晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，為學(xué)生空間想象力插上翅膀

馮小明

高中化學(xué)知識的體系中，有一部分屬于晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，在這部分的教育教學(xué)中，對于教師的要求很高，因為這不僅是傳授基本的化學(xué)知識，而且與學(xué)生的空間想象能力密切相關(guān)。對于空間想象力，是指學(xué)生對于抽象的立體空間的認識、分析、理解、應(yīng)用、掌握的過程，在此過程中，學(xué)生是從基本的圖形和結(jié)構(gòu)的視覺認識開始，然后通過教師的講解和分析建立基本的某些分子的晶體結(jié)構(gòu)空間概念，再以這些簡單的模型為基礎(chǔ)，建立起一個基本的概念系統(tǒng)，如晶體、非晶體、晶體類型、晶胞等概念。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生在教師及課本的指引下，在練習(xí)中驗證學(xué)到的知識，通過獨立思考解決學(xué)習(xí)中的問題，在解決問題的過程中總結(jié)自己的做題方法，并建立自己對于晶體空間完整的空間架構(gòu)與知識體系。

一、扎實知識，為學(xué)生空間想象力打下基礎(chǔ)

在學(xué)習(xí)過程中，空間想象力是建立在扎實的知識基礎(chǔ)上的，只有認識這個打根基的過程的規(guī)律性，才能在學(xué)習(xí)中無往而不利。沒有概念知識打基礎(chǔ)，培養(yǎng)空間想象力就是一句空話，“無源之水，無根之木”講的就是這個意思。在這一部分，學(xué)生需要掌握的知識包括晶體和非晶體的概念，以固體是否有規(guī)則的外形作為衡量標準之一。基礎(chǔ)知識對于一個人的重要性就相當(dāng)于支撐一個人的基本的身體組成一樣，沒有了基礎(chǔ)，做其他事情只能是望洋興嘆，悔之無門。

當(dāng)掌握了晶體的特性即擁有規(guī)則的幾何外形，這是說作為晶體，它的內(nèi)部質(zhì)點和外形質(zhì)點排列是非常有序的，像一個有組織有紀律的士兵陣列一樣，充滿科學(xué)性的美感；有固定的溶沸點，是說作為晶體有比較嚴格的條件下的沸騰和融化的溫度臨界點；各向異性是講在強度和導(dǎo)熱性和光學(xué)性質(zhì)上的特定性質(zhì)；通過X射線的衍射實驗可以較準確地區(qū)分晶體和非晶體，就可以進入真正的化學(xué)知識學(xué)習(xí)，從基礎(chǔ)的晶體構(gòu)成學(xué)起，然后逐漸深入，掌握離子晶體、原子晶體、分子晶體、金屬型晶體，以及混合物晶體等各類晶體的性質(zhì)，從而系統(tǒng)學(xué)習(xí)這部分知識。

在教授氯化鈉的晶體結(jié)構(gòu)組成時，作為一種基本的離子晶體，筆者要求學(xué)生記憶該晶體的基本構(gòu)造，并且做出該晶體的模型結(jié)構(gòu)，采用紙棒的形式進行構(gòu)造該晶體的空間結(jié)構(gòu)模型，然后觀察該晶體中基本的晶胞單元中鈉離子與氯離子的個數(shù)。“老師，其中含有4個鈉離子和4個氯離子，每個鈉離子和每個氯離子都被最近距離的12個氯離子或鈉離子包圍或是被6個相同離子包圍”。在這種結(jié)構(gòu)中，呈現(xiàn)出了高度的對稱性和美感。通過嚴密的數(shù)學(xué)計算，可以通過鈉離子和氯離子間的最近距離計算得出晶體密度，首先分析每晶胞中所含的粒子數(shù)目，計算出每個晶胞的質(zhì)量，在此基礎(chǔ)上再求出每個晶胞的體積，這樣就可以利用質(zhì)量與密度的比值作為晶體密度的計算策略。

相比于抽象的概念合集，實際的計算例子更能建立起學(xué)生對于晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的基本認知，在以后的學(xué)習(xí)過程中，通過自己的經(jīng)驗判斷晶體的特點與計算等，正是說明了打好扎實的基礎(chǔ)對于培養(yǎng)學(xué)生空間想象力的重要性。

二、方式多樣，為學(xué)生空間想象力插上翅膀

在這部分內(nèi)容的化學(xué)教學(xué)中，要充分利用以下各種教育教學(xué)方式提高學(xué)生的空間想象力，讓學(xué)生理解課堂內(nèi)容，理解晶體結(jié)構(gòu)的具體構(gòu)成，在考慮晶胞等問題時要更積極主動地和同學(xué)老師交流和溝通，將學(xué)習(xí)中遇到的各種問題通過恰當(dāng)方式解決。

1.一般情況下，我們可以通過現(xiàn)實中存在的各種立體形態(tài)幫助我們認識立體圖形的各部分要素，也可以通過標準的或原子或離子或分子的空間結(jié)構(gòu)構(gòu)筑基本的空間框架，雖然可能會有一部分空間架構(gòu)體系的缺失，但是給予了我們一種基本的分析策略和行事方法，提供了對于變化結(jié)構(gòu)的對應(yīng)的分析方法。

2.在當(dāng)前多媒體盛行的教育方式中，采用多媒體的動態(tài)演示晶體結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化可以直觀反映出晶胞的個體數(shù)目，以及在空間結(jié)構(gòu)形成的過程中，晶胞是怎樣占據(jù)空間的各個位置，以一種變化的角度呈現(xiàn)出晶體的空間結(jié)構(gòu)組成，以及這樣形成的晶體的性質(zhì)。除了演示晶體的形成，還可以拿來全方位地呈現(xiàn)一種晶體的各個角度的視圖，同時展現(xiàn)各種晶體的對比結(jié)構(gòu)圖，在不知不覺中為學(xué)生建立晶體空間結(jié)構(gòu)的各種模型與結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生可以很直觀地了解到所學(xué)的幾種晶體結(jié)構(gòu)的空間構(gòu)成的差異性。多媒體的動態(tài)教學(xué)的方式在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，活躍課堂氛圍，培養(yǎng)學(xué)生空間想象力等方面具有重要作用。

3.在空間結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)過程中，鼓勵學(xué)生動手進行畫圖也是一種培養(yǎng)學(xué)生空間方向感的一種有效方法。學(xué)習(xí)各種物質(zhì)的最小晶胞單元的畫法，晶胞是晶體中的最小重復(fù)單元，通過各種平移變換可以與其他晶胞完美契合，而且一般的，晶胞的幾何性質(zhì)基本上都是平行六面體。像一個蜜蜂的蜂巢一樣，有序地排列組合形成一個大的蜂巢即幾何結(jié)構(gòu)的完美呈現(xiàn)。通過學(xué)生自己動手進行操作，實際形成了他對于這種結(jié)構(gòu)的基本認知，只要碰到這樣的結(jié)構(gòu)或描述，立即就可以在腦海中形成這種結(jié)構(gòu)，從而很快推算出晶胞中粒子個數(shù)，以及離子和原子在空間的位置構(gòu)造，如頭腦風(fēng)暴一般，為學(xué)生的想象力成長插上了堅強而又厚實的翅膀，使其自由翱翔在晶體的空間結(jié)構(gòu)中。

三、反思回顧，為學(xué)生空間想象力再添助力

子曰：“學(xué)而不思則罔，思而不學(xué)則殆?！痹趯W(xué)習(xí)過程中，要達到思考與學(xué)習(xí)同步進行，在學(xué)習(xí)過后不忘反思回顧完整的知識和空間結(jié)構(gòu)的特點，在不斷地推翻再重建的思維訓(xùn)練中得到關(guān)于晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的總結(jié)，充分實現(xiàn)學(xué)生空間想象力的成長，學(xué)生在不斷反思中除了可以鞏固知識外，還可以對其結(jié)構(gòu)做出不斷的拆解重組，這個過程，可以將學(xué)生的思維創(chuàng)造力發(fā)展再發(fā)展，為學(xué)生的空間想象力的成長作出真正的貢獻。

在晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之中，除了掌握基本的結(jié)構(gòu)構(gòu)造之外，對于計算，這是一個很重要的值得學(xué)習(xí)的部分，因為實際應(yīng)用中很多晶體的要求不僅是能夠從結(jié)構(gòu)圖上及圖文描述中讀出相關(guān)需要的信息，而且需要能夠數(shù)并計算出晶胞的數(shù)目，晶胞中各離子的數(shù)目，以及各自相互圍繞的離子或原子數(shù)目及結(jié)構(gòu)組成。在計算過程中，我們在學(xué)習(xí)一種計算方法的基礎(chǔ)上要掌握其計算的基本原理，做到“舉一隅可以三隅反”，在學(xué)習(xí)過后將計算的本質(zhì)展示出來。這部分的計算主要涉及摩爾質(zhì)量、阿伏伽德羅常數(shù)與密度的關(guān)系，密度計算中主要應(yīng)用密度的定義。通過各種或簡或繁的分析計算，學(xué)生對于晶體的結(jié)構(gòu)性質(zhì)進一步深入了解，對知識的熟練程度及空間思維進一步提高。

在大量的學(xué)習(xí)與分析過后，學(xué)生進行的就是空間創(chuàng)造性思維與創(chuàng)造性活動的開展，在熟練了基本知識之后，在認識新的空間晶胞結(jié)構(gòu)的過程中，思維會自覺地將所見的新結(jié)構(gòu)納入已學(xué)過的知識體系中進行對比與分析，在最短時間內(nèi)將新結(jié)構(gòu)進行分解并按原有方式重新組合，分析出其中的晶胞及化學(xué)鍵的性質(zhì)，然后在此基礎(chǔ)上，對晶胞中粒子的數(shù)目進行分析，得出相應(yīng)結(jié)論，這是學(xué)習(xí)的一個新階段，也是空間想象力成熟的必經(jīng)階段。

總之，在晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)教學(xué)部分中，空間結(jié)構(gòu)是貫穿教師教學(xué)與學(xué)生學(xué)習(xí)過程的一根主線，對于主線的學(xué)習(xí)是主要的，但是在此過程中，要注意學(xué)習(xí)的規(guī)律性，從基礎(chǔ)抓起，從每一次課堂分析抓起，使空間思維成為一種習(xí)慣性思維，在不斷的學(xué)習(xí)、練習(xí)、鞏固、回顧、反思中獲得不斷更新的知識體系和空間結(jié)構(gòu)與性質(zhì)體系。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，還應(yīng)當(dāng)積極地與同學(xué)和老師交換自己的想法，獲得更多的理解與發(fā)展空間思維的機會，讓自己的化學(xué)空間思維從無到有，從簡入繁再入簡，實現(xiàn)空間想象力的騰飛。