余小耿

（漳浦第一中學(xué)，福建 漳浦 363200）

高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是高中學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的重要組成部分，是學(xué)生必備的科學(xué)素養(yǎng)，是學(xué)生綜合素質(zhì)的具體體現(xiàn)，反映了社會主義核心價值觀下化學(xué)學(xué)科育人的基本要求，全面展現(xiàn)了化學(xué)課程學(xué)習(xí)對學(xué)生未來發(fā)展的重要價值。[1]高中生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的落腳點在哪兒？教學(xué)實際中，化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的五個維度在不同的模塊內(nèi)容、不同的教學(xué)環(huán)節(jié)中如何體現(xiàn)，如何落實？“證據(jù)推理與模型認知”這一學(xué)科核心素養(yǎng)的維度在《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》這一模塊中如何落實，如何構(gòu)建模型體系，如何讓學(xué)生體驗?zāi)M世界的神奇呢？

一、構(gòu)建模型體系的必要性

化學(xué)是在原子、分子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、轉(zhuǎn)化及其應(yīng)用的一門基礎(chǔ)學(xué)科，其特征是從微觀層次認識物質(zhì)，以符號形式描述物質(zhì)，在不同層面創(chuàng)造物質(zhì)。[2]《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》模塊從原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)、微粒間作用力與物質(zhì)性質(zhì)、分子間作用力與物質(zhì)性質(zhì)等幾個專題探索物質(zhì)構(gòu)成的奧秘，研究不同類型物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系，理解物質(zhì)變化的本質(zhì)，預(yù)測物質(zhì)性質(zhì)，設(shè)計新分子、合成新材料、創(chuàng)造新物質(zhì)。但是這部分知識內(nèi)容豐富，理論知識邏輯嚴謹，概念多，比較抽象，對空間想象力等能力要求較高，學(xué)生覺得枯燥和晦澀難懂，普遍感覺難度較大，導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣不高，學(xué)習(xí)效果不理想。一些微觀的過程，比如共價鍵的形成是一個肉眼無法可視的世界，只能通過想象來感悟；比如晶體結(jié)構(gòu)中各種晶粒的堆積和離子之間的相對位置，即使教科書上有插圖，學(xué)生仍然一頭霧水。所以需要以物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及其變化的事實作為構(gòu)建模型的基礎(chǔ)，研究構(gòu)建認識物質(zhì)的模型體系，通過構(gòu)建實物模型（具體模型）、理論模型（抽象思維模型）等多種模型來認識和理解物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，體驗微觀模擬世界的神奇，掌握《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》模塊學(xué)習(xí)上的重點和突破學(xué)習(xí)上的難點。

二、構(gòu)建物質(zhì)結(jié)構(gòu)實物模型，讓學(xué)生能認知、理解、描述物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》模塊中首先重點學(xué)習(xí)了解分子、原子這一類型的微觀世界，這些知識點在之后的學(xué)習(xí)中會經(jīng)常地、反復(fù)地被運用到，所以在一開始的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)中就必須要對這些基礎(chǔ)知識點熟悉掌握。但是，因為分子和原子這些物質(zhì)是非常細微的，用肉眼不可能觀察到，但卻是確確實實存在的，所以這里就不能再像小學(xué)、初中那樣用觀察的手法來進行分析探索，或只是停留在觀察書上的模型圖或者教師畫模型圖，而是應(yīng)該讓學(xué)生主動構(gòu)建模型想象，自主形成微觀認識。比如在雜化軌道理論的教學(xué)中，為了形象的體會SP3雜化軌道形狀和空間伸展方式，教師可以在教學(xué)設(shè)計中讓學(xué)生構(gòu)建模型想象，動手畫模型，教導(dǎo)學(xué)生依據(jù)雜化理論等采用橡皮泥、球棍模型或比例模型來搭建可能存在的實物模型，然后再依據(jù)雜化軌道間的夾角這一知識點來理解“甲烷是正四面體結(jié)構(gòu)”這一結(jié)論。

晶體結(jié)構(gòu)的教與學(xué)是困惑高中教師和學(xué)生的一大難題，而通過構(gòu)建晶體結(jié)構(gòu)模型，可以讓學(xué)生深刻理解晶體的結(jié)構(gòu)和晶粒之間的相對位置。教師可以采用購買的晶體實物模型進行教學(xué)，讓每個學(xué)生動手搭建各種晶體模型；這些模型能夠直觀清晰地展示晶粒子之間的相對位置，很好地理解金剛石的正四面體的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，理解NaCl型和CsCl型晶體的體心、面心、棱邊等，幫助學(xué)生構(gòu)建空間想象能力，理解并掌握晶體結(jié)構(gòu)。也可以用多媒體演示結(jié)構(gòu)模型或采用模型軟件，讓學(xué)生全方位地觀察晶體結(jié)構(gòu)模型中微粒的構(gòu)成特點，增強學(xué)生分析問題的直觀性，建立比較完整的空間立體比例模型，培養(yǎng)學(xué)生的空間想象能力和抽象思維能力。教師還可以提供或讓學(xué)生自己制作泡沫塑料球、棉花條、扭扭棒，根據(jù)書上提供的各種晶體結(jié)構(gòu)，用502膠水或AB膠動手黏合制作各種晶胞模型。比如在動手制作金屬晶體過程中，讓學(xué)生體會非密置層、密置層的二維堆積過程；了解六方堆積、面心立方堆積、體心立方堆積的區(qū)別，對難以用語言描述的三維空間ABABAB的六方密堆積方式和ABCABCABC的立方密堆積方式有了更深刻的體會。在實物模型的幫助下，學(xué)生很好地理解小球的相切情況，突破了晶胞結(jié)構(gòu)中粒子間的距離與晶胞棱長的關(guān)系，高考中有關(guān)晶胞的綜合計算也就不是難點了。

三、構(gòu)建系統(tǒng)模型、關(guān)系模型等理論模型（抽象思維模型），體驗微觀世界的神奇

化學(xué)家以實驗事實為基礎(chǔ)，借助想象和相關(guān)理論在分子、原子水平上建立了一整套關(guān)于物質(zhì)及其變化規(guī)律性的化學(xué)微觀認識體系?；瘜W(xué)微觀認識的表征形態(tài)及其解釋機制本質(zhì)上是一種模型構(gòu)建。分子、原子是具有抽象性和不可觀測性的，因此需要根據(jù)有限的實驗事實對原子、分子構(gòu)建模型想象，通過推論思維和想象思維對原子、分子進行猜測性的描述?？茖W(xué)家對原子結(jié)構(gòu)模型的探索歷史就是一種抽象思維模型的提出、修正和完善的過程。因此，在不影響科學(xué)性的前提下，構(gòu)建合理的微觀模型體系，可以增加微觀世界的可視性，增強學(xué)生對微觀世界的體驗，相當于提供學(xué)生一雙觀看微觀世界的眼睛，使微觀世界可視化、抽象過程形象化，讓學(xué)生深切體會到模擬微觀世界的神奇與豐富多彩。

科學(xué)家抓住了元素研究的主要因素構(gòu)建了元素原子結(jié)構(gòu)——元素在周期表中的位置——元素性質(zhì)之間關(guān)系的系統(tǒng)模型，反映不同元素之間內(nèi)在的聯(lián)系，這就是元素周期律的本質(zhì)。探索原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)之間的關(guān)系需要建構(gòu)原子結(jié)構(gòu)模型，需要探究不同元素原子結(jié)構(gòu)相關(guān)變量之間即核電荷數(shù)、原子半徑、電子層數(shù)、最外層電子數(shù)、化合價等隨原子序數(shù)變量的改變而變化的趨勢的關(guān)系模型，即認識元素周期律的性質(zhì)。通過構(gòu)建虛擬模型對化學(xué)元素周期表中每種元素進行的認識，讓學(xué)生建立基于“位—構(gòu)—性”關(guān)系的系統(tǒng)認知模型，把視野從書中拓展到模擬體系的構(gòu)建當中去。引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)“位—構(gòu)—性”的系統(tǒng)認知模型是元素周期律的教學(xué)核心，建構(gòu)認知模型可以促進學(xué)生對元素及其化合物的階段性認識發(fā)展，應(yīng)用認知模型可以分析和解決有關(guān)元素及其化合物的實際問題。因此，《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》模塊的教學(xué)既是高中化學(xué)學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容，也是培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理與模型認知等化學(xué)核心素養(yǎng)的主要載體。