例析基于想象力培養的化學教學

顏標峰

摘要：微觀結構決定宏觀性質，結構與性質的關系通常通過靜態呈現的方式予以建構。文章關注此關系建構過程中的想象過程，以碳單質結構和大分子鏈狀結構為知識栽體，凸顯化學教學中想象力的培養，促進學生化學想象力的長遠發展。

關鍵詞：想象力；結構；性質

文章編號：1008-0546（2017）12-0023-02 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.12.007

微觀結構決定宏觀性質，這是化學學習的核心觀念之一。在教材文本中，物質的微觀結構通常以圖片等靜態形式呈現，教師在解讀文本時，在靜態呈現的觀念下，更為側重的是結構決定性質、性質反映結構的化學結論，卻忽視了這一觀念的動態形成中最生動、最有趣的想象過程。

微觀結構是學生難以直接觀察到的，需要借助想象力去感受，在感受物質微觀結構的過程中，學生可以體會到想象的樂趣、化學的神奇和大自然的魅力。因此，在化學教學的過程中，教師要有意識地引導學生關注實驗過程，通過宏觀現象的展現，想象和理解微觀結構的特征。這種動態想象的微觀結構教學，對促進學生化學想象力的長遠發展有重要的意義。

筆者在碳單質結構和大分子鏈狀結構的教學過程中，嘗試動態想象的教學形式，引導學生通過想象，感受宏觀的性質與微觀結構的對應關系。

一、化學想象力與碳單質的結構

大小相同的木塊和海綿，同時放入水中，一段時間后，將兩者取出，發現木塊表面潤濕，海綿充分吸水。通過這一對比實驗，可以得出什么結論？學生發揮想象力，體會到海綿孔隙多，吸附水的效果更好，物質的吸附性與疏松多孔的結構有關。為了更好地感受疏松多孔的炭的吸附性，筆者現場制備多孔炭：在燒杯中加入少量白糖，滴加數滴水，加入濃硫酸，攪拌，燒杯內物質體積迅速膨脹，制備得到“黑面包”，即疏松多孔的炭。取一小塊多孔炭，放在盛裝有二氧化氮紅棕色氣體的集氣瓶中，一段時間后，紅棕色褪去，證明多孔炭具有較好的吸附性。

在平面幾何圖形中，什么圖形的穩定性最好？三角形。如果四個面都是穩定的三角形，穩定性也會很好，所以，立體幾何中的正四面體非常穩定。無數個正四面體連接在一起，就是碳單質中赫赫有名的金剛石的結構。學生從三角形到無數正四面體連接在一起的空間網狀結構，不斷發揮想象力，感受金剛石結構的穩定性。

通過觀察石墨單質的形態，學生注意到石墨是一種細鱗片狀的固體。細鱗片狀的固體，在微觀上對應的結構具有什么特點？正像鱗片疊合一樣，石墨是層狀結構。一層一層的結構，如同一疊紙，層與層之間可以滑動，石墨具有滑膩感在這種結構的想象下，不難理解。

足球烯是新型碳單質的代表物，60個碳原子形成閉合籠狀結構。這樣中空的球體結構會對應哪些性質？球體易滾動，抓一把足球烯在手上，一定無比潤滑，“分子滾珠”名副其實；中空結構，好似微型的小籠子，可以裝入分子，表現一定的吸附性。C₆₀分子極小，雖不能直接觀察，但通過化學想象力，學生“看”到了它的性質。

以物質的宏觀性質為認識基礎，學生在化學想象力的作用下，感受到物質的微觀結構。在這一過程中，學生不斷發出驚嘆，驚嘆于化學結構的精妙，更驚嘆于化學學習中想象空間的魅力。

二、化學想象力與大分子鏈狀結構

在講解“蛋白質”時，把雞蛋敲開，將蛋清緩緩倒入盛有水的燒杯中，在整個過程中觀察到的現象有哪些？學生注意到燒杯中的蛋清與水分層，并且在水的下層，蛋清密度比水大；此外，下層的蛋清呈淺黃色，是一種透明、粘稠的液體。表觀的物理性質通過簡單的實驗即可完整呈現，很多教師至此戛然而止，殊不知，這一實驗中蘊含豐富的化學想象空間。

教師引導學生調動生活經驗，將一碗大米和一碗面條分成兩份，操作時的情形是否相同？學生發現，米粒傾倒時比較順利，一顆一顆完全脫離開；面條的黏連現象嚴重，彼此牽扯，難以分開。同理，如果將水傾倒入燒杯，停止傾倒的動作后，水流立刻終止，可以想象，一顆一顆如米粒一樣的水分子在傾倒時完全脫離；如果將雞蛋清倒入燒杯，停止傾倒時，蛋清會拉扯出細絲，不會戛然而止，可以想象，一線一線如面條的蛋白質分子彼此黏連。以此類比，學生在想象中可以領會到水分子的“顆粒”狀和蛋白質分子的鏈狀結構。透過一個簡單的實驗和類比，學生在化學想象力的作用下，可以清晰地“看”到蛋白質大分子的長鏈。

在化學想象力的眼光下，學生會發現一個更為美妙和神奇的物質世界。糯米和粳米的主要成分都是淀粉，在熬粥時，粳米粥和糯米粥都會變粘稠，當中萬千纏繞的長鏈分子仿佛就在學生的眼前不斷游動。糯米的粘性比粳米要強，糯米中淀粉的長鏈比粳米中淀粉的長鏈要更易黏連，支鏈淀粉和直鏈淀粉的區別呼之欲出。

鏈狀結構不僅存在于有機物中，很多無機物也有鏈狀結構。將稀鹽酸滴加到硅酸鈉溶液中，會生成硅酸，出現沉淀，當硅酸濃度較大時，沉淀逐漸聚合為軟而透明的、膠凍狀的硅酸凝膠。大部分沉淀是顆粒狀的，例如碳酸鈣沉淀，將其蒸干并提純后，得到的是白色粉末；硅酸的凝膠狀沉淀，粘稠度更高，學生不難想象，當中存在硅酸的鏈狀結構。

加熱單質硫至融化，緩緩將其倒入水中，形成彈性硫，分子結構由原來的環形結構轉變為長鏈結構；生活中非常熟悉的蔗糖晶體，加熱后會逐漸變為糖稀，隨著溫度升高，糖稀的粘稠度不斷增大，蔗糖的變化是否類似于硅酸？分子間脫水后，形成長鏈形分子。這些結構轉化的新視角，學生在發揮化學想象力的前提下，都可以充分體驗。

愛因斯坦說：“想象力比知識更重要，因為知識是有限的，而想象力概括著世界上的一切，推動著進步，而且是知識進化的源泉。”積極引導學生發揮化學想象力，對化學中的一些現象進行創造性的思考，感受化學中宏觀世界與微觀世界的聯系，是當代創新型教師的重要歷史責任。endprint