化學(xué)-無(wú)機(jī)化學(xué)在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用——以“物質(zhì)結(jié)構(gòu)為例”論文

1、摘 要大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)知識(shí)對(duì)中學(xué)化學(xué)具有很大的引領(lǐng)作用，能通過(guò)對(duì)物質(zhì)的認(rèn)識(shí)和分析，利用對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的了解，推理出許多現(xiàn)象和事實(shí)的本質(zhì)，是開(kāi)啟學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的一把鑰匙。文章基于筆者教學(xué)實(shí)踐經(jīng)歷，以物質(zhì)結(jié)構(gòu)為例，選取教學(xué)案例進(jìn)行嘗試和分析；分析近五年全國(guó)卷高考關(guān)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)的試題，對(duì)以大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)為背景的試題進(jìn)行適當(dāng)?shù)难芯亢完U述。關(guān)鍵詞：無(wú)機(jī)化學(xué)知識(shí); 物質(zhì)結(jié)構(gòu); 教學(xué); 中學(xué)化學(xué); 高考化學(xué)AbstractThe knowledge of inorganic chemistry in universities has a great leading role in middle school chem

2、istry. Through the understanding and analysis of substances, the understanding of the nature of substances can be used to infer the essence of many phenomena and facts, which is a key to unlock the core literacy of students.The article is based on the authors teaching practice experience, taking the

3、 material structure as an example, selecting teaching cases to try and analyze; analyzing the questions about the material structure of the national college entrance examination in the past five years, and conducting appropriate research and elaboration on the questions with the background of univer

4、sity inorganic chemistry.Key words: knowledge of inorganic chemistry; material structure; teaching; middle school chemistry; college entrance examination chemistry目 錄1 引言61.1 研究背景61.2 研究意義71.3 研究方法71.3.1 文本分析法71.3.2 案例分析法72 研究現(xiàn)狀82.1 物質(zhì)結(jié)構(gòu)教學(xué)研究狀況綜述82.2 大學(xué)化學(xué)與中學(xué)化學(xué)教學(xué)聯(lián)系研究狀況綜述82.3 對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)已有的評(píng)析93 物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論融入中學(xué)化學(xué)教

5、學(xué)課堂93.1 物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論走進(jìn)初中課堂以“氧化數(shù)”為例93.2 物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論走進(jìn)高中教學(xué)課堂以“鮑林規(guī)則”為例123.3 總結(jié)144 物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論融入高考試題144.1離域大鍵144.1.1 原題再現(xiàn)154.1.2知識(shí)背景154.1.3解析評(píng)價(jià)154.2離子極化164.2.1原題再現(xiàn)164.2.2 知識(shí)背景164.2.3 解析評(píng)價(jià)174.3電子親和能174.3.1原題再現(xiàn)174.3.2 知識(shí)背景184.3.3 解析評(píng)價(jià)184.4 總結(jié)194.5展望195 總結(jié)與展望20參 考 文 獻(xiàn)21致 謝23無(wú)機(jī)化學(xué)在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用以“物質(zhì)結(jié)構(gòu)為例”1 引言1.1 研究背景隨著國(guó)家對(duì)教育的重視，普

6、通高中化學(xué)課程修訂工作的啟動(dòng)，化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的概念逐漸深入，高考試題越來(lái)越注重對(duì)化學(xué)本質(zhì)掌握的考察?；瘜W(xué)教育在不同階段的知識(shí)聯(lián)系上有呈螺旋式上升發(fā)展的特點(diǎn)，但在義務(wù)教育階段，化學(xué)具有典型的基礎(chǔ)性和啟蒙性，看似簡(jiǎn)明的結(jié)論背后卻蘊(yùn)含著學(xué)生難以接受的原理，使得教師常常通過(guò)淡化定義、編順口溜等方式讓學(xué)生掌握記憶，高中課程難度加大，導(dǎo)致初中與高中的要求銜接有脫節(jié)的現(xiàn)象；大學(xué)化學(xué)課程的第一門專業(yè)課即是無(wú)機(jī)化學(xué)，其概念的繁雜讓許多備受打擊的師范生普遍認(rèn)為其內(nèi)容與中學(xué)化學(xué)聯(lián)系不緊密，減少了學(xué)習(xí)的積極性，有了學(xué)好中學(xué)化學(xué)就足以成為中學(xué)化學(xué)教師的想法。筆者在實(shí)習(xí)期間與學(xué)校的化學(xué)教師交流的過(guò)程中得知不少教師以前并

7、不重視無(wú)機(jī)化學(xué)，備課時(shí)不會(huì)注意中學(xué)知識(shí)與大學(xué)化學(xué)知識(shí)的聯(lián)系，但面對(duì)近幾年高考試題難度的增加開(kāi)始有所吃力。尤其在概念隱蔽和抽象的物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論上，培養(yǎng)好學(xué)生概念的形成，有利于提高學(xué)生宏微結(jié)合、模型認(rèn)知等化學(xué)核心素養(yǎng)。中學(xué)化學(xué)中的物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識(shí)包括原子結(jié)構(gòu)、化學(xué)鍵、晶體結(jié)構(gòu)等方面的內(nèi)容，主要在九年級(jí)上冊(cè)、必修二、選修三中呈現(xiàn)，是中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的重、難點(diǎn)。學(xué)生在最初學(xué)習(xí)時(shí)，對(duì)這類知識(shí)的學(xué)習(xí)好奇心最大、動(dòng)機(jī)最足，但因?yàn)楹芏嘀R(shí)不易理解和掌握導(dǎo)致漸漸失去了興趣。例如：化合價(jià)具體是怎么判斷的？為什么AlF3是離子晶體，AlCl3就是分子晶體了？教科書并沒(méi)有提及，許多中學(xué)教師也很難很好地給學(xué)生講明白。但仔細(xì)研讀

8、無(wú)機(jī)化學(xué)1會(huì)發(fā)現(xiàn)，中學(xué)化學(xué)教材銜接脫節(jié)的地方，在這里面能在本質(zhì)上得到很好的解答。比如中學(xué)化學(xué)中學(xué)生普遍靠機(jī)械記憶來(lái)進(jìn)行掌握的化合價(jià)、顏色、溶解度規(guī)律等，與物質(zhì)的結(jié)構(gòu)有著很大關(guān)系，與無(wú)機(jī)化學(xué)中氧化數(shù)、離子極化等知識(shí)緊密相連。如果中學(xué)化學(xué)教師能站在無(wú)機(jī)化學(xué)的高度去俯瞰中學(xué)化學(xué)知識(shí)，并在中學(xué)化學(xué)教學(xué)轉(zhuǎn)化成自己的語(yǔ)言加以應(yīng)用，則能對(duì)提高學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效率有很大的幫助。1.2 研究意義化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是中學(xué)化學(xué)教育中的新興熱點(diǎn)，研究無(wú)機(jī)化學(xué)理論促進(jìn)中學(xué)教學(xué)具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。本文的研究意義如下：（1）轉(zhuǎn)變教師教育觀念，意識(shí)拓寬自身知識(shí)的意義?；瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)2的改革和高考難度的提高對(duì)

9、教師素養(yǎng)提出了更高的要求，尤其對(duì)于師范生，認(rèn)識(shí)無(wú)機(jī)化學(xué)的基礎(chǔ)性地位，在專業(yè)課的學(xué)習(xí)過(guò)程中將無(wú)機(jī)化學(xué)與中學(xué)化學(xué)實(shí)際聯(lián)系起來(lái)，可以為今后走向工作崗位留下豐富的素材和理論基礎(chǔ)。（2）通過(guò)部分實(shí)例，打開(kāi)教師物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論教學(xué)的新思路。本文旨在幫助教師在理解物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識(shí)理論的基礎(chǔ)上，將其應(yīng)用到高中物質(zhì)結(jié)構(gòu)教學(xué)活動(dòng)中，深入淺出地讓學(xué)生理解自己疑惑的原理和本質(zhì)，提高教學(xué)水平和教學(xué)效率。1.3 研究方法1.3.1 文本分析法本論文對(duì)最近五年全國(guó)普通高等學(xué)校招生全國(guó)統(tǒng)一考試試題進(jìn)行分析，總結(jié)高考化學(xué)中涉及到的與物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識(shí)點(diǎn)，整理出高考化學(xué)物質(zhì)結(jié)構(gòu)部分所涉及到的大學(xué)化學(xué)知識(shí)，為中學(xué)教師提供參考。1.3.2 案例分

10、析法基于筆者的教育實(shí)踐經(jīng)歷，選取教學(xué)案例進(jìn)行分析，分析課堂教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)置以及學(xué)生的課堂表現(xiàn)，并反思教學(xué)實(shí)踐中的不足，做出修正，從而達(dá)到促進(jìn)中學(xué)化學(xué)教學(xué)的教學(xué)效果。2 研究現(xiàn)狀2.1 物質(zhì)結(jié)構(gòu)教學(xué)研究狀況綜述中學(xué)化學(xué)物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識(shí)的學(xué)習(xí)不但建起了學(xué)生化學(xué)知識(shí)體系的基本架構(gòu)，而且培養(yǎng)學(xué)生的邏輯和空間想象等能力。由于物質(zhì)結(jié)構(gòu)本身的復(fù)雜性，以及探索物質(zhì)結(jié)構(gòu)思維和研究方式的獨(dú)特性，使該內(nèi)容成為中學(xué)化學(xué)教學(xué)研究的熱點(diǎn)難點(diǎn)。張文廣、潘振蓓等人以物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識(shí)為例指出教學(xué)中存在許多“形近義異，似是而非”的現(xiàn)象，并強(qiáng)調(diào)加強(qiáng)化學(xué)基本概念教學(xué)的重要性3；唐雙秀通過(guò)調(diào)查高中生“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”學(xué)習(xí)現(xiàn)狀的調(diào)查，總結(jié)學(xué)生學(xué)習(xí)

11、物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論困難有內(nèi)容理論性強(qiáng)、教師教學(xué)影響、學(xué)習(xí)方法欠缺等原因，并提出了相關(guān)策略4；海紅玲通過(guò)自編問(wèn)卷調(diào)查和訪談了解高中生學(xué)習(xí)物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識(shí)的現(xiàn)狀，有學(xué)習(xí)興趣低、缺乏空間想象能力和邏輯思維能力、心存畏懼、理解膚淺等特點(diǎn)5。在對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)教學(xué)案例的方面，前人提供了多姿多彩的方法。如林瑜運(yùn)用了問(wèn)題教學(xué)法進(jìn)行“原子晶體”教學(xué)示例6；趙鑫光運(yùn)用多媒體與模型相結(jié)合進(jìn)行“面心立方堆積”教學(xué)7；劉煥亮基于學(xué)科核心素養(yǎng)，展示了元素周期律的教學(xué)8。在教師的專業(yè)素養(yǎng)層面，張榮芳在研究學(xué)科教學(xué)能力時(shí)，針對(duì)遼寧省初中化學(xué)教師進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，發(fā)現(xiàn)初中化學(xué)教師對(duì)整個(gè)化學(xué)知識(shí)體系把握不夠充分，對(duì)做好初高中的有效銜接仍是一個(gè)挑戰(zhàn)

12、9。在對(duì)國(guó)外物質(zhì)結(jié)構(gòu)教學(xué)的研究方面，王玉鳳通過(guò)研究美國(guó)化學(xué)教材Chemistry（第九版），發(fā)現(xiàn)里面已夾雜著許多中國(guó)大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)才學(xué)習(xí)的理論10。2.2 大學(xué)化學(xué)與中學(xué)化學(xué)教學(xué)聯(lián)系研究狀況綜述站在前人研究的肩膀上，大學(xué)教學(xué)與中學(xué)教學(xué)的切合與銜接開(kāi)始備受關(guān)注，尤其在近幾年更為突出，如：劉婧婧、王平等人通過(guò)考察大一學(xué)生高中和大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)的掌握, 從銜接的方向做出深入研究，為無(wú)機(jī)化學(xué)課程的改革作出了充分的實(shí)施建議11；任家成運(yùn)用文獻(xiàn)綜述法、比較分析法和歸納法，以人教版高中化學(xué)教材和吉林大學(xué)等校編寫的無(wú)機(jī)化學(xué)(第三版)為研究對(duì)象進(jìn)行了銜接性研究，對(duì)做好中學(xué)與大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)銜接提出了建議和策略12；郝

13、洪慶的論文將自身的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)與實(shí)例融合，探究了大學(xué)和中學(xué)在教育學(xué)方面關(guān)于無(wú)機(jī)化學(xué)部分的主要差別與問(wèn)題，提出了無(wú)機(jī)化學(xué)課程改革的想法13。在大學(xué)化學(xué)理論知識(shí)反作用于中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用方面，也出現(xiàn)了愿意做出嘗試的過(guò)來(lái)人，可惜數(shù)量不多，并且大部分都是小論文。楊麗明用大學(xué)的結(jié)構(gòu)化學(xué)知識(shí)在應(yīng)用方面對(duì)高中化學(xué)教學(xué)和高中化學(xué)競(jìng)賽教學(xué)做出了詳細(xì)的分析和指導(dǎo)14；姜莉莉論證將大學(xué)化學(xué)知識(shí)適當(dāng)用在中學(xué)化學(xué)教學(xué)活動(dòng)中的可行性與時(shí)代性，并作出嘗試，在應(yīng)用措施上做出建議15；何燕在課程考核、理論、實(shí)驗(yàn)幾個(gè)方向出發(fā)，再根據(jù)自己十年來(lái)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)表示，對(duì)于教師重視大學(xué)化學(xué)知識(shí)體系與教學(xué)掌握16；肖春琳以電化學(xué)為例，提供了物理

14、化學(xué)知識(shí)對(duì)中學(xué)化學(xué)教師指導(dǎo)作用的參考17。2.3 對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)已有的評(píng)析綜上所述，在中學(xué)化學(xué)教學(xué)對(duì)于物質(zhì)結(jié)構(gòu)教學(xué)的研究中，許多前人經(jīng)過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)今的教學(xué)現(xiàn)狀學(xué)生普遍對(duì)這部分知識(shí)概念模糊，無(wú)法轉(zhuǎn)化成描述性語(yǔ)言，許多教師和師范生對(duì)其本質(zhì)也較為輕視，并沒(méi)有深入理解，在教學(xué)案例上具有很大的突破空間，國(guó)外的高中教材里已經(jīng)融入了國(guó)內(nèi)大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)的內(nèi)容，這一系列發(fā)現(xiàn)使得物質(zhì)結(jié)構(gòu)教學(xué)具有很高的關(guān)注度；在大學(xué)化學(xué)與中學(xué)化學(xué)相聯(lián)系的研究中，前人專注于中學(xué)化學(xué)與大學(xué)化學(xué)之間的銜接，而在大學(xué)化學(xué)反作用于中學(xué)化學(xué)的研究尚處于萌芽階段。由此可總結(jié)，當(dāng)今的相關(guān)研究上，為了提高物質(zhì)結(jié)構(gòu)教學(xué)效果，許多前人在不同的角度嘗試探究，

15、但并未發(fā)現(xiàn)無(wú)機(jī)化學(xué)用于中學(xué)物質(zhì)結(jié)構(gòu)教學(xué)的專門研究。3 物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論融入中學(xué)化學(xué)教學(xué)課堂3.1 物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論走進(jìn)初中課堂以“氧化數(shù)”為例筆者在初三教育實(shí)習(xí)期間，在課后常常受到學(xué)生超綱性知識(shí)的疑問(wèn)，如：鐵的核外電子排布為什么是2、8、14、2？化合價(jià)是怎么來(lái)的？原子團(tuán)中的O的數(shù)目是怎么來(lái)的？尤其在化合價(jià)方面，由于課本沒(méi)有直接給出化合價(jià)的定義，并且初中階段也只是用作書寫化合價(jià)的工具，所以一線教師通常也都是給出化合價(jià)口訣讓學(xué)生進(jìn)行記憶，雖然容易記憶，學(xué)生也會(huì)根據(jù)記憶解題，但在發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)的現(xiàn)在，學(xué)生在本質(zhì)的理解方面具有很大的挑戰(zhàn)。此外筆者在查閱關(guān)于化合價(jià)的相關(guān)文獻(xiàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，化合價(jià)的概念也存在著局限性

16、，大學(xué)的氧化數(shù)概念更易使學(xué)生理解1819。于是筆者在征求指導(dǎo)老師同意后，一次習(xí)題課講完習(xí)題后，嘗試融入“氧化數(shù)”的概念，讓學(xué)生重新理解化合價(jià)。教學(xué)片段如下：一、情境導(dǎo)入教師播放稀有氣體的發(fā)現(xiàn)史視頻【教師提問(wèn)】氬氣為什么這么穩(wěn)定呢？【學(xué)生】氬的結(jié)構(gòu)很穩(wěn)定。教師引導(dǎo)學(xué)生畫出稀有氣體原子結(jié)構(gòu)示意圖, 讓學(xué)生討論什么樣的結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的, 學(xué)生總結(jié)當(dāng)原子核外有占據(jù)的電子層的電子剛好排滿時(shí)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定?！驹O(shè)計(jì)意圖】首先通過(guò)科學(xué)家從嚴(yán)格測(cè)量來(lái)源不同的氮?dú)饷芏鹊奈⑿〔町愔邪l(fā)現(xiàn)化學(xué)性質(zhì)特別穩(wěn)定的稀有氣體的故事，在發(fā)展宏觀辨識(shí)能力的同時(shí)感受化學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。之后以微觀的角度探析氬氣的穩(wěn)定性，培養(yǎng)學(xué)生宏微結(jié)合的視角

17、分析能力。二、構(gòu)建模型教師呈現(xiàn)鈉的原子結(jié)構(gòu)示意圖【教師】通過(guò)剛剛的學(xué)習(xí)，我們來(lái)猜測(cè)一下，鈉原子在參加化學(xué)反應(yīng)時(shí)，它的結(jié)構(gòu)會(huì)怎么變化呢？【學(xué)生回答】鈉原子為了形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，會(huì)選擇失去了最外層的一個(gè)電子，從而形成了Na+?！窘處熖釂?wèn)】那么，氯原子如何會(huì)采取什么樣的行動(dòng)呢？【學(xué)生】氯原子同樣也為了形成8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，會(huì)傾向于想得到一個(gè)最外層電子，從而形成Cl-?！窘處熖釂?wèn)】你們來(lái)思考一下，NaCl是怎么形成的呢？【學(xué)生】Na把最外層的一個(gè)電子傳遞給了Cl，分別形成了Na+和Cl-，相互結(jié)合形成NaCl。教師展示氯化鈉的形成過(guò)程?！驹O(shè)計(jì)意圖】從學(xué)生已有的對(duì)原子和離子轉(zhuǎn)化的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，訓(xùn)練學(xué)生掌握

18、物質(zhì)及其變化，培養(yǎng)學(xué)生的變化觀念，同時(shí)也為接下來(lái)構(gòu)建新的化合價(jià)概念做鋪墊。三、深化模型【教師介紹】化合價(jià)的定義：化合物中元素的表觀電荷數(shù)【教師】表觀電荷數(shù)是什么呢？字面意思就是表面看起來(lái)的電荷數(shù)，以NaCl為例，鈉元素現(xiàn)在帶有一個(gè)正電荷，表觀電荷數(shù)為1；氯元素現(xiàn)在帶有一個(gè)負(fù)電荷，表觀電荷數(shù)為-1?！窘處熖釂?wèn)】那現(xiàn)在同學(xué)們想象一下CaF2的形成過(guò)程，Ca和F的化合價(jià)分別是多少呢？【學(xué)生思考后回答】Ca為+2價(jià)，F(xiàn)為-1價(jià)。【教師引導(dǎo)】之前你們學(xué)過(guò)決定元素性質(zhì)的是最外層電子數(shù)，你們對(duì)這句話有沒(méi)有什么新的理解？【學(xué)生回答】最外層電子數(shù)與元素化合價(jià)密切相關(guān)，最外層電子數(shù)為1時(shí)，容易失去一個(gè)e-化合價(jià)為

19、+1，而最外層電子數(shù)為7時(shí)，容易得到一個(gè)e-化合價(jià)為-1?！驹O(shè)計(jì)意圖】從學(xué)生剛剛訓(xùn)練的模型出發(fā)，構(gòu)建新的化合價(jià)概念，通過(guò)提問(wèn)的方式層層推進(jìn)，培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理能力。四、討論模型【教師】看來(lái)同學(xué)們已經(jīng)初步掌握了，你們現(xiàn)在翻到課本后面的元素周期表，對(duì)照一下之前背過(guò)的化合價(jià)口訣，看看有沒(méi)有什么新發(fā)現(xiàn)，有新問(wèn)題也可以提出來(lái)?！緦W(xué)生提問(wèn)】NaH的化合價(jià)怎么判斷？為什么S有那么多種化合價(jià)？等等問(wèn)題【教師】我們可以把電子比作錢，在喜歡給錢的方面呢，金屬是大哥，氫元素是老二，其次是除了O、F以外的非金屬弟弟，O、F是它們共同的小妹，哥哥們都很照顧她。NaH中，大哥愿意出錢幫助老二獲得穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以鈉是+1價(jià)，H

20、是-1價(jià)。H2S中，老二愿意出錢幫助硫弟弟形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以這個(gè)時(shí)候，H是+1價(jià)，S是-2價(jià)。而在H2SO4中，S雖然最外層有六個(gè)電子，自己想要兩個(gè)電子，但他更愛(ài)自己的小妹，愿意把6個(gè)電子全給她，所以這個(gè)時(shí)候，O是-2價(jià)，S是+6價(jià)，H是+1價(jià)?！驹O(shè)計(jì)意圖】通過(guò)討論提高學(xué)生課堂的主體性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。在學(xué)生提出無(wú)法理解的超綱問(wèn)題時(shí)，從學(xué)生熟悉的生活經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，初步培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)遷移的能力。課后與學(xué)生交流，學(xué)生均表示對(duì)化學(xué)的興趣增加了，第一次發(fā)現(xiàn)化學(xué)的邏輯性如此緊密和有趣。很多學(xué)生表示之前對(duì)化合價(jià)不愿意死記硬背，曾嘗試去了解化合價(jià)的原理，但在網(wǎng)上所查到的電荷、化學(xué)鍵、共用電子對(duì)完全看不懂，覺(jué)得

21、很高深，具有畏懼心理，今天一下就頓悟了。3.2 物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論走進(jìn)高中教學(xué)課堂以“鮑林規(guī)則”為例高中階段，物質(zhì)結(jié)構(gòu)的習(xí)題常常有著大學(xué)知識(shí)的背景。筆者在征求高二老師同意后，在一次強(qiáng)化課上給學(xué)生介紹了鮑林規(guī)則，教學(xué)片段如下：一、介紹模型【教師】我們要如何判斷含氧酸的酸性強(qiáng)弱呢？今天給大家分享一個(gè)課外知識(shí)：鮑林規(guī)則。【PPT展示】快速判斷含氧酸的強(qiáng)弱畫出結(jié)構(gòu)式，數(shù)非羥基氧的數(shù)目【教師講解】這里的n，表示的是非羥基氧，也就是不連氫的氧，我們可以把含氧酸寫成（HO）mROn的形式，比如，H2SO4我們可以寫成（HO）2SO2，此時(shí)n=2，它是強(qiáng)酸?！窘處熖釂?wèn)】同學(xué)們思考一下，為什么酸性比較中，次氯酸亞氯酸

22、氯酸高氯酸呢？【學(xué)生回答】次氯酸的非羥基氧為0，是弱酸；亞氯酸的非羥基氧為1，是中強(qiáng)酸；氯酸的非羥基氧為2，是強(qiáng)酸，高氯酸的非羥基氧為3，是超強(qiáng)酸?！驹O(shè)計(jì)意圖】在學(xué)生對(duì)含氧酸的酸性強(qiáng)弱判斷緩慢的前提下，提出這一“神奇”，瞬間點(diǎn)燃學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，并通過(guò)提問(wèn)熟悉模型初步鍛煉學(xué)生的證據(jù)使用能力。二、理解模型【教師提問(wèn)】很好，那同學(xué)們?cè)賮?lái)思考一下，鮑林規(guī)則的本質(zhì)是什么，也就是這個(gè)規(guī)則是根據(jù)什么得來(lái)的呢？【學(xué)生回答】可能是非羥基氧的電負(fù)性強(qiáng)，非羥基氧的數(shù)目越多，吸電子能力就越強(qiáng)，使得羥基氧的電子更偏向于中心原子?！窘處熆偨Y(jié)】思路基本正確，大家有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，次氯酸到高氯酸的過(guò)程中，中心原子Cl的化合價(jià)不斷升

23、高，也就是Cl的正電性不斷增強(qiáng)，這也是前面大家所說(shuō)的受非羥基氧的電負(fù)性吸電子能力強(qiáng)所造成的。所以我們可以這樣來(lái)描述它的本質(zhì)：中心原子的正電性增強(qiáng)，導(dǎo)致R-O-H中O的電子云偏向于R更多，更容易電離出H+。【設(shè)計(jì)意圖】引導(dǎo)學(xué)生訓(xùn)練物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和變化的觀念，并通過(guò)宏觀的酸性強(qiáng)弱辨識(shí)和微觀的電子運(yùn)動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生宏微結(jié)合的視角分析與解決問(wèn)題。三、深化模型【教師鞏固】含氧酸HNO3HNO2H5IO6H3PO4H2SO3H2CO3簡(jiǎn)化式n強(qiáng)弱教師與學(xué)生校對(duì)答案【教師】同學(xué)們是不是都發(fā)現(xiàn)，在碳酸這里似乎出現(xiàn)了點(diǎn)問(wèn)題，這是個(gè)特例，同學(xué)們知道為什么碳酸的非羥基氧為1卻是弱酸嗎？學(xué)生面面相覷?！窘處熤v解】因?yàn)镃O2在水

24、中溶解度小，心有余而力不足，溶液飽和時(shí)碳元素太少，所以實(shí)際體現(xiàn)出弱酸性。【教師提問(wèn)】同學(xué)們還記得次磷酸（H3PO2）、亞磷酸（H3PO3）和磷酸（H3PO4）的結(jié)構(gòu)怎么寫嗎？學(xué)生上臺(tái)書寫，教師訂正并講解【教師提問(wèn)】你們覺(jué)得這三個(gè)三種酸，誰(shuí)的酸性更強(qiáng)呢？【學(xué)生回答】因?yàn)榇瘟姿帷喠姿?、磷酸中P的化合價(jià)逐漸增加，所以它們的酸性逐漸增大?！窘處煛康悄?，事實(shí)正相反，反而是次磷酸酸性最強(qiáng)、磷酸酸性最弱，你們知道為什么嗎？【學(xué)生回答，教師總結(jié)】H與P原子直接相連，使中心原子正電性更高，導(dǎo)致P-O-H氧的電子云更偏向于P，更容易電離出H+【設(shè)計(jì)意圖】制造學(xué)生的認(rèn)知沖突，提醒學(xué)生不要機(jī)械記憶，發(fā)展學(xué)生的抽象

25、邏輯思維能力，培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理的能力，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)模型的認(rèn)知。四、鞏固模型【習(xí)題鞏固】（1）H2SeO4的酸性大于H2SeO3的原因是什么？（2）H2SeO3酸性比H2SO3弱的原因是什么？【學(xué)生回答教師總結(jié)】（1）H2SeO4中的非羥基氧更多，所以酸性更強(qiáng)；（2）原子半徑S0的方式來(lái)克服其與電子間的靜電斥力。因此，元素的第二電子親和能通常要低于第一電子親和能。電子親合能的變化規(guī)律性如下：（1）同一周期。電子親和能自左向右增加。這是因?yàn)橥芷谠刈宰笙蛴液穗姾墒沁f增的，而原子半徑有r0，電子親和能減小。但第2周期非金屬元素的電子親和能普遍低于第3周期。這是由于第2周期p區(qū)元素的r極小，e-密度大

26、，e-間的排斥力強(qiáng)，使得當(dāng)加和1個(gè)e-產(chǎn)生負(fù)離子時(shí)因?yàn)閑-間很強(qiáng)的斥力降低了能量的釋放。而對(duì)應(yīng)的第3周期元素，r較大，且同一層中又有空的d軌道可容納e-，e-斥力降低，e-放出的能量較大，其中Cl是所有元素中第一親和能最大的。4.3.3 解析評(píng)價(jià)筆者認(rèn)為，從原子半徑直接過(guò)渡到電子釋放出的能量有些牽強(qiáng)，學(xué)生無(wú)法建立電子親和能隨周期和主族變化規(guī)律的實(shí)質(zhì)的主要原因恰好就是無(wú)法建立起這兩者之間的聯(lián)系。筆者評(píng)價(jià)：（1）同周期的元素隨原子核電荷增大、半徑減小，對(duì)電子的吸引力越強(qiáng)，使得電子從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)的程度大，放出的能量也更多；（2）氮原子的2p軌道具有半充滿的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，對(duì)電子的吸引力較弱。4.4

27、總結(jié)除了上面提到的這些題目外，全國(guó)卷化學(xué)高考題中還有許多可以用無(wú)機(jī)化學(xué)知識(shí)原理解釋的問(wèn)題，例如晶格能的比較、姜泰勒效應(yīng)、分子間作用力的深入（取向力、色散力和誘導(dǎo)力）等，就不逐一列舉了。中學(xué)化學(xué)教師有承擔(dān)起研究無(wú)機(jī)化學(xué)知識(shí)的責(zé)任，才能在面對(duì)學(xué)生的超綱問(wèn)題游刃有余，滿足學(xué)生的好奇心，培養(yǎng)他們知識(shí)遷移和邏輯推理的能力。還要注意中學(xué)階段學(xué)生知識(shí)和心理發(fā)展上面具有局限性，要遵循量力性原則，不要引入過(guò)多過(guò)難的相關(guān)理論，把握如創(chuàng)設(shè)情境的方式方法，有目的、有針對(duì)、有計(jì)劃地為每個(gè)學(xué)生講解。4.5展望那么2020年的高考試卷會(huì)怎么命題呢？福建省內(nèi)的看法是什么樣的呢？在研究近五年的高考全國(guó)卷后，筆者投入到今年福建省

28、各地級(jí)市的質(zhì)檢題當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)福建省各地級(jí)市質(zhì)檢的物質(zhì)結(jié)構(gòu)部分均有以大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)為背景出題的導(dǎo)向。例如福州市質(zhì)檢考了ETDA的六配位原子的空間構(gòu)型，泉州市質(zhì)檢延續(xù)19年全國(guó)I卷的方向以姜泰勒效應(yīng)為背景出題，莆田市質(zhì)檢考察原子坐標(biāo)和配體在不同配位原子下的遷移速度，廈門市質(zhì)檢依舊是以離子極化為背景的熔沸點(diǎn)問(wèn)題，龍巖市質(zhì)檢甚至出現(xiàn)了“晶體缺陷”在剛剛結(jié)束不久的福建省質(zhì)檢，考察了以晶體場(chǎng)理論為背景的顏色問(wèn)題如下：（2020福建省質(zhì)檢）晶體場(chǎng)理論認(rèn)為，基態(tài)離子的d軌道存在未成對(duì)電子時(shí)，d電子發(fā)生d-d躍遷是金屬陽(yáng)離子在水溶液中顯色的主要原因。下列硫氰酸鹽的水溶液有顏色的是：A、KSCN B、Fe（SCN）3

29、 C、Ni（SCN）2 D、Zn（SCN）2答案：B、C筆者解析：晶體場(chǎng)理論認(rèn)為，在配體的影響下，中心原子外圍的d軌道會(huì)發(fā)生分裂，形成能量不等的幾組軌道，d軌道上的電子重新排布，如果金屬離子的d軌道沒(méi)有充滿（基態(tài)離子存在未成對(duì)電子），d電子吸收一部分可見(jiàn)光而從低能量的d軌道向高能量的d軌道躍遷（d-d躍遷），使配離子呈現(xiàn)剩下的可見(jiàn)光的顏色。四個(gè)選項(xiàng)中，K+的3d軌道全空、Zn2+的3d軌道全充滿，無(wú)法發(fā)生d-d躍遷，它們?cè)谌芤褐谐薀o(wú)色。綜上，筆者判斷，以大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)為背景出題是2020年的高考全國(guó)卷物質(zhì)結(jié)構(gòu)試題難題的趨勢(shì)。5 總結(jié)與展望通過(guò)查閱文獻(xiàn)，分析前人的研究，認(rèn)識(shí)到大學(xué)化學(xué)與中學(xué)化學(xué)教學(xué)

30、之間必要且緊密的聯(lián)系；通過(guò)教學(xué)案例的嘗試，將大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)知識(shí)運(yùn)用于中學(xué)物質(zhì)結(jié)構(gòu)教學(xué)，了解到學(xué)生不想學(xué)不是因?yàn)闆](méi)興趣，而是以為太高深失去了學(xué)習(xí)的信心，感受到此舉對(duì)提高學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的重要性；通過(guò)高考試題分析，更體現(xiàn)了當(dāng)今的時(shí)代要求不僅對(duì)學(xué)生是種考驗(yàn)，對(duì)化學(xué)教師的專業(yè)素養(yǎng)，亦是一種全新的挑戰(zhàn)。本文仍存在著許多不足：（1）就橫向來(lái)說(shuō)，本論文僅僅只針對(duì)中學(xué)物質(zhì)結(jié)構(gòu)教學(xué)的運(yùn)用做出探討。它在大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)的其它部分領(lǐng)域也同樣有很大的研究?jī)r(jià)值，例如從2015年全國(guó)I卷出現(xiàn)了以化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)為背景的大題，2017年全國(guó)I卷和全國(guó)II卷同時(shí)出現(xiàn)了酸的分布系數(shù)為背景的選擇，2018年全國(guó)I卷開(kāi)始將原電池與電勢(shì)結(jié)

31、合起來(lái)考察，今年福建各地的質(zhì)檢卷高頻率地出現(xiàn)了“決速步”為背景的試題。（2）就縱向來(lái)說(shuō)，物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論性強(qiáng)，筆者對(duì)知識(shí)的理解可能也存在著局限和不足之處，還有待提高。（3）就內(nèi)容上來(lái)說(shuō)，由于篇幅有限和時(shí)間原因，本文只能給讀者一個(gè)思路和參考。而實(shí)際上，學(xué)生在日常思考中會(huì)有許多很難解釋和超綱的疑難問(wèn)題。將繁瑣和高深的問(wèn)題和理論清楚地給學(xué)生講懂，是我日后的一大目標(biāo)。參 考 文 獻(xiàn)1 宋天佑, 程鵬. 普通高等教育十五國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材無(wú)機(jī)化學(xué)(上冊(cè))M. 高等教育出版社, 2004:68-70.2 陳曉曄. 普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017版)解讀J. 文理導(dǎo)航(中旬), 2018(7).3 張文廣,潘振蓓.

32、 形近義異,似是而非物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識(shí)中一些易混概念的辨析及教學(xué)對(duì)策J. 上饒師范學(xué)院學(xué)報(bào),2019,39(06):40-44.4 唐雙秀. 高中生“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”學(xué)習(xí)現(xiàn)狀及教學(xué)策略研究D. 湖北:華中師范大學(xué),2018:235 海紅玲. 高中化學(xué)課程中物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識(shí)學(xué)生學(xué)習(xí)現(xiàn)狀的調(diào)查與研究D. 遼寧:遼寧師范大學(xué),2018.6 林瑜. 問(wèn)題教學(xué)法在高中化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用與反思以蘇教版物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)“原子晶體”教學(xué)為例J. 福建基礎(chǔ)教育研究,2016(11):78-80.7 趙鑫光. 多媒體與模型相結(jié)合在“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”教學(xué)中的應(yīng)用以“面心立方最密堆積”教學(xué)為例J. 中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考,2017(13

33、):30-31.8 劉煥亮. 基于學(xué)科核心素養(yǎng)的單元整體教學(xué)設(shè)計(jì)以“物質(zhì)結(jié)構(gòu) 元素周期律”為例J. 中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考,2019(19):36-37.9 張榮芳. 遼寧省初中化學(xué)教師學(xué)科教學(xué)能力構(gòu)成及現(xiàn)狀研究D. 遼寧:沈陽(yáng)師范大學(xué),2018.10 王玉鳳. 中美兩本化學(xué)教材關(guān)于“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”內(nèi)容比較研究D. 吉林:東北師范大學(xué),2013:1011 劉婧靖,王平. 以學(xué)生為中心探討大學(xué)化學(xué)與高中化學(xué)教育的銜接無(wú)機(jī)化學(xué)主題J. 化學(xué)教育(中英文),2019,40(08):92-96.12 任家成. 高中化學(xué)教材與大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)教材的銜接性研究D. 內(nèi)蒙古:內(nèi)蒙古師范大學(xué),2018:12-14.13 郝洪慶. 例談無(wú)機(jī)化學(xué)課程與中學(xué)化學(xué)無(wú)機(jī)部分的差別與問(wèn)題J. 大學(xué)化學(xué),2014,29(05):25-28.14 楊麗明. 大學(xué)結(jié)構(gòu)化學(xué)在高中化學(xué)教學(xué)中的地位與應(yīng)用D. 遼寧:遼寧師范大學(xué),2005