讓學生享受學習的過程

王飛 梁培培

一、教材與學情分析

“同素異形現象”是普通高中課程標準實驗教科書·化學2（蘇教版）專題1“微觀結構與物質的多樣性”中第三單元的教學內容。“同素異形現象”是從微觀結構分析單質的多樣性，為“同分異構現象”（從微觀結構分析化合物的多樣性）和“不同類型的晶體”的學習打下基礎。本節課內容在《學科教學指導意見》中要求并不高，只要求學生以碳、氧為例，認識同素異形現象，但同素異形現象與生產、生活和科學技術的發展有著密切的聯系，也影響著與化學相關的環境問題。

本節的教學對象是普通高中高一年級的學生。雖然在初中《科學》和化學1（必修）的教材中并沒有學習過單質碳的性質，但是學生在生活中已經積累了一些關于金剛石和石墨的感性認識。雖然已經學習過化學鍵的相關知識，但是不能從微觀的角度去解釋金剛石和石墨性質差異的原因，再加上學生對立體幾何知識的欠缺，在對金剛石和石墨的微觀結構的了解上可能會存在一定的困難。

二、教學目標確立

1.知識與技能

（1）建立同素異形現象和同素異形體的概念；

（2）知道物質的多樣性與微觀結構有關。

2.過程與方法

（1）利用模型了解金剛石和石墨的微觀結構，建立同素異形現象概念；

（2）通過同素異形體的相互轉化，加深對同素異形現象的認識。

3.情感、態度與價值觀

（1）感受金剛石、石墨等的微觀結構和用途，體會化學對生活和社會發展的貢獻，激發學生學習化學的興趣；

（2）通過對富勒烯、臭氧層的介紹，引導學生關注社會熱點問題，增強學習化學的責任感。

三、教學過程

[情境創設1]

1.3月23日世界氣象日。

2.哥本哈根氣候大會，低碳生活。

3.碳在地殼中含量很低，但形成的化合物卻很多。

[學生]傾聽，思考。

[你知道嗎]由碳元素所形成的單質有哪些？

[生答]金剛石、石墨。

[實物展示]金剛石、石墨。

[設疑]那么根據你的生活體驗，你知道金剛石、石墨的用途嗎？

[討論交流]交流討論并得出一些金剛石、石墨的用途。

[圖片展示]裝飾品如鉆石或切割玻璃等、石墨的導電性、潤滑劑等。

[學生]觀察體會金剛石、石墨外觀的不同，用途的不同；并請學生代表演示切割玻璃，感受金剛石的硬度。

[樣品展示]鉛筆、竹炭鞋墊、干電池模型等。

[闡述]根據用途，我們一起來歸納金剛石、石墨的物理性質。

[表格填寫]

[學生]認真完成表格填寫，并理解金剛石、石墨的不同用途及物理性質差異。

[活動與探究]為什么金剛石和石墨在性質上有如此大的差異？

[情境創設2]

1.請兩個學生，從教師事先準備好的兩個黑色塑料袋中分別挑選一個模型，分別找出對方模型與自己的不同點（說明：從碳原子的成鍵方式和空間排列方式角度去分析）。

模型改造如下圖：石墨模型層與層之間用彈簧連接，形象表示出層內和層間作用力是不同的。

2.你認為哪一個模型是金剛石，哪一個是石墨，說明理由。

[生答]在金剛石晶體中，碳原子之間以共價鍵結合，每個碳原子和相鄰的4個碳原子形成彼此連接的空間網狀結構。而石墨晶體為層狀結構，層與層之間的碳原子存在分子作用力，而層內每個碳原子和相鄰的3個碳原子相結合，排列成平面六邊形的網狀結構。

3.根據性質差異判斷模型。學生從“異形”角度認識同素異形現象。

[過渡]碳元素還有沒有其他形式呢？

[生答]納米碳管、足球烯等。

[圖片展示]納米碳管實物圖和微觀結構模型。

[模型展示]足球烯分子結構模型。

[學生]觀察模型，分析它們的結構特點。

[視頻]介紹納米碳管、足球烯的結構特點、用途及部分性質。

[學生]傾聽它們的用途，感受化學與生活、科學技術等的密切聯系。

[情境創設]碳元素形成的幾種不同單質的結構圖。

[學生]從微觀結構來看物質的多樣性。

[結論]同一種元素形成幾種不同的單質，這種現象稱為同素異形現象。這些單質互稱為該元素的同素異形體。

[過渡]除了碳元素有同素異形現象，其他元素還有嗎？

[生答]氧氣、臭氧，紅磷、白磷等。

[情境創設3]

1.氧氣與臭氧物理性質的比較。

2.臭氧層空洞的擴大及危害。

[學生]傾聽、閱讀、思考。

[問題解決]下列各組物質中，互為同素異形體的是：

Na和Na+、Fe2O3和Fe3O4、S2和S8、1H和2H

[生答]S2和S8。

[問題解決]表格填寫，學習列表比較相似概念：

[學生]認真完成表格填寫，區別同位素與同素異形體。理解同素異形現象討論的范圍（單質），異形（微觀結構）；初步認識“同素”。

[拓展視野]紅磷與白磷。

[學生]閱讀教材第20頁磷同素異形的知識。

[演示實驗]紅磷與白磷轉化實驗（同時說明白磷著火點低）。

[具體操作]紅磷轉化為白磷后，拔掉一端的橡皮塞，馬上放在一個架子上，讓空氣產生對流，進入小玻璃管，即可看到白煙。注：架子放在有NaOH溶液的培養皿內，然后用一個大燒杯罩住培養皿。

[學生]觀察并描述實驗現象。

[結論]在一定條件下，同素異形體可以相互轉化。

[播放視頻]人工合成金剛石。

[課堂回味]總結同素異形體的性質特點。

[展望未來]足球烯、納米碳管等同素異形現象研究的新領域。

四、課堂教學啟示

1.彰顯學科思想

本節教學設計在“異形”“同素”上做足了文章，通過金剛石、石墨在微觀結構中碳原子的排列方式不同，讓學生從“異形”角度上認識存在“異”的內在原因，從本質上理解物質的多樣性，結構的不同是造成物質的多樣性的根本原因，培養從結構尋找原因的思維方法，形成結構決定性質、性質決定用途的化學觀點。通過圖片、實物、結構模型的利用，幫助學生建立金剛石、石墨的微觀結構的立體幾何模型，培養學生的空間想象能力，同時感受“異形”的魅力。

2.突出過程與方法

“過程與方法”這一課程目標更注重學生的學習過程、學科思維方法的培養，變學習的結果為學習的過程。本節教學設計從微觀角度引導學生從“同種碳元素→不同單質→內在原因”到“不同的氧單質及磷單質→同種元素”，經歷了“同→異→同”的“特殊問題→普遍規律→具體應用”的學習過程。本節教學設計是一種有效的“過程與方法”。在教學過程中，讓學生自己發現金剛石和石墨是不同單質的問題，通過模型的觀察自己解決問題。如在研究石墨與金剛石的結構時，采用互相評價對方所展示的結構異同的方式，讓學生在模型的觀察中，產生思維的碰撞，使學生既能體驗到分析、思考、觀察的樂趣，又真切感受到合作與交流的需要。

參考文獻：

[1]浙江省普通高中新課程實驗工作專業指導委員會.浙江省普通高中新課程實驗化學學科教學指導意見[M].杭州：浙江教育出版社，2009.

[2]王祖浩.普通高中課程標準實驗教科書·化學2（必修）教學參考書[M].江蘇教育出版社，2008.