摘"要:分子間作用力是高中化學(xué)的重要概念,相關(guān)內(nèi)容在必修階段和選修階段的學(xué)習(xí)要求差異較大。必修階段的教學(xué)應(yīng)做到既不擴大知識面和增加教學(xué)難度,又能通俗易懂地闡述清楚科學(xué)原理,并做到“微觀問題宏觀化,抽象問題具體化,獨立問題系統(tǒng)化”,對已有經(jīng)驗進(jìn)行反芻,為選修教學(xué)進(jìn)行伏筆。
關(guān)鍵詞:漸變推理"分子間作用力"認(rèn)知模型"反芻"伏筆
分子間作用力是高中化學(xué)的重要概念,相關(guān)內(nèi)容在必修階段(蘇教版高中化學(xué)必修2)和選修階段(蘇教版高中化學(xué)選修3《物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》)的學(xué)習(xí)要求差異較大。根據(jù)《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(實驗)》中的“內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)”,前者為“認(rèn)識化學(xué)鍵的涵義,知道離子鍵和共價鍵的形成”;后者為“(1)結(jié)合實例說明化學(xué)鍵和分子間作用力的區(qū)別。(2)舉例說明分子間作用力對物質(zhì)的狀態(tài)等方面的影響。(3)列舉含有氫鍵的物質(zhì),知道氫鍵的存在對物質(zhì)性質(zhì)的影響?!?/p>
由此,必修階段的教學(xué)應(yīng)做到既不擴大知識面和增加教學(xué)難度,又能通俗易懂地闡述清楚科學(xué)原理,并做到“微觀問題宏觀化,抽象問題具體化,獨立問題系統(tǒng)化”,對已有經(jīng)驗進(jìn)行反芻,為選修教學(xué)進(jìn)行伏筆。對此,筆者通過“漸變推理”認(rèn)知模型,在教學(xué)中進(jìn)行反芻與伏筆,對《分子間作用力》一課做了如下教學(xué)設(shè)計及思考:
一、教學(xué)設(shè)計
(一)教學(xué)目標(biāo)
1.從共用電子對偏移,分析成鍵原子的電性;從不同分子間帶異種電性的原子間也產(chǎn)生靜電作用,學(xué)習(xí)分子間作用力;根據(jù)H-“X”中強極性,認(rèn)識氫鍵成因。
2.通過“為什么高壓鍋易煮熟食物”“為什么盛裝可樂的易拉罐打開后有氣體沖出來”“為什么NH3比HCl更易溶于水”“為什么水結(jié)冰后體積變大”四個問題,認(rèn)識分子間作用力對物質(zhì)熔沸點、溶解性和密度的影響。
3.從分子間作用力的成因、破壞時需要的能量大小和鍵能值,比較分子間作用力和化學(xué)鍵的相對大小關(guān)系。
4.從HCl和NaCl的物態(tài)變化,明確兩者微粒之間存在作用力的區(qū)別,不同的變化分別克服何種作用力;在HCl斷鍵條件中,再認(rèn)識電離。
(二)教學(xué)設(shè)計
1. 從共價鍵的極性到范德華力。
以H2、HCl、H2O、P4為例,分析分子間的相互作用。以H2O的三態(tài)圖片中分子間的位置關(guān)系及HCl、HBr、HI相對分子質(zhì)量大小與范德華力大小的關(guān)系,認(rèn)識范德華力與分子間距、相對分子質(zhì)量(核電荷數(shù))的關(guān)系。
[設(shè)計意圖:根據(jù)共用電子對偏移(變化觀念)和點電荷間作用力(公式證據(jù)),推理出分子間存在作用力,其大?。ㄔ诮Y(jié)構(gòu)相似的情況下)與分子間距和相對分子質(zhì)量大小相關(guān)。]
2. 范德華力對物質(zhì)物理性質(zhì)的影響。
對H2O升溫、降溫、加壓、減壓,分析分子間距的變化和分子間作用力的變化,研究分子間作用力對物質(zhì)狀態(tài)的影響。以高壓鍋易煮熟食物,研究范德華力對物質(zhì)熔沸點的影響。以CO2在水(可樂)中的溶解,研究分子間作用力對物質(zhì)溶解性的影響。
[設(shè)計意圖:在分子間作用力與分子間距的變化關(guān)系中掌握范德華力對物質(zhì)物理性質(zhì)的影響。]
3. 氫鍵成因與存在。
以H—O—H分子內(nèi)H—O共價鍵偏移,研究形成共價鍵原子的帶電性及靜電作用力(合力為吸引力)。以H—F、H—O、H—N為例,認(rèn)識非金屬性(電負(fù)性)的差異對共價鍵極性(電子對偏移)的影響,了解氫鍵存在的化學(xué)鍵特征。
[設(shè)計意圖:在范德華力成因和非金屬性差異增大導(dǎo)致共價鍵變成離子鍵(量變到質(zhì)變)的基礎(chǔ)上,推測更強的分子間作用力(氫鍵)的存在。]
4. 氫鍵的影響。
以第ⅣA、ⅤA、ⅥA、ⅦA族元素氫化物的沸點為例,認(rèn)識氫鍵對物質(zhì)熔沸點的影響。以NH3極易溶于水,理解氫鍵對物質(zhì)溶解性的影響。以水結(jié)冰后體積變化,研究氫鍵對物質(zhì)密度的影響。以圖片(雪花和DNA結(jié)構(gòu))認(rèn)識氫鍵的廣泛存在。
[設(shè)計意圖:從宏觀現(xiàn)象(水結(jié)冰后體積變化),研究微觀粒子間的作用(氫鍵)。]
5. 范德華力、氫鍵與化學(xué)鍵的比較。
通過產(chǎn)生原因、定量數(shù)據(jù)和表示方式,比較范德華力、氫鍵和化學(xué)鍵的強弱。
[設(shè)計意圖:從微觀粒子間的作用,認(rèn)識宏觀物質(zhì)的變化(三態(tài)變化、化學(xué)反應(yīng))。]
6. HCl和NaCl比較。
從微粒的結(jié)合方式,認(rèn)識HCl和NaCl中存在的相互作用,比較兩者發(fā)生物理變化和化學(xué)變化時微粒間相互作用的破壞和形成。
[設(shè)計意圖:比較宏觀物態(tài)變化,認(rèn)識微觀粒子的作用與變化,以檢驗課堂學(xué)習(xí)效果。同時,也為學(xué)習(xí)不同晶體中微粒的相互作用埋下伏筆,更為學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)中化學(xué)鍵的斷裂條件進(jìn)行鋪墊。]
二、教學(xué)思考
(一)教學(xué)廣度與深度的把握
作為教師,怎樣用好教材,教與學(xué)進(jìn)行到什么程度才是合適的,是需要慎重把握的問題。
蘇教版高中化學(xué)必修2中“分子間作用力”相關(guān)內(nèi)容的描述為:“許多事實證明,分子間存在著將分子聚集在一起的作用力,這種作用力稱為分子間作用力。分子間作用力比化學(xué)鍵弱得多。由分子構(gòu)成的物質(zhì),分子間作用力是影響物質(zhì)熔沸點和溶解性的重要因素之一。例如:在常溫下,氯、溴、碘單質(zhì)分別呈氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài),這與它們的分子間作用力大小有關(guān)。”
上述描述一共四句話,分別是分子間作用力的定義、與化學(xué)鍵的強弱比較、對物質(zhì)部分物理性質(zhì)的影響及舉例。這四句話十分簡練,但每一句話的背后都有著延伸的空間(蘇教版高中化學(xué)選修3《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》中的描述非常豐富,足足兩頁)。比如,關(guān)于分子間作用力的定義,要從實例(如H-Cl共用電子對偏移)出發(fā),引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識成鍵原子帶正、負(fù)電性,再分析靜電作用。這樣對學(xué)生來說就比較容易理解,由此認(rèn)知氫鍵的產(chǎn)生原因也就比較容易。再如,范德華力和氫鍵既有聯(lián)系也有差別。研究范德華力的成因,應(yīng)該只通過“共用電子對偏移引起正、負(fù)帶電微粒之間的靜電作用”進(jìn)行,不應(yīng)對空間電荷分布、范德華力的分類等問題進(jìn)行深度探討;研究氫鍵的成因、影響、強弱和存在,只需要通過生活中的兩個問題“為什么NH3比HCl更易溶于水”和“為什么水結(jié)冰后體積變大”,幫助學(xué)生理解,不應(yīng)探討飽和性、分子內(nèi)氫鍵與分子間氫鍵的區(qū)分等知識。
(二)情境的選擇與問題的設(shè)計
微粒之間的相互作用無法觀察,又難以測量。怎樣將微觀世界的作用關(guān)系反映在宏觀世界?選擇怎樣的情境,設(shè)計怎樣的問題能引導(dǎo)學(xué)生思考,又能發(fā)展學(xué)生思維?情境選擇要貼近現(xiàn)實和生活,最好是學(xué)生有親身體驗的。
問題的設(shè)計要能引起認(rèn)知沖突,如“為什么水結(jié)冰后體積變大(密度變?。保瑥姆肿娱g作用力的角度研究出來的結(jié)果與已知的結(jié)果不一致,從而充分激發(fā)學(xué)生思維的積極性。
(三) “反芻”與“伏筆”教學(xué)方法的使用
實踐中,很多教師經(jīng)常把精彩地完成一節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容看成教學(xué)成功。其實,這樣的教學(xué)缺少關(guān)聯(lián)性與整體性。因此,很多時候應(yīng)該注意使用“反芻”與“伏筆”的教學(xué)方法,與學(xué)生之前的學(xué)習(xí)和以后(包括其他學(xué)科)的學(xué)習(xí)進(jìn)行聯(lián)系。
例如,學(xué)生初中就知道水結(jié)冰后體積變大,密度變小(知其然),但是直到學(xué)習(xí)了氫鍵,才能從科學(xué)本質(zhì)上理解(知其所以然)。此外,NH3比HCl更易溶于水,與NH3與H2O之間建立氫鍵作用有關(guān)(由此可以此類推其他氫化物的水溶性);壓力增大,水的沸點會升高,也和分子間作用力(氫鍵)有關(guān)。對于這些學(xué)生以前“知其然”的內(nèi)容,本節(jié)課都要讓學(xué)生“知其所以然”。
再如,本節(jié)課中電荷之間的作用可以為學(xué)習(xí)物理學(xué)科相關(guān)知識埋下伏筆;而氫鍵的知識是認(rèn)識DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。