基于問題驅動的“物質結構與性質”模塊緒言課教學研究

華英利+占小紅

摘要：“物質結構與性質”模塊緒言課旨在引導學生概覽該模塊的主要內容，幫助學生建立學習該模塊的基本視角——物質結構與性質的關系，激發學生積極的學習情感。采用問題驅動方式，進行“物質結構與性質”模塊緒言課教學是切實有效的嘗試；結合教學案例，分析深化認識該模塊緒言課基于問題驅動的具體設計，啟迪中學教師重視并創造性地開展該模塊緒言課教學。

關鍵詞：物質結構與性質；緒言課；問題驅動；案例分析

文章編號：1005–6629（2017）1–0048–05 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

“物質結構與性質”作為高中化學六大選修模塊之一，是在必修課程基礎上進一步從分子、原子水平上介紹物質構成規律及有關性質，旨在完善高中生物質結構相關知識，促進理解物質變化的本質，提高分析問題和解決問題的能力[1]。緒言課作為“物質結構與性質”模塊的開篇課具有重要的地位和作用，探討其教學目標及適用的教學策略，對有效開展該模塊緒言課教學，以及促進課程模塊的后續教學具有重要意義。

1 “物質結構與性質”緒言課的目標定位

緒言課是講授教材中緒言內容的課型，一般定位于激發學生學習興趣，帶領學生概覽全書主要內容。“物質結構與性質”模塊側重闡述物質結構理論方面的基礎知識，解釋物質構成奧秘及其結構與性質的關系，內容邏輯性強、概念較為抽象，因此該模塊緒言課除了要發揮一般緒言課的作用以外，還需要幫助學生初步建立該模塊學習的基本認識視角——物質結構與性質的關系，為后續課程學習奠定重要基礎。

1.1 激發學生對“物質結構與性質”模塊的學習情感

皮亞杰認為：“一切有效的工作必須以某種興趣為先決條件。”可見，激發學生的學習興趣是教師教學過程中需首要關注的情感問題。“物質結構與性質”模塊與初中和高中必修模塊相比，學習難度較大，因此，興趣顯得尤為重要。緒言課作為該模塊教學的“第一課”，對于學生的學習情緒培養具有較大影響。

“物質結構與性質”不同于其他模塊有較多可刺激學生感知系統令其產生直覺興趣的內容（如化學實驗），該模塊理論性較強，因此更需要創造性地去激發學生的學習興趣。發現問題的過程是一條有效的途徑。發現問題需以已有知識為基礎，并實現一種自我超越，學生可以在發現問題的過程中領悟已學過的知識，認識自身的不足和缺陷，從而激發求知的欲望，堅定學習的信心[2]。另外，在教學中融入化學史則能在一定程度上提升學生探討化學問題的欲望，從而有效激發學生的學習興趣。

1.2 引導學生了解“物質結構與性質”模塊的主要內容

書本中的“緒言”一般是用于說明全書主旨等的內容，緒言課作為講授教材緒言部分的教學活動，引導學生概覽本冊教材的主要內容，應當是緒言課的重要任務之一。通過初步了解將要學習的知識及知識間聯系，能讓學生心中事先形成一個“上位”的知識架構，使其明確今后的學習方向與任務，以做好充分的心理準備。

引導學生了解該模塊的主要內容，并非是面面俱到的羅列，而應該恰當選擇基于學生學習基礎、能夠理解的，并且能有助于激發其學習興趣的內容。基于學生的學習基礎就是要聯系學生的已有知識，并引導學生建立起新舊知識間的橋梁，以實現由舊知識向新知識的過渡，使原有知識結構有所發展。

1.3 幫助學生建立物質結構與性質關系的認識視角

“物質結構與性質”模塊把涉及物質結構與性質的內容集中呈現，包括原子結構與元素性質、化學鍵與物質性質、分子間作用力與物質性質等。學習該模塊應幫助學生形成兩個層面的認識：一是結構層面，二是性質層面，并要認識到這兩個層面之間存在密切的聯系，即“結構決定性質，性質反映結構”[3]。教學過程中應緊緊抓住這一核心思想，所有問題都應圍繞它來展開，使學生建立物質結構與性質之間關系的思維方式和分析視角。

2 “物質結構與性質”模塊緒言課的教學策略——問題驅動

針對“物質結構與性質”模塊理論性強、內容抽象等特點，為達成“物質結構與性質”模塊緒言課的教學目標：激發學生學習興趣、引導學生概覽全書主要內容、建立“結構決定性質，性質反映結構”的基本認識視角，尋找一種有效的教學方式。

問題驅動式教學法是教師從學生所擁有的原始觀念出發，創設情境，設置一系列問題，并對這些問題分析與解決，讓學生在思維參與中體驗到許多的概念、定理、解決問題的思想方法不是“天外來客”，讓學生在問題驅動下理解知識的本質，構建新的知識網絡，其基本教學模式是：提出問題——解決問題——反思過程[4]。根據問題驅動的內涵，我們發現利用問題驅動方式設計和實施“物質結構與性質”模塊緒言課，即通過科學設計問題鏈，以此為基線，問題帶情境，情境促問題，可以驅動學生積極思考，主動參與課堂，自主了解課程內容概要，初步感悟“物質結構與性質關系”認識視角的核心價值，促成緒言課既定教學目標的落實。

3 基于問題驅動“物質結構與性質”模塊緒言課的案例分析

為了更好地說明如何應用問題驅動式教學法進行“物質結構與性質”模塊緒言課的教學，本研究以某教學比賽中的教學課作為案例進行深入分析。

本節課基于人教版“物質結構與性質”模塊設計教學，整個過程圍繞“結構決定性質，性質反映結構”的認識視角展開，通過“樹型問題驅動”的模式完成教學。“樹型問題驅動”是采用“目標——手段”的分析方式，根據教學目標先審視并確定要解決的目標問題（目標），在解決目標問題的過程中，繼續將其分解為一些子問題或子問題鏈（手段），驅動學生思維，幫助學生獲得知識，掌握方法，以達到最終的教學目標[5]。圖1歸納呈現了這節課各個環節的“教學目標”和“目標問題”。

由上圖可見，本節課通過一個總起問題引入教學，各環節對應的“子目標”與“問題”雙線并行，環環相扣，步步推進，逐步凸顯構性關系，使得學生最終形成“結構決定性質，性質反映結構”的認識視角。下面進一步對各環節教學作深入剖析。

3.1 總目標導入：不同物質具有不同性質

課堂開頭通過展示銅片、硫磺、鈉塊的圖片，引導學生分析圖片，認識到不同物質的性質差異：銅片具有金屬光澤，而硫磺沒有；鈉可與水發生劇烈反應，而銅片卻不能。接著順勢拋出問題“不同的物質具有不同的性質，這些性質是什么因素導致的？”，以此開啟后續教學環節。

3.2 環節目標1：元素組成影響物質性質

緊承總目標問題，聯系學生已有知識基礎展開第一環節教學。

[舊知回顧]必修中學習過的堿金屬具有強金屬性，鹵族元素具有強非金屬性。

[問題1]是什么因素導致了堿金屬和鹵族元素的性質差異？

[學生]元素組成不同。

[結論1]這說明元素組成能影響物質的性質。

[問題2]元素是同一類原子的總稱，元素性質不同即是由于構成物質的原子不同所導致的。原子是由原子核和核外電子構成，核外電子層與層之間能量不同，那么同一層的電子能量是否相同呢？我們將在本冊書中進一步學習。

根據學生必修模塊的知識基礎提問影響堿金屬和鹵族元素性質的因素，學生很容易就聯想到是元素組成影響其性質，再通過進一步回顧已知并據此發問過渡至“物質結構與性質”模塊的“原子結構”部分知識，引發學生思考與深入學習的愿望，為今后的教學奠定了基調。

3.3 環節目標2：粒子的空間排布影響物質性質

第一個教學環節得出了結論：元素組成不同的物質性質不同。第二環節通過提問“元素組成相同的物質性質一定相同嗎”給出質疑，接著通過創設具體情境聯系“無機物中的同分異構現象”、“同素異形體”、“有機物中的同分異構現象”、“手性分子”來說明元素組成相同的物質性質也可能不同，以幫助學生理解粒子的空間排布是影響物質性質的重要因素。

[目標問題]元素組成相同的物質性質一定相同嗎？

[情境1]科學史上有這樣一個故事：李比希所研究的雷酸銀（AgONC）是一種起爆藥，對熱和壓力極為敏感，在水中即使只有幾毫克的雷酸銀，一點點震動也能讓它引爆。維勒所研究的氰酸銀（AgCNO）性質卻很穩定。后來經過元素百分含量的測定知道了它們的化學組成（展示二者的化學式）。

[問題1]這兩個物質的化學式有什么相同之處？

[學生]元素組成相同。

[問題2]這說明了什么問題？

[學生]元素組成相同的物質性質未必相同。

[問題3]是什么因素導致了這二者的性質不同呢？

[學生]原子排布不同。

[問題4]能否再舉出幾例元素組成相同而由于原子排布不同導致性質差異的物質？

[學生]金剛石、石墨、足球烯……

（展示金剛石、石墨、足球烯、碳納米材料的宏觀及微觀結構圖片，說明金剛石、石墨、足球烯、碳納米材料中碳原子的空間排布不同導致了它們的性質差異）

[情境2]展示乙醇和二甲醚的球棍模型，講述其性質差異。

[問題5]什么因素導致了乙醇和二甲醚的性質差異？

[學生]原子的連接方式不同影響了原子的空間排布，從而影響了它們的性質。

[情境3]有一種藥物可用于緩解孕婦的妊娠反應，后來發現孕婦服用后容易產生畸形兒。隨后的研究證實，這種藥物存在鏡面對稱如同左右手般的兩種分子（展示圖片），由于結構的不同導致其中一種分子具有毒副作用。

[結論]粒子的空間排布影響物質的性質。

首先通過講述化學史，激發學生學習興趣的同時讓學生自我發現元素組成相同的物質性質未必相同。接著繼續發問引導學生聯想到金剛石、石墨等物質的同素異形現象，讓學生認識到元素組成相同的物質性質不同的原因是粒子的空間排布不同，并通過比較乙醇和二甲醚加深這一認識。最后再借機插入一段化學史，給學生提前注入“手性分子”的概念，為后續學習埋下伏筆，另外也能使學生意識到嚴謹的科學態度是多么的重要！

3.4 環節目標3：粒子間作用方式影響物質性質

該環節以引導學生分別分析NaCl和HCl的成鍵方式切入，然后重點圍繞HCl提出問題展開教學。

[問題1]必修中學習了NaCl和HCl，它們的性質差異是由什么導致的？

[學生]成鍵方式不同。

[問題2]能以NaCl為例說一說離子鍵是如何形成的嗎？

[學生] Na原子失去一個電子形成鈉離子，Cl原子得到一個電子形成氯離子，鈉離子和氯離子通過靜電作用形成NaCl。

[問題3]能以HCl為例說一說共價鍵是如何形成的嗎？

[學生] H和Cl各提供一個電子通過共用一對電子形成共價鍵。

[問題4]是不是所有的成鍵原子一定只共用一對電子？

[學生]不是。

[問題5]能舉出實例說明嗎？

[學生] CO2、NO、NO2。

[問題6]在HCl分子中，Cl對電子的吸引力大于H，導致共用電子對偏向Cl，是不是所有的共用電子對都會發生偏移呢？或者是成鍵原子對共用電子對的吸引力一定不同嗎？

[學生]不是，如N2。

[講述]成鍵原子對共用電子對吸引力相同的稱為非極性鍵，成鍵原子對共用電子對吸引力不同的稱為極性鍵。

[問題7]共用電子對一定是由成鍵原子雙方提供的嗎？

[學生]……

[問題8]共用電子對一定成對出現嗎？

[學生]……

[講述]不一定。成鍵原子是金屬原子時，金屬原子失去的電子被所有金屬原子共用。

[問題9]離子鍵、共價鍵、配位鍵、金屬鍵都屬于化學鍵，化學鍵是粒子間的強相互作用，粒子間都是強相互作用嗎？

[學生]……

[結論]化學鍵是粒子間的強相互作用，分子間作用力是粒子間的弱相互作用，還有一種特殊的作用方式——氫鍵，其作用力介于化學鍵與分子間作用力之間。化學鍵、分子間作用力、氫鍵都屬于粒子間作用方式，粒子間作用不同會影響物質的性質。

[問題10]金剛石和石墨都是由碳原子構成的物質，但金剛石的硬度遠遠大于石墨，除了粒子空間排布方式的影響，能從粒子間作用的角度來解釋一下這是為什么嗎？

[學生]……

[講述]金剛石的碳原子與原子間通過共價鍵結合形成空間網狀結構，石墨的層與層之間通過分子間作用力形成層狀結構。共價鍵強度大于分子間作用力。

[結論]粒子間作用方式不同能影響物質性質。

該部分主要圍繞HCl的成鍵方式提出四個關聯性問題：是不是所有的成鍵原子一定只共用一對電子？是不是所有的共用電子對都會發生偏移？共用電子對是否一定由成鍵原子雙方提供？共用電子對是否一定成對出現？然后分別針對這些問題進行討論并各個擊破，通過這樣的過程帶領學生了解了該模塊第二章節概要內容，并認識到粒子間不同的作用方式能影響物質性質。

3.5 環節目標4：晶型影響物質性質

最后一部分照應環節目標4，通過質疑提出該環節目標問題“組成不同的物質性質一定差異很大嗎”，并根據組成不同的金剛石和石英石的性質相似，引出與教材第三章“晶體結構與性質”相對應的概要框架，并得出結論：晶型也能影響物質性質。同時也讓學生認識到“性質反映結構”。

[問題]組成相同的物質性質可能不同，組成不同的物質性質一定差異很大嗎？

[學生]……

[情境]展示金剛石和石英石（SiO2）的宏觀圖片、微觀結構圖及它們的熔沸點、導電性、溶解性數據大小。

[講述]根據所提供的數據可以看出金剛石和石英石許多相似的性質，這是因為它們的微觀結構極為相似。這兩種物質都屬于晶體，晶體是具有規則幾何外形的一類物質，根據幾何外形的不同可以把物質分為晶體和非晶體。而按照構成晶體的粒子間作用方式不同，還可將晶體分為原子晶體、分子晶體、離子晶體、金屬晶體。

[結論]晶型能影響物質性質。

[總結]通過這節課的學習我們了解到：組成能影響物質的性質，結構能影響物質的性質，晶型也能影響物質的性質，而其中，結構是最本質的影響因素。通過這門課的學習我們應認識到結構與性質間的辯證關系，結構決定性質，性質反映結構。

可以說，整堂課始終堅持從學生已有知識基礎和能力基礎出發，以“元素組成能影響物質性質”、“粒子的空間排布能影響物質性質”、“粒子間作用方式能影響物質性質”和“晶型能影響物質性質”為線索將教材內容概要串聯起來，并在一系列問題鏈的支撐下推進，使“物質決定性質，性質反映結構”的認識視角深入學生心田，最終成功達成“物質結構與性質”模塊緒言課的教學目標。

4 總結與反思

在實際教學中，忽視或輕視緒言課特別是選修模塊緒言課教學的現象比較普遍，這多是由于中學教師對緒言課的重要性認識不足造成的。本研究通過梳理“物質結構與性質”模塊緒言課的目標定位，呈現教學案例，旨在引起中學教師對緒言課的重視，啟迪中學教師創造性地展開緒言課教學，提高教學成效。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部制定.普通高中化學課程標準（實驗）[S].北京：人民教育出版社，2003.

[2]王秉珍.章節緒言的意義及教學策略[J].中學化學教學參考，2009，（9）：37.

[3]王磊等.高中化學選修模塊教材《物質結構與性質》對學生認識發展的影響研究[J].化學教育，2008，（1）：16.

[4][5]程厚軍.問題驅動課堂教學的理論、模式、實踐探索、反思[J].中學數學（高中版），2012，（4）：18.