構建化學模型體系 體驗微觀模擬世界
——以《物質結構與性質》教學為例

孫金鳳

（吉林省通化縣第七中學 吉林通化 134100）

隨著新課改教育改革的不斷推進，傳統的高中化學課堂教學方式已經不符合學生的學習需求，無法做到高效教學。因此，創新化學課堂教學模式尤為重要，教師應結合當前的教育現狀，根據學生的學習需求與訴求，優化傳統的課堂教學方式。搭建化學模型體系是優化課堂教學方式的一種，通過模型體系的搭建可以幫助學生更好地理解化學知識，帶領學生體驗微觀模擬世界的魅力。因此，本文的主要內容是討論與研究構建化學模型體系體驗微觀模擬世界的途徑。

一、《物質結構與性質》的相關概述

《物質結構與性質》是高中化學必修二的教學課程，其主要的課堂教學內容是基于原子、分子水平去了解與掌握物質構成的規律，其課程的整體教學脈絡以微粒之間的不同作用力為主，著重分析與研究不同類型物質的性質與結構特點，進而逐步完善學生對于物質結構的認識，進一步在物質結構與性質的教學中培養學生的邏輯分析以及問題解決能力。與此同時，在《物質結構與性質》教材內容的不斷修訂與完善之后，進一步整合教學主題，逐步形成統攝性認識，擴展學生對研究物質結構的尺度，更為注重物質結構模型的形成與變化過程，同時更為關注物質結構模型的研究與學習方法。其教材內容整合修訂后，對于粒子之間的相互作用、教學尺度以及物質結構的方法與意義等基礎理論知識都得了進一步的強化。進一步而言，現行的《物質結構與性質》教材與2017年的教材版本相比，其不僅總結了以往多年的課堂教學實際情況，還容易被高中化學教師所接納。一般而言，高中化學教師對于《物質結構與性質》這一模塊的教學知識架構較為了解與熟悉，在以往多年的課堂教學中積累與總結了大量教學經驗，可以很好地展開課堂教學。基于高中學生而言，《物質結構與性質》屬于自主選擇性學習的教材內容，相比于其他選修教材內容，高中學生更愿意選擇此教材內容進行課堂學習。但受傳統應試教育的影響，《物質結構與性質》教材知識的課堂教學多以教師講授、學生被動式學習為主，其知識也多以識記性教學內容較多，相反對于邏輯分析、解決問題、方法觀念、思維拓展以及動手實踐等問題的教學滲透較少，實際上此種課堂教學的情況有失偏頗，并不利于高效化教學的發展。除此之外，根據查閱文獻的情況發現，我國對于相關《物質結構與性質》教學教材的編寫、內容搭建等的相關研究主要集中在三個方面，其一便是對教材內容知識結構的構建與選擇，其二是對《物質結構與性質》教學實施具體情況的深入調查研究，其三是對相關教學重點與難點知識模塊的進一步解讀。由此可見，對于高中化學《物質結構與性質》的教學主體以及課堂教學方法的深入研究較少，但對于物質結構思維進行教學科目的思維認知研究相對較多。因此，各大教研人員以及一線高中化學教師，應從化學課堂教學主體與課堂教學方法上對《物質結構與性質》的教學展開深入的研究與分析，不斷強化教學實踐的指導與思考，有針對性地提升化學課堂教學的效率與質量。所以本文主要對課堂教學方法進行深入的剖析與研究，創新課堂教學方法，培養學生學會構建化學模型體系。

二、構建化學模型體系體驗微觀模擬世界的重要性

高中階段的化學課程核心素養是學生全面發展與培養的重要階段。我們知道核心素養是學生不可缺少的人文素養，是基于立德樹人教育理念的素質教育基礎內容，其也是促進學生全面發展的核心內容，其體現了社會主義的社會價值觀。核心素養的教育內容指出了化學課程學習重點與教師培養學生的主要方向。高中階段的化學是一門在分子和原子水平上研究物質的組成、結構、特性、相互之間作用和應用的基礎課程，初中階段的化學知識體系有所不同，高中階段的化學知識主要以微觀物質的認知與應用為主。《物質材料結構與性質》學習知識板塊主要講述了原子結構、元素性質、元素特性、分子間作用力等多個方面的化學基礎知識，并在此基礎上分析物質結構與性質的聯系，研究元素變化的根本，預測和分析化學物質的性質，設計新的分子結構，生成新材料，創造新的化學物質。[1]但是，這些專業知識形式多樣，基礎知識的邏輯性較強，需要學生具有較好的化學思維以及化學知識探索精神。因此，在高中化學學習的時候很多學生會感覺枯燥，大多數學生會覺得相關知識的學習難度系數比較高，以至于學生的學習主動性不高，學習效果也相對較差。不僅如此，受傳統應試教育的影響，化學課堂的學習多以教師在講臺講授知識點為主，課堂學習氛圍較為沉悶，這也導致學生的學習能動性下降，不利于教師提升課堂教學的質量與水平。除此之外，針對部分微觀過程的學習，比如共價鍵的形成，是人的肉眼所無法觀察到的，學生只能憑想象去感受與理解；又比如分子結構中各種晶體的堆積以及正離子的相對位置，雖然化學課本中會有部分插圖和圖片，但實際上學生在學習的過程中還是一頭霧水。因此，必須以化學物質的組成、結構和變化的客觀事實作為建立模型的依據，科學研究構建化學物質的模型管理體系。在以往課堂教學中構建理論知識模型的基礎上，動手搭建實物模型幫助學生去了解和掌握物質的結構和性質，感受微觀模擬世界的奇妙，掌握相關知識點學習模塊的學習核心，提高難點的學習效果。[2]總而言之，以往的高中化學課堂授課方式已經不能滿足學生的學習需求，學生不能從單一化的教學方式中開展高效的化學知識學習，通過構建化學模型體系，不僅可以引領學生體驗微觀模型世界的奇妙，還可以幫助學生將抽象化的知識內容變得具象化，從而幫助學生更好地理解相關知識，以此使化學課堂教學變得有趣味性，進而培養學生的自主學習能力，幫助學生提升化學成績。因此，構建化學模型體系教學方式的應用是非常有必要的。

三、搭建化學模型體系體驗微觀模擬世界的相關措施分析

（一）構建化學物質的結構實物模型

《物質結構與性質》控制板塊中最先關鍵學習了解的是分子、原子等這一種類的微觀世界，其屬于化學學習的基礎知識點，所有的公式以及化學實驗在后續的課程學習中會被反復利用，因此在學習這些基礎知識的時候就務必要重視基礎知識的學習。而由于分子和原子這種化學物質是十分微小的，實際上通過肉眼是觀察不到的，但原子與分子是客觀存在的，所以其無法再沿用中小學、中學學段用肉眼或顯微鏡觀察的方法去做化學物質的剖析探尋，或僅僅滯留在觀察書上的模型圖或是教師畫模型圖，因此對于《物質結構與性質》的課堂學習方式應有所轉變，教師應當讓學員積極搭建模型想象，幫助學生通過動手實踐的方式形成對微觀物質的認識。例如化學教師在開展雜化軌道基礎理論的課堂教學時，為了更好地讓學生直觀、形象地感受到SP3雜化軌道形狀以及其空間屈伸方法，化學教師可以在教案設計中讓學生自主搭建模型想象，用繪畫的方式畫模型，教育學生根據雜化理論等選用彩泥、球棍模型或占比模型來構建微觀物質的實體模型，隨后再根據雜化軌道間的夾角這一知識點來了解“甲烷是正四面體構造”這一結果。

對于《物質結構與性質》中晶體構造這一知識點的教學，是學生在學習高中化學時的一大難點。不僅如此，教師也很難通過傳統的課堂教學方式幫助學生更好地理解晶體構造涉及的知識，所以搭建晶體構造模型的教學方式能夠幫助學生真正領會晶體的結構特征和晶體兩者之間的相對位置。化學教師可以應用購置的晶體實體模型開展課堂教學，組織班級內部的所有學生動手去構建不同類型的晶體模型，這種模型可以形象化地展現晶體中間的相對位置，幫助學生更好地了解金剛石的正四面體的空間網狀內部結構，了解NaCI 型以及CsCI 型晶體的體心、面心、棱邊等，以此協助學生提升空間想象能力與動手操作能力，了解并把握晶體構造。[3]與此同時，教師還可通過多媒體教具展示構造模型或選用相應的模型軟件，讓學生多方位地觀察晶體構造模型中顆粒的組成特性，啟發學生的深層次思考，引導學生學會對此類問題進行有序分析，并通過創建較為詳細的空間立體式占比模型，塑造學生聯想能力。除此之外，教師能夠給予或讓學生自己制作塑料泡沫球、棉絮條、扭扭棒，讓其依據課本給予的各種各樣晶體構造，用502 強力膠或AB 膠動手能力黏合制作各種各樣晶胞模型。例如在動手制作金屬材料晶體全過程中，讓學生感受非密置層、密置層的二維堆積全過程，以此掌握六方堆積、面心立方堆積、體心立方堆積之間的差別與共性，對無法用語言表達敘述的三維空間ABABAB 的六方密堆積方法和ABCABCABC 的立方米密堆積方法讓學生能夠得到更難忘的感受。[4]在實體模型的合理運用下，學生可以直觀地了解圓球的相切狀況，提升了晶胞構造中顆粒間的間距與晶胞棱長的關聯，高考考試中相關晶胞整體測算的考核難度也會有效降低。

（二）搭建系統模型、關系模型等理論模型

科學家基于實驗的客觀事實，依靠想象力和相關的基礎理論，在分子結構和分子水平上建立了一套物質及其變化規律性的化學微觀認識體系，其本質上是一個實體模型的構建。[5]分子結構和分子是豐富且不可觀測的，所以應該依據現有的實驗條件，建立分子和分子結構的立體模型想象，并根據邏輯推理和想象思維對分子和分子結構進行猜想。在探索原子結構物理模型的歷史時期，就是對抽象思維能力物理模型的明確提出、調整和完善的全過程。因此，在不損害理性的前提下，構建科學合理的宏觀實體模型管理系統，可以提高對神秘宇宙的認知，提高學生對神秘宇宙的感受，相當于給學生一雙眼睛看神秘宇宙，將微觀世界數據可視化和抽象化的全過程具體化，讓學生感受神秘宇宙模擬仿真的奇妙與多樣。

化學家掌握了元素科學研究的首要元素，逐步搭建了元素的原子結構、元素在周期表中的位置、元素特征之間的相互關系，體現了各個物質元素之間的聯系的系統結構模型。分析原子結構與元素特性兩者之間的關系，應搭建原子結構模型，研究不同元素原子變量之間即核電荷數、原子半徑、電子層數、最外層電子數、化合價等隨原子序數變量的改變而變化的趨勢的關系模型，這也是所謂的元素周期律的本質。[6]根據構建的虛擬實體模型實現對化學分子周期表各物質元素的理解，讓學生構建基于“位、結構、性質”關系的系統結構模型，以此種方式啟發學生的思維，幫助學生打開視野。帶領學生搭建“位、結構、性質”的系統認知模型是元素周期律的課堂教學重點。創建認知能力實體模型可以幫助學生分階段了解元素和化學物質的發展趨勢，利用認知能力實體模型可以研究和處理與元素和化學物質相關的具體問題。總而言之，高中階段化學知識的學習重點與難點是物質結構與性質，只有學生掌握了化學基礎知識點，才能幫助學生順利地開展后續知識的學習，而此階段知識內容的教學也是教師鍛煉學生邏輯思維與搭建空間模型的依據內容。

（三）強化小組合作學習，凸顯教學主體

高中化學教師在實際課堂教學的時候，應正確認知課堂教學主體，應該將自身的教學屬性放在學生學習的指導者與幫助者。所以，教師在開展構建化學模型體系的教學時，應將教學的主體歸還給學生。其具體課堂教學方法，可以采用小組合作學習的方式，教師在課前備課的環節中應精心設計課堂實踐的主題與內容，使其在構建化學模型體系時能夠緊緊圍繞課本知識的教學難點與重點，進而根據學生的學習情況與性格特點，劃分學習小組，讓學生以小組合作的方式進行相關的實踐或實驗，進而有效培養學生的團隊協作能力與溝通表達能力，有效落實素質教育目標，促進學生的全面發展。教師在學生動手操作的同時，還應維持好班級內部的秩序，對于遇到困難的學生應主要以引導為主，培養學生自主學習與解決問題的能力，以此提升化學課堂的高效性。在學生完成相關的實踐內容之后，教師還要給予學生的一定的肯定與評價，在鼓勵學生的同時，引導學生對課堂學習產生反思，使其能夠不斷完善自身的學習態度與方法，進而使相應的化學知識得以融會貫通與升華，凸顯出課堂教學的主體。

結語

綜上所述，傳統的高中化學課堂教學方式并不適用于現代教學，所以教師應積極優化課堂教學方式，調動學生的學習積極性。通過構建化學微觀模型體系可以提升化學課堂的趣味性，以有趣的微觀世界提升學生的學習興趣，幫助學生更好地理解與掌握抽象的化學知識，進而有效推動教育教學的發展，促進課堂教學的改革進程。