乙烯的碳碳雙鍵決定了乙烯的加成反應(yīng)，苯環(huán)的獨特的鍵讓苯容易取代而難加成，因為取代不會破壞它的苯環(huán)，但加成破壞了苯環(huán)的結(jié)構(gòu)。在學(xué)習(xí)乙醇與鈉反應(yīng)的時候，對比水與鈉反應(yīng)速率，學(xué)生很容易分析出乙醇的羥基與水的H-OH的區(qū)別?？梢岳^續(xù)拋出一個問題給學(xué)生：乙酸與鈉反應(yīng)，會不會更劇烈？學(xué)生對比分析CH3COOH電離出氫離子的能力要比水強得多，那可以遷移得出結(jié)論乙酸與鈉反應(yīng)更加劇烈，有條件的學(xué)?？梢栽儆脤嶒瀬砑訌娺@個結(jié)論，這就夯實了學(xué)生的結(jié)構(gòu)觀。等到學(xué)生開始學(xué)習(xí)選修5，那么這種結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的學(xué)習(xí)理念會更加清晰。學(xué)生可以應(yīng)用甲烷的性質(zhì)推測烷烴的性質(zhì)，可以運用碳碳雙鍵的結(jié)構(gòu)推測烯烴的性質(zhì)，同理，炔烴、鹵代烴、醇、酚、醛、酮、羧酸、酯的通性迎刃而解。掌握了這些代表物的性質(zhì)，那么認識有機物的基本本領(lǐng)就有了。人教版選修3《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》這個模塊的學(xué)習(xí)，能更好地形成學(xué)生的結(jié)構(gòu)觀。其中有一個例子特別具有說服力，1933年杜瑪克將第一種磺胺藥——對氨基苯磺酸酰胺應(yīng)用于醫(yī)學(xué)，因而榮獲1939年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。經(jīng)過許多年，生物化學(xué)家才搞清楚，磺胺藥之所以能夠殺菌，是由于磺胺藥在結(jié)構(gòu)上類似于細菌必須的營養(yǎng)物——對氨基苯甲酸，細菌誤將磺胺藥當(dāng)作對氨基苯甲酸，才被殺死。結(jié)構(gòu)相似的對氨基苯磺酸酰胺和對氨基苯甲酸性質(zhì)也大相徑庭。

二、反應(yīng)觀

化學(xué)反應(yīng)是化學(xué)研究的最核心內(nèi)容，所以在化學(xué)教學(xué)中要建立起化學(xué)反應(yīng)觀。化學(xué)反應(yīng)觀的建立，利用化學(xué)實驗是最直接的方式。學(xué)生可以通過實驗體會到化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，有時候顏色的變化、氣體的生成、沉淀的產(chǎn)生等都能讓學(xué)生感受到化學(xué)反應(yīng)的進行。教師要重視教材中出現(xiàn)的實驗，要創(chuàng)造條件給學(xué)生動手操作實驗，還要把實驗延伸到生活當(dāng)中。除了教材上的一些實驗，教師還可以創(chuàng)造條件把生活材料帶進課堂中來進行實驗。比如在學(xué)習(xí)原電池的時候，教師完全可以利用水果讓學(xué)生做原電池實驗，也可以利用大蒜做原電池實驗。在學(xué)習(xí)鐵及其化合物的性質(zhì)時，可以讓學(xué)生檢驗生活中補血劑的鐵元素是二價鐵還是三價鐵，還可以利用維生素C片來做三價鐵轉(zhuǎn)化成二價鐵的實驗，甚至可以利用水果來代替維生素C。在學(xué)習(xí)氧化還原反應(yīng)的時候，也可以利用富含維生素C的水果和強氧化劑高錳酸鉀等進行轉(zhuǎn)化。在學(xué)習(xí)乙酸的性質(zhì)時，完全可以讓學(xué)生帶來自家的陳醋進行實驗。這些生活實驗用品，能讓學(xué)生體會到，化學(xué)變化就在身邊，沒有那么遙遠。教師還要善于把熱點事件引入到課堂上來。比如2015年的天津港大爆炸事件，就是非常好的培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)反應(yīng)觀的素材。其中有CN-離子的水解生成劇毒物質(zhì)氰酸，可以運用到鹽的水解這堂課上。CN-和H2O2溶液的反應(yīng)，可以運用到氧化還原反應(yīng)這堂課上，還可以延伸到CN-和ClO-的氧化還原反應(yīng)，在高三復(fù)習(xí)氧化還原反應(yīng)方程式的書寫訓(xùn)練課上也相當(dāng)有幫助?；瘜W(xué)反應(yīng)在生活中無處不在，教師要引導(dǎo)學(xué)生把化學(xué)反應(yīng)觀延伸到生活中來。要讓學(xué)生體會，我們身邊的一切都在運動著反應(yīng)著，我們身體需要的能量來自于體內(nèi)葡萄糖的快速氧化生成了二氧化碳和水，我們生活需要的能源大部分來自于化石燃料的燃燒，而化石燃料也是固態(tài)碳，燃燒之后生成了二氧化碳。地球上的植物利用光合作用，吸收空氣中的二氧化碳，變成了植物的纖維素。觀察碳的形式變化，便知道這個世界能量的轉(zhuǎn)變，就能理解萬物生長靠太陽的真理。觀察碳的變化，就知道自己應(yīng)該怎樣才能低碳生活，怎樣才能對地球友善。

化學(xué)觀還有物質(zhì)守恒觀、能量守恒觀，綠色化學(xué)觀等，這些都要放在具體的課堂上去落實，滲透到每堂課中，滲透到學(xué)生的學(xué)習(xí)生活中。要做到潤物細無聲，教師還要加強自己的化學(xué)觀的學(xué)習(xí)，多閱讀，多注意觀察體驗。雖然我們不能讓所有的學(xué)生成為化學(xué)科學(xué)家，也不能讓所有的學(xué)生進入大學(xué)繼續(xù)學(xué)習(xí)化學(xué)，但我們應(yīng)該盡我們最大的努力，讓大部分學(xué)生具備最基本的化學(xué)觀，讓學(xué)生生活得清清楚楚明明白白，將來進入社會，擁有一定的科學(xué)素養(yǎng)，就達到我們教書育人的目的了。