物質結構理論下提升高中化學育人效果的策略探究

摘 要：高中化學是一門研究物質性質、結構、反應和變化的學科，需要學生能夠從不同層次進行化學物質多樣性的認識，從原子、分子的視角進行物質性質、組成、結構的認識，理解高中化學反應變化過程的本質原理，從而幫助學生形成“結構決定性質”的化學觀念。本文主要從物質結構的角度出發，體現物質結構的知識功能，提升化學教學的育人效果，培養學生化學核心素養，促進學生的全面發展。

關鍵詞：物質結構;高中化學;育人效果

教育部《關于全面深化課程改革 落實立德樹人根本任務的意見》中明確指出，研究提出各個學段學生發展核心素養體系，明確學生應具備的適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力。因此，高中化學教師也要注重化學學科的育人功能，將高中化學知識的學習和學生核心素養的培養統一起來。作為“從原子、分子水平研究物質組成、結構、性質、轉化及其應用的一門基礎學科”，物質結構觀念是高中化學核心素養的組成部分，在提升化學育人能力方面具有重要作用，教師要關注化學學科特點，發揮化學結構的理論知識功能，提升化學教學的育人能力。

一、 結構分析，形成認識物質結構觀念

物質結構決定性質是化學的基本觀念，在高中化學教學中，教師要以學生的自主思考和發展為基礎，引導學生在現有化學知識的基礎上，進行結構分析，遷移學生的知識和技能，幫助學生更好地認識化學物質結構觀念。這樣更有利于學生理解化學的本質，豐富學生的知識，讓學生能夠感受到化學知識中蘊含的思想觀念，方法和思維方式，彰顯化學教學的育人功能，而化學“物質結構”理論知識作為化學學科區別于其他學科的顯著特點，發揮其作用需要教師運用具體的教學方法，加強學生微觀與宏觀之間的聯系，幫助學生構建物質結構觀念。

比如在學習甲烷（CH4）知識的時候，教師可以讓學生依據以往的知識經驗，根據甲烷的分子式猜測甲烷分子的空間構型，并讓學生說出理由。有的學生認為甲烷可能為平面正方形結構，有的學生認為甲烷可能為正四面體構型，還有的學生認為甲烷為正四棱錐構型等，學生紛紛發表自己猜測的依據和觀點。教師可以引導學生運用化學實驗的方法對自己的猜測進行驗證，學生通過甲烷的二氯取代物來驗證證明甲烷的空間構型，通過球棍模型演練，不同空間構型的甲烷二氯取代物結構表現不同，其中平面正方形和正四棱錐構型的二氯取代物有兩種結構，正四棱錐構型的二氯取代物有一種結構，通過相關資料發現，甲烷的二氯取代物只有一種空間構型，因此可以確定甲烷為正四面體。

通過對比反應后的產物結構，不僅有利于學生將所學的化學知識融會貫通，掌握化學變化的規律，同時也讓學生認識到物質結構在物質性質中的關鍵作用，幫助學生構建物質結構決定性質的物質結構觀念，促進學生化學學科素養的形成。

二、 結構探究，培養空間想象能力

物質的結構對物質的性質具有決定性作用，因此在進行化學結構探究的時候，教師要引導學生根據物質的空間結構，提取有用的信息，培養學生的空間想象能力，實現化學的育人功能。以“分子晶體”教學為例，教師可以讓學生根據下面的信息，推測在干冰中，每個二氧化碳分子周圍有多少個等距相鄰的二氧化碳分子？

教師：干冰是二氧化碳的固態形式，一般通過壓縮二氧化碳氣體成液態后，經過膨脹得到，由于和冰非常相似，因此而得名“干冰”，干冰晶體的結構如圖所示。

學生1：干冰和冰外觀相似，因此干冰也是分子晶體，根據干冰的晶體結構可以得出每個二氧化碳分子周圍有8個等距相鄰的二氧化碳分子。

學生2：干冰是分子晶體，但是圖1的結構只是干冰的一個晶胞，干冰晶體是由無數個上面的結構組成的，因此，以正方體頂點上的二氧化碳分子為例，與它相鄰的十二個面的中心各有一個二氧化碳分子，并且距離最短，因此每個二氧化碳分子周圍有12個等距相鄰的二氧化碳分子。

圖1 二氧化碳晶胞結構圖

通過分析可以讓學生對物質結構進行空間想象和延伸，只有學生能夠將一個頂點上的二氧化碳分子周圍沒有的7個正方體晶胞補充完整，二氧化碳分子周圍的最近的等距二氧化碳分子就出來了。因此，在進行物質結構學習的時候，教師要引導學生進行充分的想象，對已有的信息進行加工和分析，進行合理的空間想象，從而解決問題，培養空間想象能力。

三、 實驗探究，實現化學育人功能

高中化學是一門以實驗為基礎的學科，實驗探究活動不僅有利于學生掌握化學規律，驗證化學猜測和性質，同時也能幫助學生形成科學的思維，養成嚴謹的探究態度，培養學生的實驗能力，操作能力和問題解決能力。在高中化學教學中，通過多樣化的學習活動，幫助學生認識碳原子的成鍵特點及有機物的碳骨架，滲透“結構決定性質”的化學觀念，體現化學的教學價值。

高中化學物質結構思想蘊含在化學的物質性質、變化和應用之中，教師可以根據教學內容，遵循化學物構思想的基本思路，厘清物質結構理論知識之間的內在關系，即從微觀到宏觀：物質（結構決定性質決定用途）;從宏觀到微觀：物質（用途反映性質反映結構），教師要對化學物構理論知識進行綜合考慮，通過化學的內在邏輯關系和外在表現，設計課堂實驗，實現化學育人功能。下面以“乙烯”知識為例，分別從乙烯的制法、乙烯的結構、乙烯的用途和性質等方面引導學生進行探究，讓學生積極參與到活動中去發現知識，感染學生的情感，提高化學教學的效率。

（一） 創設問題情境，激發學生興趣

在乙烯性質學習的過程中，教師先給學生創設教學情境，展示用分解石蠟油制取乙烯的實驗視頻，讓學生觀察實驗現象，思考一下石蠟油的分解實驗中，哪些現象可以證明分解產物與烷烴（甲烷）具有相同的性質，哪些現象可以證明分解產物又與烷烴（甲烷）具有不同的性質？學生通過往分解產物中通入溴的四氯化碳溶液、酸性高錳酸鉀溶液、點燃等實驗，可以發現石蠟油的分解產物中具有與烷烴（甲烷）不同的性質，從而引出烯烴的概念，遵循“觀察實驗——探究現象——分析探究——得出結論”的自主探究思路，激發學生興趣，讓學生能夠認識到物質結構的不同導致了物質性質的差異，得出石蠟油的分解中還有烷烴和烯烴的結論，掌握乙烯的工業制法。

（二） 遷移化學思想，探究乙烯結構

教師先給學生展示乙烯氣體，讓學生結合甲烷結構的知識，猜測乙烯的分子結構，根據乙烯的分子式進行乙烯結構式、電子式的書寫。隨后，教師引導學生根據價層電子對互斥理論，分析乙烯的空間構型，并讓學生進行實際操作，用球、棍等材料進行乙烯分子球棍模型的構建。在活動中，學生可以根據“分子式——結構式——立體模型”的活動思路，逐步地了解乙烯的分子式、電子式、結構簡式、結構立體模型之間的對應關系，強化原子結構與性質決定其分子結構的物質結構基本理論，讓學生能夠在活動中親自體會“物質層級構造”的化學思想，幫助學生從抽象到具體，從簡單到復雜地逐步認識乙烯的分子結構，為后面的性質探究奠定基礎。同時，可以利用三維立體動畫模型，讓學生更加直觀地認識加成反應的本質。

圖2 乙烯加成反應三維立體動畫過程截圖

（三） 展示生活實例，體現物質價值

乙烯是工業生產中重要的化工原料，同時也是植物生長的調節劑，各類水果的催熟劑。教師可以根據乙烯的生活應用，給學生展示運用乙烯為鮮果脫澀，讓學生直觀地感受到乙烯在生活中的實際作用，并讓學生思考乙烯作用于植物生長和鮮果催熟的原理是什么？隨后，教師給學生展示生活中有關乙烯產品的圖片，并滲透有關乙烯工業的信息，讓學生明白乙烯在工業中的價值，乙烯的產量和一個國家石油工業發展水平之間的關系。同時，教師也讓學生進行有關乙烯相關產品和應用資料的收集，引導學生在活動中進行交流與互動，增強學生對乙烯的了解，明白乙烯在工業生產、社會生活中的重要價值。

（四） 自主實驗探究，強化結構觀念

在明確乙烯的工業制法和生活應用的基礎上，教師要通過問題引導學生探究乙烯的化學性質，讓學生對如何將乙烯轉變為乙烯化工產品有清晰的認識，幫助學生建立理論和生活實踐之間的聯系，提高學生的性質決定應用觀念。在乙烯性質的探究實驗活動中，教師通過問題引導學生進行乙烯化學性質的分析和推斷，幫助學生更好地理解結構決定性質，性質決定應用的觀念。探究問題：第一，觀察乙烯燃燒的現象，試著說明乙烯燃燒產生明亮火焰并生成大量黑煙的原因，寫出乙烯燃燒的化學反應方程式;第二，將乙烯通入溴的四氯化碳溶液中，觀察實驗現象：溶液褪色，這是由于生成了無色的CH2BrCH2Br液體，那么，試著寫出乙烯通入溴的四氯化碳溶液中發生的化學反應方程式，對比CH2BrCH2Br、乙烯和溴的分子結構，將乙烯與溴發生化學反應的過程通過球棍模型表示出來;第三，根據乙烯與溴的反應，猜測一下在一定的化學條件下，乙烯是否可以和氯化氫氣體、氫氣、水等發生加成反應，為什么？如果可以的話，寫出它們反應的化學方程式。第四，工業上常常在催化劑的作用下，讓乙烯分子之間進行加聚反應，從而生成聚乙烯，大家嘗試寫一下聚乙烯的聚合反應。乙烷和乙烯的結構相似，那么乙烷是否也可以互相加聚反應呢，為什么？

通過問題引導學生展開實驗、互動探究，可以讓學生掌握乙烯的主要化學性質，認識到物質的性質是物質微觀結構的具體表現，體會物質結構知識的內涵，提高學生的探究能力，培養學生的思維品質。

（五） 對比分析，構建性質與結構聯系

乙烷和乙烯的微觀結構相似，但是在實際的實驗中發現，鹵素單質可以與乙烷發生取代反應，而與乙烯發生加成反應，結合下表中共價鍵的參數，對乙烷、乙烯與鹵素單質發生反應的類型進行解釋：

化學鍵鍵長（m）鍵能（kJ/mol）

CC1.33×10-10615

C—C1.54×10-10348

C—H1.09×10-10414

結合表格和乙烷、乙烯的微觀結構，學生更容易理解雙鍵中相對弱的共價鍵更容易斷裂，從而發生加成反應，同時也容易被酸性高錳酸鉀溶液氧化，這樣，從微觀結構的方面讓加深學生“結構決定性質”的認識，遷移學生的化學思考，培養學生的創新能力。

總之，在高中化學教學中，教師要發揮物構理論知識的功能，讓學生在情境中、問題中、實驗中和探究中掌握化學的本質規律，升華學生的情感，提升化學教學的育人能力。

參考文獻：

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[2]王哲.開啟認識有機世界的大門——高中化學必修2“甲烷”教學探討[J].教育與裝備研究，2016（4）.

作者簡介：

應寧燕，福建省福州市，福州市屏東中學。