運(yùn)用探究式教學(xué)理論實(shí)施《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》模塊的教學(xué)實(shí)踐與思考

文章編號(hào)：1008-0546（2012）12-0056-02 中圖分類號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2012.12.027

一、問題的提出

《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》模塊主要闡述物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論方面的基礎(chǔ)知識(shí)，側(cè)重于揭示物質(zhì)構(gòu)成的奧秘、物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。該模塊理論繁多、抽象，內(nèi)容邏輯性較強(qiáng)，大多數(shù)內(nèi)容是以前教材中沒有的，離學(xué)生已有的經(jīng)驗(yàn)及思維發(fā)展水平較遠(yuǎn)。

對(duì)該模塊的教學(xué)，大多數(shù)教師采取的是講授法，強(qiáng)調(diào)知識(shí)的記憶，局限于對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的相關(guān)概念的梳理，著重于練習(xí)的講解和演練，導(dǎo)致教學(xué)常常停留在抽象的層次上。無法發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的思維，切實(shí)落實(shí)課程標(biāo)準(zhǔn)中提出的三維目標(biāo)；無法使學(xué)生建立正確的微粒觀，難以達(dá)到在“微觀—宏觀—符號(hào)”之間的自由轉(zhuǎn)換，不能實(shí)現(xiàn)順暢的認(rèn)知建構(gòu)。

二、運(yùn)用探究式教學(xué)理論進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐

筆者在進(jìn)行《物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)》模塊的兩輪教學(xué)中，嘗試運(yùn)用探究式教學(xué)理論，進(jìn)行了該模塊的教學(xué)設(shè)計(jì)及相應(yīng)的教學(xué)實(shí)踐。針對(duì)該模塊教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，找出教師教和學(xué)生學(xué)的過程中存在的困難，積極收集與開發(fā)教學(xué)資源，通過多種方法創(chuàng)設(shè)恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)情景，激發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生自主獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、進(jìn)行猜想與假設(shè)、制定計(jì)劃、收集證據(jù)、得出結(jié)論、表達(dá)與交流、遷移應(yīng)用，使學(xué)生在知識(shí)與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀三方面得到協(xié)調(diào)發(fā)展。以下是三個(gè)教學(xué)片段設(shè)計(jì)案例：

1.回顧歷史，探究原子結(jié)構(gòu)模型的演變

教師提出問題“科學(xué)家們是怎么發(fā)現(xiàn)原子結(jié)構(gòu)的呢？”，介紹道爾頓的原子模型假設(shè)。但是90多年后，湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子，推翻了道爾頓的實(shí)心球模型，提出了“葡萄干蛋糕”模型假設(shè)。6年后，盧瑟福和其學(xué)生們?cè)趯?shí)驗(yàn)室里進(jìn)行了α粒子的散射實(shí)驗(yàn)。他們用α粒子轟擊金箔，想通過散射來確認(rèn)那個(gè)“葡萄干蛋糕”的大小和性質(zhì)。讓學(xué)生猜想：“如果原子真的像湯姆生假想的那樣，那么α粒子穿過金箔，會(huì)出現(xiàn)怎樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象？為什么？”事實(shí)上并非如此，教師描述了α粒子散射的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，然后追問“如果你是盧瑟福，你怎么解釋?duì)亮Ｗ由⑸涞膶?shí)驗(yàn)現(xiàn)象？”，介紹盧瑟福的“行星系統(tǒng)”模型（原子核式模型）假設(shè)。

教師引導(dǎo)學(xué)生思考“在歷史的進(jìn)程中，盧瑟福的原子核式模型又面臨著怎樣的危機(jī)和挑戰(zhàn)呢？”學(xué)生學(xué)習(xí)了高中物理選修3-5模塊后，就能回答出“根據(jù)經(jīng)典的電磁學(xué)理論，任何作加速運(yùn)動(dòng)的電荷都要輻射電磁波。在原子內(nèi)，電子繞原子核運(yùn)轉(zhuǎn)，有加速度，必然會(huì)不斷地向外輻射電磁波，導(dǎo)致電子能量越來越小，不得不逐漸縮小運(yùn)行半徑，最后落到原子核上而毀滅；且輻射的電磁波的波長應(yīng)該是連續(xù)的，應(yīng)該發(fā)射連續(xù)光譜。”這兩點(diǎn)都與事實(shí)矛盾。當(dāng)時(shí)，盧瑟福的學(xué)生玻爾以一種深刻的洞察力預(yù)見到，在原子這樣小的層次上，必須要放棄經(jīng)典理論，引進(jìn)普朗克量子學(xué)說，為原子結(jié)構(gòu)理論譜寫了嶄新的一頁。介紹玻爾假設(shè)和核外電子分層排布模型假設(shè)。

學(xué)生雖然不能親自去探究原子結(jié)構(gòu)，但是通過教師創(chuàng)設(shè)情景、不斷追問，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與質(zhì)疑討論，使學(xué)生身臨其境，經(jīng)歷200多年來眾多科學(xué)家們探究原子結(jié)構(gòu)的過程，感受復(fù)雜曲折的歷史，體驗(yàn)科學(xué)探究的過程和方法：提出問題→猜想假設(shè)→制定計(jì)劃→進(jìn)行實(shí)驗(yàn)→得出結(jié)論→反思評(píng)價(jià)→修正理論，也認(rèn)識(shí)了假說、模型、實(shí)驗(yàn)等科學(xué)方法對(duì)化學(xué)科學(xué)研究的作用，感受科學(xué)家們的人格魅力，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和人文素養(yǎng)。

2.引導(dǎo)思考分析，探究價(jià)層電子對(duì)互斥理論

教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)“價(jià)層電子對(duì)互斥理論”名稱，大膽猜想該理論的內(nèi)容：①與原子的價(jià)電子層關(guān)系密切，②帶負(fù)電的電子互相排斥。接著，提出本節(jié)課的兩個(gè)核心問題：“怎樣計(jì)算價(jià)層電子對(duì)數(shù)”和“價(jià)層電子對(duì)在空間如何分布”讓學(xué)生去探究。

問題1：對(duì)ABn型分子，A原子周圍的價(jià)層電子對(duì)在空間如何分布，才能使得該分子的能量最低從而穩(wěn)定地存在呢？教師發(fā)給每組學(xué)生10個(gè)大小相同的氣球和一些橡皮筋，讓學(xué)生用橡皮筋把數(shù)目不等的氣球系在一起，觀察2個(gè)（或3個(gè)、或4個(gè)）氣球系在一起自發(fā)呈現(xiàn)的形狀。學(xué)生類比得出A原子周圍的電子對(duì)分別是兩對(duì)、三對(duì)、四對(duì)時(shí)，在空間分布為直線、平面正三角形、正四面體形狀。通過活動(dòng)創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生進(jìn)行分析類比，從活動(dòng)中受到啟迪，探究得出價(jià)層電子對(duì)互斥理論的要點(diǎn)，感受探究的喜悅，增強(qiáng)其學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)和自信心。

問題2：怎么計(jì)算ABn型分子的價(jià)層電子對(duì)呢？以CH4為例，教師提出一系列問題“價(jià)層電子對(duì)與哪些原子的價(jià)電子層有關(guān)？”“寫出CH4的電子式。”“形成共價(jià)鍵時(shí)，C、H原子分別提供了幾個(gè)電子？”“計(jì)算中心原子C周圍的價(jià)層電子對(duì)數(shù)。”“這4對(duì)價(jià)層電子在空間如何分布，才能使得該分子穩(wěn)定存在呢？”“中心原子C上的價(jià)電子是否都用來形成共價(jià)鍵了呢？”該計(jì)算方法在教材中未出現(xiàn)，對(duì)學(xué)生來說比較陌生，是學(xué)生即使經(jīng)過一番努力也無法解決的問題。利用例題，通過教師逐步提問來不斷地搭臺(tái)階，使學(xué)生能“夠得著”。也讓學(xué)生在連續(xù)的思考中探究得出該理論要點(diǎn)，有助于記憶的保持。

3.動(dòng)手搭建模型，探究金屬晶體中原子的堆積方式

首先，利用幻燈片播放金屬原子的密堆積方式，創(chuàng)設(shè)情景，提出“研究金屬晶體中原子的基本堆積方式”。接著，教師讓學(xué)生用4組乒乓球組合（三個(gè)排成一條直線的），以乒乓球模擬金屬原子，用雙面膠固定），自己動(dòng)手操作，探究平面上金屬原子緊密排列的方式：非密置層放置和密置層放置。然后，引導(dǎo)學(xué)生觀察同一平面上金屬原子的配位數(shù)和形成的空隙的形狀。

按照人們認(rèn)識(shí)事物的一般順序“先平面再空間”，教師讓學(xué)生用4組乒乓球組合（同上），先將兩組小球以非密置層的排列方式排列在一個(gè)平面上；在其上方再堆積一層非密置層排列的小球，使相鄰層上的小球緊密接觸，有哪些堆積方式？學(xué)生動(dòng)手搭建模型，探究非密置層在三維空間里的基本堆積方式：簡單立方堆積和體心立方堆積，并觀察金屬原子的配位數(shù)。

接著，教師又讓學(xué)生將密置層的小球在一個(gè)平面上黏合在一起，即用另外4組乒乓球組合（2組三個(gè)粘在一起的和2組七個(gè)粘在一起的），再一層一層地堆積起來（至少堆4層），使相鄰層上的小球緊密接觸，有哪些堆積方式？學(xué)生動(dòng)手搭建模型，探究密置層在三維空間里的基本堆積方式：六方緊密堆積和面心立方緊密堆積，并觀察金屬原子的配位數(shù)。

整節(jié)課教師都讓學(xué)生自己動(dòng)手操作，探究金屬原子緊密排列的方式，使學(xué)生獲得最真切最直觀的體驗(yàn)；并讓學(xué)生到講臺(tái)上展示模型，體驗(yàn)成功的喜悅。教師是引導(dǎo)者，學(xué)生是操作者、觀察者、分析者、結(jié)論得出者。

三、結(jié)論與思考

筆者一直堅(jiān)持將探究式教學(xué)理論應(yīng)用于《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》模塊的教學(xué)，得出以下結(jié)論：

第一，該模塊中不是所有的內(nèi)容都適合開展探究式教學(xué)，應(yīng)該與講授式教學(xué)有機(jī)地結(jié)合起來。應(yīng)根據(jù)具體的教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生情況，創(chuàng)設(shè)有效的教學(xué)情景，更好地誘發(fā)學(xué)生的探究動(dòng)機(jī)。可以讓學(xué)生進(jìn)行部分探究，即探究部分環(huán)節(jié)，實(shí)用性更強(qiáng)一些。

第二，每節(jié)課的每個(gè)環(huán)節(jié)，教師都應(yīng)該致力于創(chuàng)設(shè)民主、平等的氛圍，應(yīng)該給學(xué)生提供開放、主動(dòng)思考的時(shí)間和空間，使學(xué)生學(xué)會(huì)探究，提高學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究的能力；激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識(shí)的興趣，培養(yǎng)和提高學(xué)生的空間想象能力，優(yōu)化學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)和思維品質(zhì)，使學(xué)生在“知識(shí)與技能”、“過程與方法”、“情感態(tài)度與價(jià)值觀”三方面得到和諧統(tǒng)一的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 李慧娟，鄒正.讓化學(xué)史實(shí)在原子結(jié)構(gòu)教學(xué)中熠熠生輝[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2007，（7）：32-35

[2] 陳益.淺述價(jià)層電子對(duì)互斥模型在判別分子構(gòu)型中的應(yīng)用[J].化學(xué)教學(xué)，2007，（6）：73-76

[3] 劉知新.化學(xué)教學(xué)論[M].北京：高等教育出版社，1997，（3），158～164