化學教學中的比較邏輯

王成秩+胡志剛

摘要：比較邏輯這一運用較為普遍的思維表現形式在化學教學設計中也能發揮重要作用。實踐表明，學生在對氫鍵的存在、形成、類型及其對物質性質的影響的學習中運用比較邏輯思維進行教學設計，易于實現感性認識到理性認識的飛躍，促使知識順利遷移。

關鍵詞：比較邏輯；氫鍵；教學設計

文章編號：1005–6629（2015）1–0046–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

在化學教學中，充分發揮“比較邏輯”的作用是使學生實現有意義學習的有效方法之一。比較邏輯也稱為比較法，是對事物的各個方面進行對照，從而揭示其共同點和差異點，弄清它們的區別和聯系的一種邏輯思維方法，也是化學研究中認識物質的一種基本方法，還是自然科學方法論中的主要成員。

“氫鍵的形成”是蘇教版選修教材《物質結構與性質》專題3的教學內容，本節內容抽象、理論性強，要求學生從宏觀性質出發轉入對物質微觀結構的探索，是教學的一個難點。因此，尋求用比較邏輯方法進行教學，可降低學生對“氫鍵”這一抽象知識理解的難度，增加可接受性，促進學生對氫鍵的認識和理解。本文將比較邏輯應用于教學設計中主要基于兩點考慮，一是物質是否存在氫鍵會導致在某些性質上表現出較大差異，通過比較區別找出氫鍵的關鍵特征；二是用比較法有利于辨析氫鍵與化學鍵的形成及其對物質性質的影響，突破學生學習的難點。

1 教學目標

[知識與技能]

1.通過比較氫化物的沸點變化，發現水的沸點異常與氫鍵存在聯系。

2.借助模型，了解氫鍵的形成過程，通過比較“鍵”的形成與強度在本質上區別氫鍵與化學鍵。

3.通過對元素性質的比較歸納出氫鍵形成的一般條件。

4.通過對具體物質的性質比較知道氫鍵的類型及其對物質性質的影響。

[過程與方法]

1.學會運用比較推理等方法對信息進行加工，使感性認識上升為理性認識。

2.通過“氫鍵的形成”教學設計，理解比較邏輯思維的規則和注意事項。

[情感態度價值觀]

通過運用比較法，進一步培養嚴謹的治學態度，養成積極參與交流、討論、分析問題的習慣。

2 教學設計及過程

2.1 比較沸點的變化規律感性認識氫鍵的存在

[教師]展示圖1，交流討論下列問題：

（1）為什么第ⅣA族元素氫化物的沸點逐漸升高呢？

（2）第ⅥA族元素氫化物沸點也會逐漸升高嗎？

[學生]討論，回答。

[教師]展示圖2，提出問題：從相對分子質量對分子間作用力影響的角度分析，應該是水的沸點比H2S的沸點低，水的沸點“異常”說明了什么？

[學生]可能是分子之間存在一種不同于范德華力的作用力。

[教師]為了解釋水的沸點異常這一現象，人們提出了氫鍵的概念。氫鍵是水分子之間除范德華力以外的另一種作用力。

設計意圖：從學生已有的知識經驗出發，比較不同主族元素氫化物沸點的變化規律，讓學生發現水的沸點異常，從而產生認知沖突，感性認識氫鍵的存在，激發學生學習新知識的欲望。

這是新知識與舊知識的比較。這樣比較的結果，已有的知識得到復習、鞏固，使已有的知識更加清晰、穩定，起到固定點的作用，突出了新舊知識的特征。這樣可以避免新舊知識混淆不清、模糊一團的現象，防止負遷移。有利于新舊知識的分化、記憶和理解。

2.2 借助模型比較氫鍵與化學鍵，認識氫鍵的本質

[教師]水分子之間氫鍵的形成如圖3所示：

根據圖中信息，交流討論下列問題：

（1）為什么H原子幾乎成了“裸露”的質子而相對顯正電性？這對氫鍵的形成影響大嗎？

（2）兩個水分子相互接近時有一定的方向性嗎？

（3）比較于水分子中H-O鍵的形成，氫鍵這種作用力的本質是什么？它的強度較H-O鍵是強還是弱呢？

[學生]討論，回答。

[教師補充]

[小結]

1.氫鍵的本質：靜電作用

2.氫鍵的強度：比范德華力大一些，比化學鍵小得多

設計意圖：教材中雖然描述了氫鍵的形成過程，但比較抽象。通過借助模型這樣的空間上的比較形式，使氫鍵的形成過程直觀化、形象化，降低了學生抽象思維的難度，有利于培養學生觀察和分析的能力。同時通過氫鍵與化學鍵能、范德華力的列表比較，讓學生能夠較深刻地理解氫鍵的本質是靜電引力（屬于分子間作用力）而非共價鍵。

2.3 比較元素性質理性分析氫鍵的形成條件

[教師]展示圖4，交流回答下列問題：

（1）第ⅤA、ⅦA族元素氫化物的沸點的變化，也存在“異常”現象，這說明了什么？

（2）根據水分子間氫鍵的表示方法，寫出HF、NH3分子間的氫鍵表達式。

（3）結合圖4和表2提供的數據，分析氫鍵的形成條件。

[學生]交流討論，歸納：

（1）氫鍵的表示方法：X-H…Y。

（2）氫鍵的形成條件：在X-H…Y，X、Y都是電負性大、半徑較小的原子。

[練習] 1.下列哪些分子之間可能存在氫鍵呢？你還能列舉出哪些？

[學生]思考、回答。

[小結]在氫鍵的表示式中，X、Y不一定要相同。不僅同種分子間可形成氫鍵，不同種分子間也可以形成氫鍵。

設計意圖：基于學生對水的沸點為什么異常已有一定認識的基礎上，讓學生繼續通過寡眾比較（將同類中的一事物同眾事物比較的方法。一般以一事物為圓心，與眾事物分別比較，而眾事物之間不進行比較）來比較與其他氫化物沸點的變化規律，能讓學生認識到不僅水分子間能形成氫鍵，還有其他分子間也可以形成氫鍵，但不是含H的分子之間均能形成氫鍵，以此引發學生對氫鍵形成條件的認知需求。然后讓學生通過對元素性質的比較清晰地認識到氫鍵的形成條件，降低了學生的認知難度。最后通過練習及時鞏固，反饋學生的掌握程度。

2.4 比較同分異構體的熔、沸點認識氫鍵的類型[教師]展示圖5，提出問題：

（1）從組成和結構上看這兩種物質屬于什么關系？

（2）請從它們的結構特點分析它們所形成氫鍵的不同以及導致兩者熔點差異的原因。

設計意圖：通過比較同分異構體的“空間”形式，一是讓學生進一步學習應用氫鍵的形成條件分析物質是否存在氫鍵，二是以點帶面讓學生進一步認識氫鍵的類型。

2.5 比較氫鍵的有無感受氫鍵對生命的意義

[教師]展示圖6，提出問題：

根據冰晶體和DNA分子中的堿基對結構示意圖討論下列問題：

（1）如果液態水的分子之間沒有形成氫鍵，如果冰中的分子之間沒有氫鍵，那么水的沸點和冰的密度將會發生怎樣的變化？這種變化對地球的生命會產生什么樣的影響？

（2）DNA分子中有幾種不同的氫鍵，如果DNA大分子堿基沒有通過氫鍵形成配對，那么對遺傳信息會產生怎樣的影響？

[學生]交流討論，回答。

[課堂小結]氫鍵是一種神秘而重要的力量，有關氫鍵的問題人們還在不斷的探索中……

同學們可以通過查詢資料繼續了解氫鍵的類型以及氫鍵對物質性質的影響，寫一篇關于氫鍵的短文。

設計意圖：通過對液態水和冰中氫鍵的及其性質的比較，讓學生進一步認識了氫鍵的方向性和飽和性。對DNA分子中不同的氫鍵的觀察則加深了學生對氫鍵形成條件的理解，進一步鞏固了氫鍵的書寫。這是采用了綜合比較（把一系列的各個事物現象的諸方面進行比較的方法）的形式。聯系氫鍵存在、物質性質及其對生命的影響，讓學生感覺到微觀抽象知識就在我們身邊，增強了學習的信心和愉悅感。

3 教學反思

（1）誠如著名教育家烏申斯基所說的：“比較是一切理解和思維的基礎，我們正是通過比較來了解世界上的一切的?！北竟澱n采用了新舊知識的比較、空間上的比較、寡眾比較、綜合比較等方法，從物質性質、元素性質、物質的結構三方面不斷地創設情景，引導學生在比較中發現差異，引發思考，在比較中找到差異的歸因，不僅讓學生在認知沖突中由表及里地認識氫鍵，解決教學重點難點，達到事半功倍的教學效果。同時也利于培養學生善于觀察、善于思考、善于歸納的優良品質。

（2）教學中通過對各種圖表數據、模型的整合使用使得本節內容變得更為具體、直觀，讓知識變得更具可接受性，也培養了學生吸收整合處理信息的能力。合理的問題設置能讓學生及時進入狀態，經歷思維探究的過程，較為深刻地體會到宏觀-微觀-符號、結構-性質兩條主要的內容線索。

參考文獻：

[1]王祖浩主編.普通高中課程標準實驗教科書·物質結構與性質[M].南京：江蘇教育出版社，2009.