構(gòu)建化學(xué)模型體系 體驗(yàn)微觀模擬世界
——以《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》教學(xué)為例

孫金鳳

（吉林省通化縣第七中學(xué) 吉林通化 134100）

隨著新課改教育改革的不斷推進(jìn)，傳統(tǒng)的高中化學(xué)課堂教學(xué)方式已經(jīng)不符合學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，無(wú)法做到高效教學(xué)。因此，創(chuàng)新化學(xué)課堂教學(xué)模式尤為重要，教師應(yīng)結(jié)合當(dāng)前的教育現(xiàn)狀，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)需求與訴求，優(yōu)化傳統(tǒng)的課堂教學(xué)方式。搭建化學(xué)模型體系是優(yōu)化課堂教學(xué)方式的一種，通過(guò)模型體系的搭建可以幫助學(xué)生更好地理解化學(xué)知識(shí)，帶領(lǐng)學(xué)生體驗(yàn)微觀模擬世界的魅力。因此，本文的主要內(nèi)容是討論與研究構(gòu)建化學(xué)模型體系體驗(yàn)微觀模擬世界的途徑。

一、《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》的相關(guān)概述

《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》是高中化學(xué)必修二的教學(xué)課程，其主要的課堂教學(xué)內(nèi)容是基于原子、分子水平去了解與掌握物質(zhì)構(gòu)成的規(guī)律，其課程的整體教學(xué)脈絡(luò)以微粒之間的不同作用力為主，著重分析與研究不同類(lèi)型物質(zhì)的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，進(jìn)而逐步完善學(xué)生對(duì)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步在物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的邏輯分析以及問(wèn)題解決能力。與此同時(shí)，在《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》教材內(nèi)容的不斷修訂與完善之后，進(jìn)一步整合教學(xué)主題，逐步形成統(tǒng)攝性認(rèn)識(shí)，擴(kuò)展學(xué)生對(duì)研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的尺度，更為注重物質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的形成與變化過(guò)程，同時(shí)更為關(guān)注物質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的研究與學(xué)習(xí)方法。其教材內(nèi)容整合修訂后，對(duì)于粒子之間的相互作用、教學(xué)尺度以及物質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法與意義等基礎(chǔ)理論知識(shí)都得了進(jìn)一步的強(qiáng)化。進(jìn)一步而言，現(xiàn)行的《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》教材與2017年的教材版本相比，其不僅總結(jié)了以往多年的課堂教學(xué)實(shí)際情況，還容易被高中化學(xué)教師所接納。一般而言，高中化學(xué)教師對(duì)于《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》這一模塊的教學(xué)知識(shí)架構(gòu)較為了解與熟悉，在以往多年的課堂教學(xué)中積累與總結(jié)了大量教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，可以很好地展開(kāi)課堂教學(xué)?；诟咧袑W(xué)生而言，《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》屬于自主選擇性學(xué)習(xí)的教材內(nèi)容，相比于其他選修教材內(nèi)容，高中學(xué)生更愿意選擇此教材內(nèi)容進(jìn)行課堂學(xué)習(xí)。但受傳統(tǒng)應(yīng)試教育的影響，《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》教材知識(shí)的課堂教學(xué)多以教師講授、學(xué)生被動(dòng)式學(xué)習(xí)為主，其知識(shí)也多以識(shí)記性教學(xué)內(nèi)容較多，相反對(duì)于邏輯分析、解決問(wèn)題、方法觀念、思維拓展以及動(dòng)手實(shí)踐等問(wèn)題的教學(xué)滲透較少，實(shí)際上此種課堂教學(xué)的情況有失偏頗，并不利于高效化教學(xué)的發(fā)展。除此之外，根據(jù)查閱文獻(xiàn)的情況發(fā)現(xiàn)，我國(guó)對(duì)于相關(guān)《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》教學(xué)教材的編寫(xiě)、內(nèi)容搭建等的相關(guān)研究主要集中在三個(gè)方面，其一便是對(duì)教材內(nèi)容知識(shí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建與選擇，其二是對(duì)《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》教學(xué)實(shí)施具體情況的深入調(diào)查研究，其三是對(duì)相關(guān)教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)知識(shí)模塊的進(jìn)一步解讀。由此可見(jiàn)，對(duì)于高中化學(xué)《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》的教學(xué)主體以及課堂教學(xué)方法的深入研究較少，但對(duì)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)思維進(jìn)行教學(xué)科目的思維認(rèn)知研究相對(duì)較多。因此，各大教研人員以及一線高中化學(xué)教師，應(yīng)從化學(xué)課堂教學(xué)主體與課堂教學(xué)方法上對(duì)《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》的教學(xué)展開(kāi)深入的研究與分析，不斷強(qiáng)化教學(xué)實(shí)踐的指導(dǎo)與思考，有針對(duì)性地提升化學(xué)課堂教學(xué)的效率與質(zhì)量。所以本文主要對(duì)課堂教學(xué)方法進(jìn)行深入的剖析與研究，創(chuàng)新課堂教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)構(gòu)建化學(xué)模型體系。

二、構(gòu)建化學(xué)模型體系體驗(yàn)微觀模擬世界的重要性

高中階段的化學(xué)課程核心素養(yǎng)是學(xué)生全面發(fā)展與培養(yǎng)的重要階段。我們知道核心素養(yǎng)是學(xué)生不可缺少的人文素養(yǎng)，是基于立德樹(shù)人教育理念的素質(zhì)教育基礎(chǔ)內(nèi)容，其也是促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展的核心內(nèi)容，其體現(xiàn)了社會(huì)主義的社會(huì)價(jià)值觀。核心素養(yǎng)的教育內(nèi)容指出了化學(xué)課程學(xué)習(xí)重點(diǎn)與教師培養(yǎng)學(xué)生的主要方向。高中階段的化學(xué)是一門(mén)在分子和原子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、特性、相互之間作用和應(yīng)用的基礎(chǔ)課程，初中階段的化學(xué)知識(shí)體系有所不同，高中階段的化學(xué)知識(shí)主要以微觀物質(zhì)的認(rèn)知與應(yīng)用為主。《物質(zhì)材料結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》學(xué)習(xí)知識(shí)板塊主要講述了原子結(jié)構(gòu)、元素性質(zhì)、元素特性、分子間作用力等多個(gè)方面的化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，并在此基礎(chǔ)上分析物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的聯(lián)系，研究元素變化的根本，預(yù)測(cè)和分析化學(xué)物質(zhì)的性質(zhì)，設(shè)計(jì)新的分子結(jié)構(gòu)，生成新材料，創(chuàng)造新的化學(xué)物質(zhì)。[1]但是，這些專(zhuān)業(yè)知識(shí)形式多樣，基礎(chǔ)知識(shí)的邏輯性較強(qiáng)，需要學(xué)生具有較好的化學(xué)思維以及化學(xué)知識(shí)探索精神。因此，在高中化學(xué)學(xué)習(xí)的時(shí)候很多學(xué)生會(huì)感覺(jué)枯燥，大多數(shù)學(xué)生會(huì)覺(jué)得相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)難度系數(shù)比較高，以至于學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性不高，學(xué)習(xí)效果也相對(duì)較差。不僅如此，受傳統(tǒng)應(yīng)試教育的影響，化學(xué)課堂的學(xué)習(xí)多以教師在講臺(tái)講授知識(shí)點(diǎn)為主，課堂學(xué)習(xí)氛圍較為沉悶，這也導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)能動(dòng)性下降，不利于教師提升課堂教學(xué)的質(zhì)量與水平。除此之外，針對(duì)部分微觀過(guò)程的學(xué)習(xí)，比如共價(jià)鍵的形成，是人的肉眼所無(wú)法觀察到的，學(xué)生只能憑想象去感受與理解；又比如分子結(jié)構(gòu)中各種晶體的堆積以及正離子的相對(duì)位置，雖然化學(xué)課本中會(huì)有部分插圖和圖片，但實(shí)際上學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中還是一頭霧水。因此，必須以化學(xué)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和變化的客觀事實(shí)作為建立模型的依據(jù)，科學(xué)研究構(gòu)建化學(xué)物質(zhì)的模型管理體系。在以往課堂教學(xué)中構(gòu)建理論知識(shí)模型的基礎(chǔ)上，動(dòng)手搭建實(shí)物模型幫助學(xué)生去了解和掌握物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，感受微觀模擬世界的奇妙，掌握相關(guān)知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)模塊的學(xué)習(xí)核心，提高難點(diǎn)的學(xué)習(xí)效果。[2]總而言之，以往的高中化學(xué)課堂授課方式已經(jīng)不能滿(mǎn)足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，學(xué)生不能從單一化的教學(xué)方式中開(kāi)展高效的化學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)，通過(guò)構(gòu)建化學(xué)模型體系，不僅可以引領(lǐng)學(xué)生體驗(yàn)微觀模型世界的奇妙，還可以幫助學(xué)生將抽象化的知識(shí)內(nèi)容變得具象化，從而幫助學(xué)生更好地理解相關(guān)知識(shí)，以此使化學(xué)課堂教學(xué)變得有趣味性，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，幫助學(xué)生提升化學(xué)成績(jī)。因此，構(gòu)建化學(xué)模型體系教學(xué)方式的應(yīng)用是非常有必要的。

三、搭建化學(xué)模型體系體驗(yàn)微觀模擬世界的相關(guān)措施分析

（一）構(gòu)建化學(xué)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)實(shí)物模型

《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》控制板塊中最先關(guān)鍵學(xué)習(xí)了解的是分子、原子等這一種類(lèi)的微觀世界，其屬于化學(xué)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)，所有的公式以及化學(xué)實(shí)驗(yàn)在后續(xù)的課程學(xué)習(xí)中會(huì)被反復(fù)利用，因此在學(xué)習(xí)這些基礎(chǔ)知識(shí)的時(shí)候就務(wù)必要重視基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)。而由于分子和原子這種化學(xué)物質(zhì)是十分微小的，實(shí)際上通過(guò)肉眼是觀察不到的，但原子與分子是客觀存在的，所以其無(wú)法再沿用中小學(xué)、中學(xué)學(xué)段用肉眼或顯微鏡觀察的方法去做化學(xué)物質(zhì)的剖析探尋，或僅僅滯留在觀察書(shū)上的模型圖或是教師畫(huà)模型圖，因此對(duì)于《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》的課堂學(xué)習(xí)方式應(yīng)有所轉(zhuǎn)變，教師應(yīng)當(dāng)讓學(xué)員積極搭建模型想象，幫助學(xué)生通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐的方式形成對(duì)微觀物質(zhì)的認(rèn)識(shí)。例如化學(xué)教師在開(kāi)展雜化軌道基礎(chǔ)理論的課堂教學(xué)時(shí)，為了更好地讓學(xué)生直觀、形象地感受到SP3雜化軌道形狀以及其空間屈伸方法，化學(xué)教師可以在教案設(shè)計(jì)中讓學(xué)生自主搭建模型想象，用繪畫(huà)的方式畫(huà)模型，教育學(xué)生根據(jù)雜化理論等選用彩泥、球棍模型或占比模型來(lái)構(gòu)建微觀物質(zhì)的實(shí)體模型，隨后再根據(jù)雜化軌道間的夾角這一知識(shí)點(diǎn)來(lái)了解“甲烷是正四面體構(gòu)造”這一結(jié)果。

對(duì)于《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》中晶體構(gòu)造這一知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)，是學(xué)生在學(xué)習(xí)高中化學(xué)時(shí)的一大難點(diǎn)。不僅如此，教師也很難通過(guò)傳統(tǒng)的課堂教學(xué)方式幫助學(xué)生更好地理解晶體構(gòu)造涉及的知識(shí)，所以搭建晶體構(gòu)造模型的教學(xué)方式能夠幫助學(xué)生真正領(lǐng)會(huì)晶體的結(jié)構(gòu)特征和晶體兩者之間的相對(duì)位置?；瘜W(xué)教師可以應(yīng)用購(gòu)置的晶體實(shí)體模型開(kāi)展課堂教學(xué)，組織班級(jí)內(nèi)部的所有學(xué)生動(dòng)手去構(gòu)建不同類(lèi)型的晶體模型，這種模型可以形象化地展現(xiàn)晶體中間的相對(duì)位置，幫助學(xué)生更好地了解金剛石的正四面體的空間網(wǎng)狀內(nèi)部結(jié)構(gòu)，了解NaCI 型以及CsCI 型晶體的體心、面心、棱邊等，以此協(xié)助學(xué)生提升空間想象能力與動(dòng)手操作能力，了解并把握晶體構(gòu)造。[3]與此同時(shí)，教師還可通過(guò)多媒體教具展示構(gòu)造模型或選用相應(yīng)的模型軟件，讓學(xué)生多方位地觀察晶體構(gòu)造模型中顆粒的組成特性，啟發(fā)學(xué)生的深層次思考，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)對(duì)此類(lèi)問(wèn)題進(jìn)行有序分析，并通過(guò)創(chuàng)建較為詳細(xì)的空間立體式占比模型，塑造學(xué)生聯(lián)想能力。除此之外，教師能夠給予或讓學(xué)生自己制作塑料泡沫球、棉絮條、扭扭棒，讓其依據(jù)課本給予的各種各樣晶體構(gòu)造，用502 強(qiáng)力膠或AB 膠動(dòng)手能力黏合制作各種各樣晶胞模型。例如在動(dòng)手制作金屬材料晶體全過(guò)程中，讓學(xué)生感受非密置層、密置層的二維堆積全過(guò)程，以此掌握六方堆積、面心立方堆積、體心立方堆積之間的差別與共性，對(duì)無(wú)法用語(yǔ)言表達(dá)敘述的三維空間ABABAB 的六方密堆積方法和ABCABCABC 的立方米密堆積方法讓學(xué)生能夠得到更難忘的感受。[4]在實(shí)體模型的合理運(yùn)用下，學(xué)生可以直觀地了解圓球的相切狀況，提升了晶胞構(gòu)造中顆粒間的間距與晶胞棱長(zhǎng)的關(guān)聯(lián)，高考考試中相關(guān)晶胞整體測(cè)算的考核難度也會(huì)有效降低。

（二）搭建系統(tǒng)模型、關(guān)系模型等理論模型

科學(xué)家基于實(shí)驗(yàn)的客觀事實(shí)，依靠想象力和相關(guān)的基礎(chǔ)理論，在分子結(jié)構(gòu)和分子水平上建立了一套物質(zhì)及其變化規(guī)律性的化學(xué)微觀認(rèn)識(shí)體系，其本質(zhì)上是一個(gè)實(shí)體模型的構(gòu)建。[5]分子結(jié)構(gòu)和分子是豐富且不可觀測(cè)的，所以應(yīng)該依據(jù)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件，建立分子和分子結(jié)構(gòu)的立體模型想象，并根據(jù)邏輯推理和想象思維對(duì)分子和分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行猜想。在探索原子結(jié)構(gòu)物理模型的歷史時(shí)期，就是對(duì)抽象思維能力物理模型的明確提出、調(diào)整和完善的全過(guò)程。因此，在不損害理性的前提下，構(gòu)建科學(xué)合理的宏觀實(shí)體模型管理系統(tǒng)，可以提高對(duì)神秘宇宙的認(rèn)知，提高學(xué)生對(duì)神秘宇宙的感受，相當(dāng)于給學(xué)生一雙眼睛看神秘宇宙，將微觀世界數(shù)據(jù)可視化和抽象化的全過(guò)程具體化，讓學(xué)生感受神秘宇宙模擬仿真的奇妙與多樣。

化學(xué)家掌握了元素科學(xué)研究的首要元素，逐步搭建了元素的原子結(jié)構(gòu)、元素在周期表中的位置、元素特征之間的相互關(guān)系，體現(xiàn)了各個(gè)物質(zhì)元素之間的聯(lián)系的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型。分析原子結(jié)構(gòu)與元素特性?xún)烧咧g的關(guān)系，應(yīng)搭建原子結(jié)構(gòu)模型，研究不同元素原子變量之間即核電荷數(shù)、原子半徑、電子層數(shù)、最外層電子數(shù)、化合價(jià)等隨原子序數(shù)變量的改變而變化的趨勢(shì)的關(guān)系模型，這也是所謂的元素周期律的本質(zhì)。[6]根據(jù)構(gòu)建的虛擬實(shí)體模型實(shí)現(xiàn)對(duì)化學(xué)分子周期表各物質(zhì)元素的理解，讓學(xué)生構(gòu)建基于“位、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)”關(guān)系的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，以此種方式啟發(fā)學(xué)生的思維，幫助學(xué)生打開(kāi)視野。帶領(lǐng)學(xué)生搭建“位、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)”的系統(tǒng)認(rèn)知模型是元素周期律的課堂教學(xué)重點(diǎn)。創(chuàng)建認(rèn)知能力實(shí)體模型可以幫助學(xué)生分階段了解元素和化學(xué)物質(zhì)的發(fā)展趨勢(shì)，利用認(rèn)知能力實(shí)體模型可以研究和處理與元素和化學(xué)物質(zhì)相關(guān)的具體問(wèn)題。總而言之，高中階段化學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)重點(diǎn)與難點(diǎn)是物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，只有學(xué)生掌握了化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)，才能幫助學(xué)生順利地開(kāi)展后續(xù)知識(shí)的學(xué)習(xí)，而此階段知識(shí)內(nèi)容的教學(xué)也是教師鍛煉學(xué)生邏輯思維與搭建空間模型的依據(jù)內(nèi)容。

（三）強(qiáng)化小組合作學(xué)習(xí)，凸顯教學(xué)主體

高中化學(xué)教師在實(shí)際課堂教學(xué)的時(shí)候，應(yīng)正確認(rèn)知課堂教學(xué)主體，應(yīng)該將自身的教學(xué)屬性放在學(xué)生學(xué)習(xí)的指導(dǎo)者與幫助者。所以，教師在開(kāi)展構(gòu)建化學(xué)模型體系的教學(xué)時(shí)，應(yīng)將教學(xué)的主體歸還給學(xué)生。其具體課堂教學(xué)方法，可以采用小組合作學(xué)習(xí)的方式，教師在課前備課的環(huán)節(jié)中應(yīng)精心設(shè)計(jì)課堂實(shí)踐的主題與內(nèi)容，使其在構(gòu)建化學(xué)模型體系時(shí)能夠緊緊圍繞課本知識(shí)的教學(xué)難點(diǎn)與重點(diǎn)，進(jìn)而根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況與性格特點(diǎn)，劃分學(xué)習(xí)小組，讓學(xué)生以小組合作的方式進(jìn)行相關(guān)的實(shí)踐或?qū)嶒?yàn)，進(jìn)而有效培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力與溝通表達(dá)能力，有效落實(shí)素質(zhì)教育目標(biāo)，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。教師在學(xué)生動(dòng)手操作的同時(shí)，還應(yīng)維持好班級(jí)內(nèi)部的秩序，對(duì)于遇到困難的學(xué)生應(yīng)主要以引導(dǎo)為主，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)與解決問(wèn)題的能力，以此提升化學(xué)課堂的高效性。在學(xué)生完成相關(guān)的實(shí)踐內(nèi)容之后，教師還要給予學(xué)生的一定的肯定與評(píng)價(jià)，在鼓勵(lì)學(xué)生的同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)課堂學(xué)習(xí)產(chǎn)生反思，使其能夠不斷完善自身的學(xué)習(xí)態(tài)度與方法，進(jìn)而使相應(yīng)的化學(xué)知識(shí)得以融會(huì)貫通與升華，凸顯出課堂教學(xué)的主體。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，傳統(tǒng)的高中化學(xué)課堂教學(xué)方式并不適用于現(xiàn)代教學(xué)，所以教師應(yīng)積極優(yōu)化課堂教學(xué)方式，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。通過(guò)構(gòu)建化學(xué)微觀模型體系可以提升化學(xué)課堂的趣味性，以有趣的微觀世界提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生更好地理解與掌握抽象的化學(xué)知識(shí)，進(jìn)而有效推動(dòng)教育教學(xué)的發(fā)展，促進(jìn)課堂教學(xué)的改革進(jìn)程。