基于證據(jù)推理與模型探究下的高中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)

俞小偉

摘要：隨著2020年9月福建啟用新版高中教材，不管是已經(jīng)在使用新教材的高一，還是仍在使用老版教材的高二、高三，都在著力落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng)教學(xué)。本文對(duì)證據(jù)推理與模型探究如何融入分子間作用力與物質(zhì)性質(zhì)的課堂教學(xué)展開(kāi)探究，培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：高中化學(xué);證據(jù)推理與模型探究;范德華力;氫鍵

奧蘇貝爾認(rèn)為，認(rèn)知結(jié)構(gòu)同化是意義學(xué)習(xí)的心理機(jī)制。其核心是學(xué)生能否習(xí)得新信息，主要取決于他們認(rèn)知結(jié)構(gòu)中已有的有關(guān)概念;意義學(xué)習(xí)是通過(guò)新信息與學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)中已有的有關(guān)概念的相互作用才得以發(fā)生的。證據(jù)推理就是要拿出實(shí)際有效的證據(jù)，在教師的引導(dǎo)下，發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)主體的作用，獨(dú)立思考與小組討論相結(jié)合，從已有知識(shí)出發(fā)，推導(dǎo)出證據(jù)所揭示的新的知識(shí)。分子間作用力與物質(zhì)性質(zhì)這一節(jié)的內(nèi)容，特別適合這種層層遞進(jìn)式的證據(jù)推理。

一、教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）教學(xué)目標(biāo)

1.從HCl和NaCl的熔沸點(diǎn)差異，明確兩者中微粒之間存在作用力的區(qū)別，物態(tài)變化時(shí)分別克服何種作用力，[2]認(rèn)識(shí)化學(xué)鍵與分子間作用力的區(qū)別。

2.知道分子間作用力的廣泛存在及其對(duì)物質(zhì)性質(zhì)（如熔點(diǎn)、沸點(diǎn)）的影響。

3.通過(guò)討論、分析、總結(jié)熔沸點(diǎn)數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)推理能力。

4.通過(guò)坐標(biāo)圖的展示，提高學(xué)生的識(shí)圖能力，引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)出在HF、H2O、NH3中存在一種特殊的分子間作用力——?dú)滏I，知道氫鍵的形成條件、特點(diǎn)、類(lèi)型。

5.借助金剛石結(jié)構(gòu)模型類(lèi)比推導(dǎo)冰中氫鍵的構(gòu)成情況

（二）教學(xué)設(shè)計(jì)

1.從化學(xué)鍵到分子間作用力

展示HCl和NaCl的熔沸點(diǎn)差異以及化學(xué)鍵鍵能大小，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)比較，得出HCl和NaCl中決定熔沸點(diǎn)的是兩種不同的作用力，引出分子間作用力這一全新概念。

[設(shè)計(jì)意圖：密切聯(lián)系本章2、3節(jié)化學(xué)鍵的內(nèi)容，引出分子間作用力。通過(guò)對(duì)比熔沸點(diǎn)差異，得出分子間作用力比化學(xué)鍵弱得多的結(jié)論。]

2.從分子間作用力到范德華力

展示最早研究分子間作用力的荷蘭科學(xué)家范德華的研究成果，對(duì)范德華力先做一個(gè)定性描述，讓學(xué)生進(jìn)一步強(qiáng)化“分子間作用力比化學(xué)鍵弱得多”這一結(jié)論。

[設(shè)計(jì)意圖：訓(xùn)練學(xué)生從“已知”中抓取關(guān)鍵信息的能力，為討論、分析范德華力的相對(duì)大小做好鋪墊。]

3.從熔沸點(diǎn)高低到范德華力大小

①展示收集到的物質(zhì)熔沸點(diǎn)數(shù)據(jù)，分析特點(diǎn)，精簡(jiǎn)數(shù)據(jù)。

②通過(guò)比較鹵素單子沸點(diǎn)的差異，得出“組成和結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)，隨著相對(duì)分子質(zhì)量的增加，范德華力逐漸增大”的結(jié)論。

③通過(guò)比較SiH4與H2S沸點(diǎn)的差異，得出“分子的極性越大，范德華力越大”的結(jié)論。

[設(shè)計(jì)意圖：訓(xùn)練學(xué)生抓取數(shù)據(jù)不同點(diǎn)的能力。如果有學(xué)生能通過(guò)其他數(shù)據(jù)分析出相同結(jié)論，予以鼓勵(lì);如果分析出其他結(jié)論，則與學(xué)生展開(kāi)討論，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。]

4.從范德華力到氫鍵

展示簡(jiǎn)單氫化物沸點(diǎn)變化圖，引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)出在HF、H2O、NH3中存在一種特殊的分子間作用力——?dú)滏I，知道氫鍵的形成條件、特點(diǎn)、類(lèi)型。

[設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)HF、H2O、NH3沸點(diǎn)比下一周期同族元素氫化物沸點(diǎn)高這一特點(diǎn)，推導(dǎo)出其中存在著有別于范德華力的獨(dú)特的分子間作用力。根據(jù)除氫以外元素特點(diǎn)推導(dǎo)出氫鍵的形成條件、特點(diǎn);通過(guò)對(duì)比認(rèn)識(shí)氫鍵的兩種常見(jiàn)類(lèi)型——分子內(nèi)氫鍵和分子間氫鍵。[3]利用層層遞進(jìn)的證據(jù)推導(dǎo)，讓學(xué)生們體會(huì)上一個(gè)問(wèn)題的結(jié)論也可以作為下一個(gè)問(wèn)題的證據(jù)這一思想。]

5.從金剛石到冰

從冰中水分子的中心原子雜化方式推導(dǎo)冰的晶體結(jié)構(gòu)。有條件的學(xué)?？梢越M織學(xué)生拼接冰晶體模型[4]，但大多數(shù)學(xué)校實(shí)驗(yàn)室中有的是金剛石晶體模型。仔細(xì)觀(guān)察，可以發(fā)現(xiàn)，如果只取中心原子來(lái)比較，兩者及其相似。那么，我們?yōu)槭裁床荒苡靡恍┏Ｒ?jiàn)的模型來(lái)推導(dǎo)新的模型呢？這既是證據(jù)推導(dǎo)，也是模型認(rèn)知。

[設(shè)計(jì)意圖：雖然現(xiàn)在都在提倡現(xiàn)代化、信息化，但不意味著老教具就失去了用處，如何讓老教具在新教學(xué)思想下發(fā)光發(fā)熱，個(gè)人覺(jué)得是一個(gè)可以深入研究的課題。]

二、教學(xué)思考

（一）證據(jù)的選擇

在進(jìn)行證據(jù)推理的時(shí)候，首先是用于推導(dǎo)結(jié)論的證據(jù)本身的選擇問(wèn)題。選取的證據(jù)應(yīng)該是容易獲取的，不產(chǎn)生爭(zhēng)議的。比如在縮減熔沸點(diǎn)比較為沸點(diǎn)比較時(shí)，如果我們選取甲烷和甲硅烷進(jìn)行比較，就會(huì)得出一個(gè)相反的結(jié)論。

（二）學(xué)生的引導(dǎo)

課堂講究“以學(xué)生為主體”，是為了充分發(fā)揮學(xué)生的主觀(guān)能動(dòng)性，變“要我學(xué)”為“我要學(xué)”，同時(shí)學(xué)生因?yàn)橹鲃?dòng)參與課堂進(jìn)程注意力更為集中，提高了課堂效率。但更前的一句話(huà)是“以教師為主導(dǎo)”，意味著教師應(yīng)該牢牢掌握住課堂的節(jié)奏走向。在證據(jù)推理過(guò)程中，教師的主導(dǎo)作用就更為重要了，若由著學(xué)生信馬由韁發(fā)散思維，推理過(guò)程很容易變成兩個(gè)極端：①耗費(fèi)了大量時(shí)間，得出的結(jié)論似是而非，需要花費(fèi)大量時(shí)間收束思維，統(tǒng)一思想，最后變成由老師推導(dǎo)出結(jié)論，學(xué)生沒(méi)有真正得到鍛煉;②學(xué)生對(duì)大量數(shù)據(jù)束手無(wú)策，等著老師幫他們得出結(jié)論。

（三）模型的利用

在以往的教學(xué)中，無(wú)機(jī)物模型應(yīng)用于無(wú)機(jī)物，有機(jī)物模型用于有機(jī)物，可以說(shuō)是涇渭分明的?？呻S著《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》重要性的提升，我們經(jīng)常會(huì)遇到模型不夠用甚至沒(méi)得用的境地，這時(shí)候，很多老師選擇上網(wǎng)找圖片?？蓚€(gè)人感覺(jué)，化用有機(jī)模型，利用分子組裝的方式展現(xiàn)無(wú)機(jī)物或者各種晶體的結(jié)構(gòu)，既能形象直觀(guān)的展現(xiàn)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，又能節(jié)約教學(xué)成本，有條件的情況下還能增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]王磊主編. 普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)·物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)（ 選修 3） [M]. 濟(jì)南： 山東科學(xué)技術(shù)出版社，2004： 28 ～ 35.

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[4]蘇華虹，張道年，葉承軍，吳健華.利用手持技術(shù)和分子模型發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)——以“分子間作用力”教學(xué)為例[J].化學(xué)教學(xué). 2019，（11） ： 49-56.