突出“宏觀辨識與微觀探析”的化學教學

閏銀權

摘要：分析了宏觀辨識與微觀探析的內涵和目標。不同的知識內容承載的核心素養不同，以化學鍵的單元教學為例，從宏觀、微觀、宏微結合的層次認識化學鍵和物質的性質，建立了化學鍵認識模型。重點發展了學生“宏觀辨識與微觀探析”的化學學科核心素養。

關鍵詞：宏觀辨識;微觀探析;化學鍵;靜電作用;核心素養

文章編號：1008-0546（2019）11-0021-04

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j.issn. 1008-0546.2019.11.006

化學學科核心素養是化學學科育人價值的集中體現，是學生通過化學學習而形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力。化學學科核心素養包括5個方面，各有側重，不同的知識內容承載的核心素養不同，教學中要根據知識內容重點突出某些核心素養的培育，而不是生搬硬套核心素養的5個方面。

一、宏觀辨識與微觀探析的內涵與目標

宏觀辨識與微觀探析作為化學學科核心素養，是化學學科區別于其他學科的重要特征。該核心素養反映了學習化學是從宏觀角度研究、認識物質及其變化規律，從微觀層面解釋物質及其變化規律的本質的過程。宏觀辨識與微觀探析的內涵與目標[1]如表1所示。

其內涵表明對物質認識的層次和階段，即宏觀一微觀一宏微結合，達到對物質組成、結構、性質、變化、應用及其關系的本質認識。其目標解決了“怎么學”和“學到什么程度”的問題，指明了學習行為和評價依據。教學中結合宏觀辨識與微觀探析的內涵與目標的關聯性，構建具有可操作性的學習行為與評價依據，具體見圖1“學習行為與目標達成評價指向”[2]。

本文以化學鍵[3]單元教學為例，突出宏觀辨識與微觀探析核心素養的培育。查閱中國知網有關化學鍵的教學[4-7]，從不同角度對化學鍵教學進行深入地研究、設計，不同角度各有優點，本文旨在突出2點：

1.突出“宏觀辨識與微觀探析”核心素養的培育。從“宏-微-宏微”三層次認識化學鍵的形成與本質，以及對物質性質、應用的決定作用，形成結構決定性質的科學觀念。

2.突出認識化學鍵的本質——靜電作用，建立離子鍵、非極性共價鍵、極性共價鍵的認識模型。用模型辨別物質所含化學鍵類型，判斷離子化合物和共價化合物及其性質，體會化學知識的應用價值。

二、教學過程

任務1：再探（宏觀辨識）電解質

教師：我們知道電解質是指在水溶液中或熔融狀態下能夠導電的化合物，那么哪些化合物在水溶液中導電？哪些化合物在熔融狀態下導電？哪些化合物既能在水溶液中導電又能在熔融狀態下導電呢？其導電性與什么有關呢？我們通過實驗再探電解質。

學生分組實驗：NaCl溶液、熔融NaCl、NaCl固體、鹽酸的導電性實驗。

問題1、電解質導電的條件是什么？你覺得液態HCl導電嗎？

問題2、為什么同樣是電解質，NaCl在熔融狀態和水溶液中都能導電，而HCl卻只在水溶液中能導電呢？

學生：電解質導電的條件是有自由移動的帶電粒子——離子，固態NaCl中離子不能自由移動，故不導電。NaCl熔化后或NaCl溶液中離子可以自由移動，故能導電。同樣的原因鹽酸可以導電，但我覺得液態的HCl不導電，因為HCl在液態時沒有自由移動的離子，應該是分子形式存在。

導電性實驗提供證據，學生從宏觀現象認識不同物質在不同條件下的導電性存在差異，形成認知沖突：為什么NaCl熔融狀態有自由移動的帶電粒子，而HCl卻沒有自由移動的帶電粒子？

任務2：探究（微觀）原子構成物質的過程和本質、建立化學鍵的認識模型

（1）離子鍵和共價鍵的形成

我們知道電荷之間存在靜電作用，同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。根據原子結構，猜想當Na原子和Cl原子相互靠近碰撞時會發生什么呢？試用原子結構示意圖表示。

學生根據Na原子和Cl原子結構特點，在黑板上用原子結構示意圖表示出Na原子和Cl原子靠近時的電子轉移過程（圖2）。認識到Na會失去1個電子而形成陽離子，Cl得到這個電子形成陰離子，并且相互吸引。

問題3：隨著原子的靠近，它們之間只存在吸引力嗎？在什么位置形成穩定的化合物？

學生討論：陰、陽離子也存在彼此之間電子與電子、質子與質子的排斥力，當吸引力與排斥力平衡時，形成化合物。

問題4：NaCl形成過程中能量與離子間距離關系圖如圖3所示[8]，表示了隨著Na+和Cl-間距離大小變化過程中能量的變化，R0有何意義？

學生：Na+和cl-間距離為R0時表示體系能量最低，靜電吸引力等于靜電排斥力，形成穩定的化合物，R。為Na+和cl-的核間距。

【小結】：像氯化鈉這樣帶相反電荷離子（陰、陽離子）之間的相互作用稱為離子鍵。

教師：那Na+和Cl-又是怎么形成NaCl固體的呢？你能簡單描述嗎？

學生認為形成一個一個的NaCl結合體堆積在一起。教師引導帶電粒子應該如何排列，以“帶電”的乒乓球為例進行堆積，再結合多媒體幫助學生建立NaCl堆積模型，如圖4所示。

問題5：請模仿NaCl的形成過程，描述HCl的形成過程，形成陰、陽離子了嗎？

學生討論：根據H原子和Cl原子的原子結構特點，可知原子核對電子的吸引力較強，它們都不易失去電子，而是都想得到電子，所以當它們靠近碰撞時，不會有電子的得失，只有原子的質子與另一原子的電子存在相互靜電引力，當靠近到一定距離時，兩原子的電子與電子、質子與質子間的斥力增大，當引力與斥力達到平衡時，能量最低，形成穩定的HCl分子。故HCl中沒有陰、陽離子。

【小結】H原子和Cl原子之間不會有電子的得失，它們通過共用電子而達到穩定結構，形成HCl分子。這種原子間通過共用電子對形成的相互作用叫做共價鍵。

我們把這種相鄰原子間強烈的相互作用稱為化學鍵，分為離子鍵、共價鍵等。

（2）認識化學鍵的本質，建立化學鍵的認識模型

問題6：討論離子鍵和共價鍵的本質是什么？它們之間是什么關系？

學生討論：根據離子鍵和共價鍵的形成過程，不管是陰、陽離子還是原子共用電子都是由于靜電作用而形成作用力，故化學鍵的本質是成鍵原子間的靜電作用。由于原子吸引電子的能力不同，故共用電子在成鍵原子間的偏移程度不同。活潑金屬元素與活潑非金屬元素原子易發生電子的得失，故形成離子鍵;而非金屬元素與非金屬元素原子都不易失電子，都想得電子，故形成共價鍵。

師生共同討論：離子鍵與共價鍵之間并沒有嚴格的界限，就像金屬元素與非金屬元素沒有嚴格的界限一樣，離子鍵與共價鍵都涉及電子對的共用[9]。成鍵原子得失電子的能力（金屬性與非金屬性強弱差異）決定了共用電子的偏移程度，純粹的離子鍵是共用電子的極端偏移（得失）形成的，可以看做共用電子從一個成鍵原子完全轉移到另一個成鍵原子上。共價鍵則是共用電子未發生極端偏移而形成的，根據共用電子偏移程度可將共價鍵分為非極性共價鍵和極性共價鍵，非極性共價鍵是由于共用電子被平均共用而形成的，極性共價鍵則是共用電子發生偏移而形成的。成鍵電子對偏移程度越大則離子性越強，反之則共價性越強，大多數化合物中的鍵介于兩者之間。隨著成鍵原子得失電子能力相差從小到大變化，化學鍵依次為非極性鍵→極性鍵→離子鍵。化學鍵認識模型如圖5所示。

問題7：請同學們依據化學鍵認識模型討論怎樣判斷化學鍵類型？

學生：由活潑的金屬元素與活潑的非金屬元素形成的化合物含離子鍵，如NaCl、MgBr2等。而非金屬元素與非金屬元素或不活潑的金屬元素與非金屬元素原子間易形成共價鍵，如HCl、H2O等。同種原子則形成非極性共價鍵，如H2、N2等。

教師：回答很好！我們對化合物的認識又多了一個角度，即從化學鍵的角度認識化合物，我們把含離子鍵的化合物稱作離子化合物，只含共價鍵的化合物稱作共價化合物。

任務3：符號表示化學鍵及其形成過程

我們如何用化學符號表示不同類型的化學鍵及物質的形成過程呢？

資料1：電子式：為方便起見，我們在元素符號周圍用“×”或“·”來表示原子的最外層電子（價電子），這種式子叫做電子式。如H·，·Mg·等。請結合課本用電子式表示下列物質的形成過程：NaCl、K20、N2、H20、CO2等。

學生板演，互評。

任務4：宏微結合解決問題

（1）我們知道，常壓下，冰（H2O）在O℃融化，水在1OO℃沸騰，這是為什么？而在2000℃以上分解為H2和02，這又是什么原因呢？

①對比與比較：融化、沸騰屬于什么變化？分解呢？

②推斷：為什么分解溫度與沸騰溫度相差如此之大？是什么決定的？

③得出結論：你認為該如何解釋這種決定因素呢？

3個問題層層遞進，考查與評價學生對知識的理解與應用能力。“對比與比較”從宏觀分析變化過程的本質即物理變化和化學變化;“推斷”則從微觀角度，推理得出是微觀粒子間的作用力大小決定的。冰融化、水沸騰是水分子與水分子間距增大，破壞的是水分子之間的作用力，而水分解破壞的是水分子內氧原子和氫原子之間的共價鍵，可見兩者之間作用力相差很大，前者很微弱。“得出結論”則要找出作用力之間的差異，即本質區別。我們把分子與分子之間的作用力叫做分子間作用力，與化學鍵是不同的作用力，分子間作用力較小，只影響物質的物理性質。

（2）問題8：工業冶煉鈉、鎂、鋁三種金屬的原料選擇有何不同？結合資料2分析為什么？

學生：冶煉鈉和鎂的原料是氯化物，而冶煉鋁的原料是氧化物，因為氯化物的熔點低，節省能源，成本低。

學生：熔融狀態能夠導電的化合物才可用于電解冶煉金屬，根據化合物的熔點推斷化合物的類型，從鈉、鎂、鋁的氧化物和氯化物的熔點可知AICl3是共價化合物，熔融狀態不導電，所以只能選擇Al203作為原料。

教師：可見，物質的結構決定性質及應用，物質所含化學鍵的類型決定著物質的性質及應用。

（3）問題9：初中我們就知道化學反應是原子的重新組合，那么通過本節課的學習，你覺得化學反應的本質是什么呢？舉例說明。

學生討論：化學反應的本質就是反應物中化學鍵發生斷裂，形成生成物中新的化學鍵，即舊鍵斷裂新鍵形成。如H2和Cl2生成HCl，H-H鍵和Cl-Cl發生斷裂，形成H-Cl鍵。

【小結】化學鍵是原子結合構成物質的作用力，其本質是原子間通過共用電子形成的靜電作用，由于成鍵原子的金屬性和非金屬性（得失電子的能力）不同，從而使成鍵原子間共用電子對發生偏移，根據偏移的程度，化學鍵可分為離子鍵和共價鍵，共價鍵又分為極性鍵和非極性鍵（參照化學鍵認識模型）。化學鍵的斷裂與形成是化學反應的本質，決定化學反應發生的難易程度，決定了化學反應發生的條件。所以物質所含化學鍵的類型決定了物質的性質和用途，即結構決定性質，性質決定用途。

三、總結

化學鍵的知識內容對于發展學生“宏觀辨識與微觀探析”核心素養非常切合，具有獨特的價值。化學鍵單元教學為2課時，學生在問題引領下，積極參與學習活動。學生通過完成前述4項任務，從宏觀-微觀-宏微結合的三個層次深入認識了化學鍵的本質、分類及物質的性質、應用，建立了化學鍵認識模型，深刻認識了化學鍵對物質性質的決定作用。同時，學生在探究知識的過程巾發展了宏觀辨識與微觀探析方面的化學核心素養。

參考文獻

[1] 中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：3-5

[2]顧建辛.關于化學核心素養培育的微觀思考——“宏觀辨識與微觀探析”素養培育中的目標與行為分析[J].化學教學，2019（1）：3-7+37

[3] 宋心琦主編.普通高中課程標準實驗教科書化學2必修[M].北京：人民教育出版社，2007：19-23

[4]馬欣怡，沈甸.從靜電作用探討化學鍵的本質及其教學實踐[J].化學教育（中英文），2019，40（5）：37-39

[5]孫翠萍.姜箐.基于化學三重表征的教學設計——以“化學鍵與化學反應”為例[J].化學教與學，2018（1）：64-65+24

[6] 曾應超.“素養為本”的化學教學設計研究——以必修模塊“化學鍵”的教學設計為例[J].化學教學，2018（4）：36-39

[7]杭偉華.“觀念建構”視角下的“化學鍵”教學設計[J].化學教學，2016（12）：45-47

[8] 王新文，龔穎潮.對化學鍵教學基于文獻審視的實踐[J].中學化學教學參考，2018（7）：20-23

[9] 菲利普（Phillips，J.S.）等.科學發現者.化學概念與應用.中冊[M].王祖浩等譯.杭州：浙江教育出版社，2008：323