【摘 要】文章通過(guò)對(duì)課標(biāo)、學(xué)情的分析，在單元整體規(guī)劃的基礎(chǔ)上，基于客觀事實(shí)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、科技成果等各種證據(jù)，從定性到定量、靜態(tài)到動(dòng)態(tài)、特殊到一般，建構(gòu)離子鍵認(rèn)知模型，探究氯化鈉結(jié)構(gòu)模型，自主達(dá)成模型表征和模型應(yīng)用，讓學(xué)習(xí)真正發(fā)生。

【關(guān)鍵詞】證據(jù);模型;離子鍵;學(xué)科核心素養(yǎng)

【作者簡(jiǎn)介】葉躍娟，南潯高級(jí)中學(xué)副校長(zhǎng)，高級(jí)教師，浙派名師培養(yǎng)人，曾榮獲全國(guó)競(jìng)賽園丁獎(jiǎng)、浙江省競(jìng)賽園丁獎(jiǎng)、全國(guó)優(yōu)質(zhì)課一等獎(jiǎng)等。

證據(jù)推理與模型認(rèn)知是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，是化學(xué)學(xué)科中的重要思想和方法?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱課標(biāo)）要求學(xué)生具有證據(jù)意識(shí)，能基于證據(jù)對(duì)物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及其變化提出假設(shè)，通過(guò)分析推理加以證實(shí)或證偽;通過(guò)分析、推理等方法認(rèn)識(shí)研究對(duì)象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系，建立認(rèn)知模型，并能運(yùn)用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象，揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律[1]?；瘜W(xué)鍵作為中學(xué)化學(xué)核心概念之一，是體現(xiàn)物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和決定物質(zhì)性質(zhì)的重要因素。構(gòu)成離子鍵的微粒看不見摸不著，大部分教師只習(xí)慣于讓學(xué)生記憶概念和知識(shí)，然后再利用習(xí)題鞏固知識(shí)并強(qiáng)化記憶，導(dǎo)致學(xué)生缺乏對(duì)離子鍵概念的建構(gòu)和深度理解，不能關(guān)注概念的認(rèn)識(shí)功能和價(jià)值。基于此，筆者通過(guò)對(duì)課標(biāo)與學(xué)情的分析，在單元整體規(guī)劃基礎(chǔ)上充分挖掘和應(yīng)用客觀事實(shí)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、科技成果等證據(jù)，設(shè)計(jì)和實(shí)踐了人教版必修第一冊(cè)第四章第三節(jié)化學(xué)鍵中的第一課時(shí)“離子鍵”教學(xué)，深度建構(gòu)離子鍵的認(rèn)知模型，探究氯化鈉結(jié)構(gòu)模型，讓學(xué)生自主達(dá)成模型表征和模型應(yīng)用。

一、課標(biāo)分析

課標(biāo)中化學(xué)鍵屬于必修課程主題3 物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)與化學(xué)反應(yīng)規(guī)律中的第2節(jié)內(nèi)容。其內(nèi)容要求（即學(xué)生應(yīng)知什么）是認(rèn)識(shí)構(gòu)成物質(zhì)的微粒之間存在相互作用，結(jié)合典型實(shí)例認(rèn)識(shí)離子鍵和共價(jià)鍵的形成過(guò)程，建立化學(xué)鍵概念;認(rèn)識(shí)化學(xué)鍵的斷裂和形成是化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)變化的實(shí)質(zhì)及能量變化的主要原因。對(duì)應(yīng)的學(xué)業(yè)要求（即學(xué)生學(xué)完本單元學(xué)習(xí)后能做什么）是能判斷簡(jiǎn)單離子化合物和共價(jià)化合物中的化學(xué)鍵類型，能基于化學(xué)鍵解釋某些化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)。由此可知，化學(xué)鍵之于高中化學(xué)教學(xué)的重要性，不僅在于要求學(xué)生掌握離子鍵、離子化合物、化學(xué)鍵、共價(jià)鍵、共價(jià)化合物等概念，會(huì)用電子式表征這些物質(zhì)及物質(zhì)的形成過(guò)程，更重要的是能用化學(xué)鍵這一微觀視角解釋或預(yù)測(cè)物質(zhì)的某些性質(zhì)，解釋物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)以及化學(xué)反應(yīng)伴隨能量變化的內(nèi)在原因，增加對(duì)物質(zhì)轉(zhuǎn)化與化學(xué)反應(yīng)的理解，發(fā)展微粒觀、變化觀、守恒觀等學(xué)科觀念，形成結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)、性質(zhì)體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的學(xué)科思想。另外，必修課程中化學(xué)鍵對(duì)應(yīng)的學(xué)業(yè)質(zhì)量水平是2-1，因此，教學(xué)中重點(diǎn)要落實(shí)的學(xué)科核心素養(yǎng)是宏觀辨識(shí)與微觀探析、證據(jù)推理與模型認(rèn)知。

二、學(xué)習(xí)目標(biāo)

在學(xué)習(xí)化學(xué)鍵之前，學(xué)生已經(jīng)知道分子、原子、離子是構(gòu)成物質(zhì)的基本粒子，知道化學(xué)變化是原子的重新組合，知道物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化時(shí)伴隨著能量變化。在“氧化還原反應(yīng)”的學(xué)習(xí)中，學(xué)生已知道氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)是反應(yīng)中有電子轉(zhuǎn)移，知道原子之間的重新組合與原子的最外層電子有關(guān)。在教學(xué)中，教師需要突破的是根據(jù)各種證據(jù)深度建構(gòu)和發(fā)展原子或離子是怎樣結(jié)合形成分子或物質(zhì)的，化學(xué)變化中原子重新組合的實(shí)質(zhì)和原因是什么，化學(xué)變化中為什么會(huì)伴隨能量變化等。從化學(xué)鍵的角度看物質(zhì)及其變化，綜合地認(rèn)識(shí)化學(xué)鍵與物質(zhì)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)的關(guān)系以及化學(xué)鍵與化學(xué)反應(yīng)的關(guān)系。在符號(hào)表征方面也要從化學(xué)式轉(zhuǎn)向電子式。結(jié)合教材內(nèi)容，化學(xué)鍵單元教學(xué)安排2個(gè)課時(shí)，第1課時(shí)重點(diǎn)是從離子鍵角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)及物質(zhì)轉(zhuǎn)化，通過(guò)各種證據(jù)幫助學(xué)生構(gòu)建離子鍵的認(rèn)知模型，促進(jìn)學(xué)生從能量的角度認(rèn)識(shí)離子鍵的形成過(guò)程及其符號(hào)表征;第2課時(shí)重點(diǎn)是從共價(jià)鍵角度認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)，形成化學(xué)鍵、共價(jià)鍵、共價(jià)化合物等概念，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)一步將化學(xué)鍵知識(shí)作為分析和解決問(wèn)題的工具，從化學(xué)鍵的微觀視角認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)及物質(zhì)的轉(zhuǎn)化的本質(zhì)。結(jié)合以上分析，可確定第1課時(shí)“離子鍵”的學(xué)習(xí)目標(biāo)為以下幾個(gè)方面。

1.通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、科學(xué)數(shù)據(jù)、科技成果等證據(jù)感受離子鍵的存在，分析氯化鈉中陰、陽(yáng)離子間的相互作用，能從靜電本質(zhì)，定性到定量、物質(zhì)變化到能量變化的角度認(rèn)識(shí)離子鍵，并能從微觀視角分析宏觀的現(xiàn)象。

2.通過(guò)動(dòng)手搭建氯化鈉晶體結(jié)構(gòu)模型，并與X射線衍射實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行比較，從而達(dá)到微觀結(jié)構(gòu)宏觀化，隱性思維顯性化。

3.通過(guò)尋找更科學(xué)、簡(jiǎn)潔的符號(hào)表示氯化鈉的形成過(guò)程，實(shí)現(xiàn)化學(xué)式到電子式的表征方式的轉(zhuǎn)變，感受化學(xué)用語(yǔ)的魅力。

4.通過(guò)對(duì)氯化鈉的某些性質(zhì)和現(xiàn)象的原因分析等活動(dòng)，感受離子鍵的功能價(jià)值，進(jìn)一步強(qiáng)化結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)體現(xiàn)結(jié)構(gòu)的學(xué)科觀念。

三、教學(xué)流程

基于證據(jù)建構(gòu)模型的教學(xué)設(shè)計(jì)，往往離不開科學(xué)探究，需要以具體的客觀事實(shí)為載體。在客觀事實(shí)中發(fā)現(xiàn)化學(xué)問(wèn)題，通過(guò)實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)、科學(xué)技術(shù)等證據(jù)推理論證，從而建構(gòu)新的認(rèn)知模型，并運(yùn)用模型解決實(shí)際問(wèn)題。然而學(xué)生對(duì)于概念的認(rèn)識(shí)不是一步到位的，在應(yīng)用模型的過(guò)程中，需要我們不斷提供新的證據(jù)來(lái)鞏固、發(fā)展模型。在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中凸顯“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的學(xué)科觀念，實(shí)現(xiàn)認(rèn)知的突破，能力的提升，素養(yǎng)的落實(shí)?；谧C據(jù)建構(gòu)模型的教學(xué)流程，如圖1所示。

四、教學(xué)過(guò)程

環(huán)節(jié)一：建構(gòu)離子鍵認(rèn)知模型

演示實(shí)驗(yàn)1——氯化鈉導(dǎo)電實(shí)驗(yàn)

思考：為什么固體氯化鈉固體不導(dǎo)電而在熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電？

生1：因?yàn)槁然c固體中Na+和Cl-不能自由移動(dòng)，加熱融化后才產(chǎn)生自由移動(dòng)的Na+和Cl-。

生2：說(shuō)明Na+和Cl-之間存在作用力，破壞這種作用力需要很大的能量。

演示實(shí)驗(yàn)2——鈉在氯氣中燃燒

思考：為什么鈉可以在氯氣中劇烈燃燒并放出大量的熱？請(qǐng)用結(jié)構(gòu)示意圖表示氯化鈉的形成過(guò)程。

學(xué)生作圖（如圖3）。

教師在教學(xué)中展示以下資料：如圖4，1mol氣態(tài)鈉原子形成1mol氣態(tài)鈉離子要吸收496kJ能量，1mol氣態(tài)氯原子形成1mol氣態(tài)氯離子要放出348.7kJ能量。

思考：根據(jù)1mol氣態(tài)鈉原子形成1mol氣態(tài)Na+時(shí)吸收的能量比1mol氣態(tài)氯原子形成1mol氣態(tài)Cl-放出的能量多147.3kJ，該過(guò)程是吸熱的，但為什么鈉和氯氣反應(yīng)會(huì)放熱呢？

生：Na+帶正電荷，Cl-帶負(fù)電荷，相反電荷的離子間具有靜電引力，陰、陽(yáng)離子靠近時(shí)會(huì)釋放出能量。

資料展示：如圖5為Na+與Cl-之間的核間距與體系能量變化曲線圖。

思考：科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，帶相反電荷的陰、陽(yáng)離子相互接近時(shí)，因電性相反會(huì)存在靜電引力，距離越近，能量越低。為什么Na+和Cl-靠近到一定程度后體系能量又會(huì)升高呢？

生：Na+和Cl-之間還存在靜電斥力。隨著陰、陽(yáng)離子的靠近，原子核與原子核、電子與電子之間的斥力逐漸增大，當(dāng)靜電引力等于靜電斥力時(shí)，整個(gè)體系的能量最低，相互間形成了穩(wěn)定的化合物。

師：這種穩(wěn)定的化合物就是離子化合物，構(gòu)成離子化合之間的相互作用力就是離子鍵。大家能給離子鍵和離子化合物下定義嗎？

生1：陰、陽(yáng)離子之間的相互作用就是離子鍵。

生2：這種相互作用包含靜電引力和靜電斥力，而且作用力比較大。

生3：通過(guò)離子鍵構(gòu)成的化合物叫作離子化合物。

【設(shè)計(jì)意圖】通過(guò)實(shí)驗(yàn)事實(shí)、科學(xué)數(shù)據(jù)等證據(jù)素材，引導(dǎo)學(xué)生開展概括關(guān)聯(lián)、分析推理等活動(dòng)，從宏觀到微觀，從定性到定量，從靜態(tài)到動(dòng)態(tài)，分析離子鍵的成鍵過(guò)程，深刻認(rèn)識(shí)離子鍵本質(zhì)，自主形成離子鍵、離子化合物等概念。同時(shí)幫助學(xué)生轉(zhuǎn)變陰、陽(yáng)離子間只有靜電引力的認(rèn)知偏差，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。

環(huán)節(jié)二：建構(gòu)氯化鈉晶體結(jié)構(gòu)模型

教師出示氯化鈉晶體實(shí)物，并用綠球代表氯離子（Cl-）、橙球代表鈉離子（Na+），教師請(qǐng)各小組嘗試合作拼出氯化鈉晶體的微觀結(jié)構(gòu)模型，并請(qǐng)各小組代表發(fā)言。

生1：一個(gè)鈉離子和一個(gè)氯離子通過(guò)離子鍵形成氯化鈉晶體。如圖6（1）。

生2：不對(duì)，一個(gè)鈉離子的上、下、左、右、前、后都可以與氯離子形成離子鍵，所以氯化鈉晶體結(jié)構(gòu)應(yīng)該是如圖6（2）。

生3：一個(gè)氯離子的上、下、左、右、前、后也都可以與鈉離子形成離子鍵，所以氯化鈉晶體結(jié)構(gòu)也可以是如圖6（3）。

生4：氯化鈉晶體呈電中性，而且離子的半徑大約只有10-12m，氯化鈉晶體應(yīng)該由許許多多的鈉離子和氯離子通過(guò)許許多多離子鍵結(jié)合而成，所以我們可以把許多個(gè)圖6（2）和圖6（3）疊加成圖6（4）。

資料展示：科學(xué)家通過(guò)X-射線衍射實(shí)驗(yàn)，得到氯化鈉晶體單元結(jié)構(gòu)如圖7。

【設(shè)計(jì)意圖】應(yīng)用離子鍵認(rèn)知模型，動(dòng)手搭建氯化鈉晶體結(jié)構(gòu)模型，將微觀結(jié)構(gòu)宏觀化，隱性思維顯性化，最后通過(guò)科學(xué)技術(shù)證實(shí)，從而形成新的離子化合物的結(jié)構(gòu)模型。

環(huán)節(jié)三：表征離子鍵的形成過(guò)程

問(wèn)題思考：用原子結(jié)構(gòu)示意圖（如圖3）表示離子鍵的形成過(guò)程清晰、直觀，但比較煩瑣，你能用更簡(jiǎn)潔的符號(hào)表示氯化鈉的形成過(guò)程嗎？

通過(guò)以上問(wèn)題思考，教師組織學(xué)生進(jìn)行如下教學(xué)活動(dòng)。

1.交流討論原子、陽(yáng)離子、陰離子、離子化合物、離子化合物形成過(guò)程的電子式表示方法。

2.練習(xí)鈉原子、氯原子、鈉離子、氯離子、氯化鈉的電子式書寫，并用電子式表示氯化鈉的形成過(guò)程。

生：如圖8，用點(diǎn)和叉表示原子最外層電子，因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)只與原子的最外層電子有關(guān)。彎剪頭表示鈉原子把電子給了氯原子。

【設(shè)計(jì)意圖】通過(guò)自學(xué)和交流討論，學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)電子式在表達(dá)離子化合物及離子化合物形成過(guò)程中的優(yōu)點(diǎn)，自覺(jué)轉(zhuǎn)變化學(xué)式表征到電子式表征，培養(yǎng)符號(hào)表征的能力，感受化學(xué)用語(yǔ)的魅力和意義。

環(huán)節(jié)四：運(yùn)用模型解決問(wèn)題

教師引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用模型解決以下問(wèn)題。

1.為什么氯化鈉晶體硬度較大，難以粉碎？為什么氯化鈉的熔沸點(diǎn)較高？已知AlCl3的熔點(diǎn)為190℃，178℃升華，AlCl3是離子化合物嗎？

2.工業(yè)冶煉鈉、鎂、鋁三種金屬的原料選擇有何不同？結(jié)合以下資料卡分析。

資料卡：

①工業(yè)冶煉鈉的原理：2NaCl（熔融）電解2Na+Cl2↑，NaCl的熔點(diǎn)為801℃，Na2O的熔點(diǎn)為1275℃。

②工業(yè)冶煉鎂的原理：MgCl2（熔融）電解Mg+Cl2↑，MgCl2的熔點(diǎn)為712℃，MgO的熔點(diǎn)為2852℃。

③工業(yè)冶煉鋁的原理：2Al2O3（熔融）電解4Al+3O2↑，AlCl3的熔點(diǎn)為190℃，178℃升華，Al2O3的熔點(diǎn)為2054℃。

生1：氯化鈉中存在離子鍵，硬度大、熔沸點(diǎn)高;氯化鋁中應(yīng)該不存在離子鍵，不屬于離子化合物，所以熔點(diǎn)低，易升華。

生2：NaCl、Na2O、MgCl2、MgO、Al2O3都是離子化合物，在熔融狀態(tài)下能導(dǎo)電，可以通過(guò)電解制備其單質(zhì)，但考慮到熔點(diǎn)越高成本越大，所以選擇熔點(diǎn)較低的NaCl、MgCl2。AlCl3不是離子化合物，故只能選擇Al2O3。

【設(shè)計(jì)意圖】運(yùn)用離子鍵模型對(duì)氯化鈉等離子化合物的熔點(diǎn)高、硬度大的特點(diǎn)，制備鈉、鎂、鋁等活潑金屬反應(yīng)物，解決生產(chǎn)生活中的實(shí)際問(wèn)題，讓學(xué)生感受離子鍵在解釋和預(yù)測(cè)物質(zhì)某些性質(zhì)的功能價(jià)值，幫助學(xué)生進(jìn)一步形成微觀結(jié)構(gòu)決定宏觀性質(zhì)、宏觀性質(zhì)體現(xiàn)微觀結(jié)構(gòu)的學(xué)科思想和觀念。

五、教學(xué)反思

1.讓學(xué)生經(jīng)歷知識(shí)產(chǎn)生的過(guò)程與方法，發(fā)展關(guān)鍵能力

科學(xué)探究的核心是科學(xué)知識(shí)的生成和論證，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)知識(shí)產(chǎn)生的過(guò)程與方法是“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的前提條件。本節(jié)課，教師讓學(xué)生自主經(jīng)歷、建構(gòu)概念的過(guò)程，讓學(xué)生“自己教育自己”、建立“學(xué)習(xí)共同體環(huán)境”[2]。教學(xué)中學(xué)生展示自己建模的過(guò)程，表達(dá)自己的模型優(yōu)劣，不斷激活學(xué)生自我教育的潛能，這也是核心素養(yǎng)背景下關(guān)鍵能力發(fā)展的必然要求。

2.設(shè)計(jì)邏輯合理的教學(xué)環(huán)節(jié)，讓證據(jù)推理富有層次

科學(xué)探索的過(guò)程從來(lái)都不是一蹴而就的，而是由點(diǎn)到面，由局部到整體的過(guò)程，認(rèn)知過(guò)程也是這樣。

在教學(xué)實(shí)踐中，證據(jù)往往是不完善的，許多的證據(jù)只能體現(xiàn)化學(xué)原理一部分的“面貌”，能實(shí)現(xiàn)教學(xué)環(huán)節(jié)的部分功能。這就要求教師在設(shè)計(jì)教學(xué)時(shí)，要充分考慮這些環(huán)節(jié)和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系，讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的過(guò)程，在對(duì)證據(jù)抽絲剝繭的分析中認(rèn)知規(guī)律，在證據(jù)推理中形成模型，在應(yīng)用模型中完善模型，在完善模型的過(guò)程中尋找更多的證據(jù)，從而形成教學(xué)的螺旋式發(fā)展。

3.基于證據(jù)建構(gòu)模型的教學(xué)，體現(xiàn)學(xué)科價(jià)值

課標(biāo)要求基于證據(jù)建構(gòu)模型的教學(xué)，實(shí)現(xiàn)學(xué)科思想和方法。其最高水平為要求學(xué)生能夠遷移、分析和評(píng)價(jià)化學(xué)知識(shí)，要揭示更高層次的價(jià)值追求。在形成、應(yīng)用模型的過(guò)程中要注重體現(xiàn)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的學(xué)科觀念來(lái)解釋化學(xué)現(xiàn)象、應(yīng)用化學(xué)規(guī)律。在解決問(wèn)題的過(guò)程中，逐步提升“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的水平等級(jí)，在鞏固模型的同時(shí)也要牢固確立知識(shí)的學(xué)習(xí)要服務(wù)于學(xué)生思維的發(fā)展[3]。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）[M].北京：人民教育出版社，2020.

[2]布蘭斯福特，等.人是如何學(xué)習(xí)的：大腦、心理、經(jīng)驗(yàn)及學(xué)校（擴(kuò)展版）[M].程可拉，孫亞玲，王旭卿，譯.上海：華東師范大學(xué)出版社，2013.

[3]王利國(guó).基于“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的高三復(fù)習(xí)教學(xué)：以“洗滌劑的選擇”為例[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2019（5）：31-34.

（責(zé)任編輯：陸順演）