浙江 成則豐

宏觀辨識(shí)與微觀探析是化學(xué)學(xué)科認(rèn)識(shí)世界的獨(dú)特方式，反映化學(xué)學(xué)科的本質(zhì)特征，依據(jù)《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》提出的關(guān)于“宏觀辨識(shí)與微觀探析”素養(yǎng)的描述，確定與之相對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)層次及目標(biāo)指向(見圖1)。宏微結(jié)合是化學(xué)學(xué)科最具特征的思維方式，是“宏觀—微觀—符號(hào)”三重表征的基礎(chǔ)與重點(diǎn)，體現(xiàn)了“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定應(yīng)用”的化學(xué)基本思想，在學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中具有重要的作用。

圖1 學(xué)習(xí)層次與學(xué)習(xí)目標(biāo)水平描述

一、問題的提出

在鋁及其化合物的一輪復(fù)習(xí)過程中，教師按教材的課時(shí)編排引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的復(fù)習(xí)，并對(duì)知識(shí)進(jìn)行系統(tǒng)地梳理，但由于元素化合物知識(shí)點(diǎn)本身的繁雜性，加之鋁及其化合物在化學(xué)性質(zhì)上的特殊性，學(xué)生在復(fù)習(xí)過后也存在一些普遍性問題：基礎(chǔ)知識(shí)遺忘率高，對(duì)化學(xué)性質(zhì)的本質(zhì)理解不到位，綜合運(yùn)用知識(shí)的能力不強(qiáng)等。造成這些問題的原因，可能是學(xué)生在平時(shí)學(xué)習(xí)過程中只注重表觀性質(zhì)的記憶，并沒有用宏微結(jié)合的思維方式去分析問題、解決問題。

隨著浙江高考改革的不斷深入，浙江省高考自2020年1月份開始進(jìn)入學(xué)考和選考的分卷模式，在新的模式下，選考試卷對(duì)鋁及其化合物性質(zhì)和用途的考查不再局限于加試題部分，試題中所涉及的分值也逐漸增多，筆者對(duì)分卷模式下涉及考查鋁及其化合物的試題整理見表1。

表1 近四次浙江選考中鋁元素及其化合物考查統(tǒng)計(jì)

筆者通過分析這四次選考試題的考查內(nèi)容發(fā)現(xiàn)，鋁及其化合物的考查覆蓋面廣，涉及化學(xué)性質(zhì)與用途，試題考查角度也偶有創(chuàng)新，如AlCl3與NH3的絡(luò)合反應(yīng)、對(duì)鋁硅酸鹽型分子篩的認(rèn)識(shí)與理解。面對(duì)高考新變化，教師需要在二輪復(fù)習(xí)中有新策略，筆者嘗試從物質(zhì)的原子、分子結(jié)構(gòu)層面對(duì)鋁及其化合物進(jìn)行分析，找出它們在微觀結(jié)構(gòu)上的共性，從結(jié)構(gòu)角度解釋相應(yīng)的化學(xué)性質(zhì)和用途，使學(xué)生加深對(duì)該部分知識(shí)點(diǎn)的理解，提升他們綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。

二、課堂教學(xué)設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)意圖

基于對(duì)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的認(rèn)識(shí)和自身的教學(xué)實(shí)踐，筆者在本節(jié)課中設(shè)置“真題引領(lǐng)→宏觀辨識(shí)→微觀探析→素養(yǎng)提升”四個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)(見圖2)，目的是讓學(xué)生知道現(xiàn)在高考在考些什么(教學(xué)方向)、學(xué)生目前已經(jīng)會(huì)什么(學(xué)習(xí)狀態(tài))、教師該教些什么(教學(xué)內(nèi)容)、通過一堂課的教學(xué)活動(dòng)學(xué)生收獲了什么(目標(biāo)達(dá)成)，教師通過這四個(gè)環(huán)節(jié)的教學(xué)互動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生的思維模式，提高教學(xué)有效性。

圖2 “宏觀辨識(shí)與微觀探析”二輪復(fù)習(xí)模式

1.真題引領(lǐng)，明確復(fù)習(xí)方向

【設(shè)計(jì)意圖】如何根據(jù)題目所給信息進(jìn)行提取、吸收與整合，并書寫陌生情境下的化學(xué)方程式一直是教學(xué)上的難點(diǎn)。本環(huán)節(jié)的教學(xué)從高考真題入手，讓學(xué)生了解當(dāng)下高考考查動(dòng)向，更有針對(duì)性的進(jìn)行二輪復(fù)習(xí)。學(xué)生對(duì)化合反應(yīng)并不陌生，但對(duì)NH3與HCl的反應(yīng)原理卻并不一定完全理解。教師通過描述反應(yīng)過程中微觀結(jié)構(gòu)上電子的流動(dòng)方向闡明反應(yīng)成鍵本質(zhì)，確定該反應(yīng)原理是“有空軌道物質(zhì)+有孤對(duì)電子物質(zhì)=化合物”，引導(dǎo)學(xué)生從分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行類比，得出AlCl3就是有空軌道物質(zhì)，教師在此基礎(chǔ)上，可適當(dāng)拓展酸堿電子對(duì)理論，讓學(xué)生體會(huì)化學(xué)學(xué)科理論與思維的發(fā)展歷程。

2.宏觀辨識(shí)，梳理基礎(chǔ)知識(shí)

【教學(xué)任務(wù)2】教師引導(dǎo)學(xué)生從“物質(zhì)類別—元素化合價(jià)—物質(zhì)的應(yīng)用”三個(gè)維度繪制鋁元素的三維坐標(biāo)圖，梳理常見物質(zhì)間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，并闡述這些物質(zhì)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，對(duì)一些重要化學(xué)反應(yīng)的宏觀現(xiàn)象進(jìn)行描述，教師作出點(diǎn)評(píng)。

圖3 鋁元素的“價(jià)—類—用”三維圖

【設(shè)計(jì)意圖】教師引導(dǎo)學(xué)生建立鋁元素的“價(jià)—類—用”三維圖，對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行查漏補(bǔ)缺，并再一次將知識(shí)結(jié)構(gòu)化和顯性化，啟發(fā)學(xué)生應(yīng)用此模型來復(fù)習(xí)其他元素及其化合物的相關(guān)知識(shí)，達(dá)到“建模”“用?！钡哪康?。教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行描述，有助于學(xué)生認(rèn)識(shí)物質(zhì)的性質(zhì)，掌握化學(xué)變化的機(jī)理，也為后續(xù)從微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行理論解釋打下基礎(chǔ)。

3.微觀探析，樹立宏微意識(shí)

圖4 Al(OH)3與NaOH反應(yīng)機(jī)理

【教學(xué)任務(wù)4】教師引導(dǎo)學(xué)生回顧Al(OH)3膠體的制備方案，組織學(xué)生討論方案的可行性，接著給出相關(guān)原子半徑數(shù)據(jù)，讓學(xué)生估算一個(gè)氫氧化鋁分子直徑的大小，學(xué)生通過估算得知一個(gè)Al(OH)3分子直徑達(dá)不到膠體粒子的范疇，教師再從分子聚集可使分散質(zhì)粒子直徑變大的角度引導(dǎo)學(xué)生分析膠體與沉淀的生成(見圖5)，最后師生討論導(dǎo)致Al(OH)3聚集在一起的作用力。

Al(OH)3的比例模型

Al(OH)3分子模型

Al(OH)3膠體模型

【設(shè)計(jì)意圖】學(xué)生對(duì)Al(OH)3膠體的認(rèn)識(shí)一直很模糊，經(jīng)常與Al(OH)3沉淀混淆在一起，甚至誤認(rèn)為Al(OH)3膠體在凈水的同時(shí)還有殺菌消毒作用。本教學(xué)環(huán)節(jié)教師通過分子模型展示以及數(shù)據(jù)計(jì)算，讓學(xué)生從微觀結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)到Al(OH)3膠體與Al(OH)3沉淀這兩種分散系是不同但又有相互聯(lián)系的，同時(shí)對(duì)Al(OH)3膠體制備方案的選擇和凈水原理的認(rèn)知也起到了教學(xué)輔助的作用，可謂一舉多得。

4.宏微結(jié)合，提升核心素養(yǎng)

【教學(xué)任務(wù)5】師生圍繞2021年1月浙江選考第26題“GaF3熔點(diǎn)比GaCl3熔點(diǎn)高很多的原因”展開討論。教師引導(dǎo)學(xué)生分析題目所給數(shù)據(jù)，并結(jié)合高中課本知識(shí)中工業(yè)制備鋁用的是Al2O3而不是AlCl3進(jìn)行可能原因闡述，對(duì)學(xué)生的回答作出點(diǎn)評(píng)。

【設(shè)計(jì)意圖】Ga和Al同為ⅢA族金屬元素，其金屬性比Al要強(qiáng)，而F的非金屬性比Cl要強(qiáng)，從微觀結(jié)構(gòu)上分析，GaF3所形成的化學(xué)鍵中離子鍵成分比GaCl3的更高，兩者晶體類型不同導(dǎo)致GaF3破壞鍵所需能量更多。教師引導(dǎo)學(xué)生在解釋宏觀現(xiàn)象的時(shí)候，也要想到其微觀結(jié)構(gòu)，幫助學(xué)生建立宏微結(jié)合的學(xué)科思想，提升其化學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)。

三、教學(xué)反思

本節(jié)課以高考真題作為切入點(diǎn)，教師通過引導(dǎo)學(xué)生梳理已有知識(shí)，并從結(jié)構(gòu)角度去解釋元素化合物的性質(zhì)和用途，最后通過小組討論的方式又回歸真題，讓學(xué)生在復(fù)習(xí)過程中用當(dāng)堂所學(xué)思考方式去解決實(shí)際問題，體會(huì)學(xué)習(xí)的獲得感與成就感。二輪復(fù)習(xí)的任務(wù)是指向高考，目標(biāo)是解決學(xué)生“從哪兒想”和“怎么想”的問題，這是基于化學(xué)認(rèn)識(shí)視角和化學(xué)認(rèn)識(shí)思路的思考。要落實(shí)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培育，筆者認(rèn)為可以從以下幾個(gè)方面入手：

1.改變觀念，強(qiáng)化結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的聯(lián)系

筆者通過梳理最近幾年的選考真題發(fā)現(xiàn)，元素化合物的性質(zhì)與應(yīng)用、氫鍵的形成與作用、酸堿強(qiáng)弱判斷、非金屬性大小判斷、有機(jī)大題推斷等知識(shí)點(diǎn)的考查均與物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，學(xué)生的解題思路也是先了解物質(zhì)的結(jié)構(gòu)再進(jìn)行性質(zhì)闡述，所以教師在課堂教學(xué)的過程中，根據(jù)學(xué)生層次的不同，可適當(dāng)拓展物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)方面的知識(shí)，使學(xué)生在解決物質(zhì)性質(zhì)相關(guān)問題時(shí)先想到物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，學(xué)會(huì)用這種特殊的思維方式學(xué)習(xí)化學(xué)，能夠提升學(xué)生對(duì)化學(xué)學(xué)科的理解、對(duì)知識(shí)的掌握和對(duì)問題的分析。

2.強(qiáng)化認(rèn)識(shí)，凸顯宏微結(jié)合的意義

基于陌生情境下物質(zhì)性質(zhì)的考查，一直是學(xué)生學(xué)習(xí)中的難點(diǎn)，面對(duì)設(shè)問，學(xué)生需要先吸收、整合、消化題給信息，然后再應(yīng)用于實(shí)際問題的解決中。面對(duì)這樣的能力題，教師需要培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用宏觀思維與微觀思維結(jié)合的方法去分析問題，分析出是什么內(nèi)在因素導(dǎo)致了表觀的性質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生在解決問題過程中結(jié)合宏微思想。

3.轉(zhuǎn)變思維，積極培養(yǎng)學(xué)生的微觀想象力

化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是舊鍵的斷裂與新鍵的生成，教師在解釋宏觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的時(shí)候，應(yīng)注意培養(yǎng)學(xué)生從微觀展開想象，舊鍵是怎么斷裂的，新鍵是怎么生成的，過渡態(tài)是怎么樣的，反應(yīng)有沒有中間產(chǎn)物，尤其是有機(jī)化合物的反應(yīng)，教師可以適當(dāng)?shù)貜姆磻?yīng)機(jī)理角度來闡述物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化。