孫海艷+王建民

高中化學學科核心素養(yǎng)主要包括“宏微結合”、“分類表征”、“變化守恒”、“模型認知”、“實驗探究”、“綠色應用”等6方面

。學生通過接受高中化學課程的學習，在知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀等方面形成和發(fā)展化學學科核心素養(yǎng)。其中“宏微結合”核心素養(yǎng)在高中化學學習過程中有較為廣泛的應用。

一、宏微結合在化學教學中的應用舉隅

1.通過模型制作，用實物類比物質的微觀組成，理解空間構型

有機物同分異構體概念學習時，對其空間立體結構的認識，是有機物命名的前提，更是同分異構體正確書寫的基礎。能不能把立體結構壓“扁”到紙上，再通過紙上的書寫想象出其真實結構，實現被壓“扁”的手寫和有機物的真實結構的聯(lián)系，模型組裝課就是一種最為有效的方式。

案例1 有機物空間結構的認識與理解

烷烴中每個碳通過四條鍵形成空間正四面體結構，但其書寫只能是平面結構，所以單單憑借想象來感受烷烴中以碳為核心的各原子間的鏈接方式，對學生來說是困難的。而當學生通過組裝甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等最簡單的一類碳氫化合物，再對照模型寫出其結構簡式，學生可以體會出同碳四個鍵的等同地位，即書寫時以一個碳為研究對象，它周圍所連的四個基團位置可以互換。通過動手組裝，學生總結出烷烴的異構是因為碳鏈的連接方式不同造成的，這種不同是因為出現了支鏈，而不是自己憑借想象畫出的直線和曲線的區(qū)別，真實的碳鏈也不是直線形的。所以通過宏觀模型可以充分“看出”書寫體和真實結構的差異并能實現其之間的轉換。如甲烷的二氯取代產物，書寫時受平面結構限制，出現假性“異構”：

CHClHCl和

CClClHH。

學生往往會認同二者是同分異構體，用代表氯原子的球替代原來的氫，不難理解因碳的空間對稱結構，同一個碳上的四個位置上的氫完成相同，取代后兩個氯原子均處于鄰位，沒有同分異構體。通過制作宏觀模型，分辨出同分異構體和同一種物質的不同，為高二同分異構體的書寫打下基礎。又如在《有機化學基礎》中氫的核磁共振譜的學習中，判斷等效氫時，在必修二對碳立體結構認識的基礎上，依據同一個碳上四個位置因為中心對稱而完全相同，同碳上的氫為一類氫，類推出同碳上的甲基上的氫為一類氫，同一個碳的乙基上有兩類氫，同一個碳上連有正丙基時有三類氫

；把同碳上同時連有四個甲基、乙基、正丙基換為連有二個甲基、乙基、正丙基，形成CH3CH2CH3，CH2CH2CH2CH2CH3，CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3，得出相對軸對稱位置上氫為一類氫。烷烴中的等效氫的判據就這樣一一呈現。如果沒有這樣的模型課，所有的學習都建立在對空間結構假象的基礎之上，因而不能“看到”而缺乏認識基礎以及為此產生的不自信。所以一堂模型課，對于初學的學生就是必不可少的認識基礎課。再如命名時，學生常常對CH3CH2CH2CHCH3CH2CH3這樣的結構直接就命名為：2-乙基戊烷，但對于“玩”過模型的學生，出錯的概率就比較小。

所以認識碳的立體結構，是有機化學等效氫、命名以及同分異構體書寫、認識的基礎。而通過模型制作，實現了微觀粒子立體結構的宏觀呈現，這樣的動手實踐過程，也正是學生化學“宏微結合”核心素養(yǎng)的形成過程，

案例2 元素周期律概念的認識與理解

元素周期律包含了從原子半徑、金屬性、金屬與水或酸反應的快慢比較、金屬最高價氧化物的水化物的堿性強弱比較；非金屬性、非金屬最高價氧化物的水化物的酸性強弱比較以及氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性比較。學生會覺得比較多，記不住、學不會，更不知道為什么會是這樣。問題出現在哪里？究其原因是對整個體系缺乏了解，半徑的學習才是全部規(guī)律的基礎，理解了半徑的遞變規(guī)律，其它所有規(guī)律都將迎刃而解。而對于半徑的學習規(guī)律，學生對同周期從左向右半徑依次減小（零族除外）和質子數依次增多的學習一直是混淆的，因為對原子的內在結構缺乏了解，而以宏觀模擬呈現其內部組成，同周期元素，電子層數相同，從左向右每增加一個質子同時增加一個電子，學生往往只看到了電子的增加認為半徑也增大，所以宏觀模型主要要體現出一個質子和一個電子質量的不同，一個質子的質量是一個電子質量的1836倍，怎么體現呢？將其比喻為一塊大磁鐵對鐵屑的吸引，帶幾塊磁鐵和一些小鐵釘到課堂，和學生一起感受“大”磁鐵對“小”鐵屑的吸引，領會質子質量是相對電子質量的1836倍。同時增大質子和電子，因為質子的“大”對半徑的影響占主要地位，相比電子的影響可以暫時忽略，得出同周期也是當電子層數相同時，質子數是影響半徑的主要因素，因為質子數的強大，從左向右不斷增加質子數，對電子的引力增大，從而使半徑減小。引申到當比較離子半徑時，對于具有相同電子層排布的離子，質子數越多半徑越小。通過質子對電子的引力變化，對金屬性、非金屬性以及其延伸出來的性質的學習也可以達到水到渠成的效果。

案例3 元素周期律概念的認識與理解

在氣體摩爾體積一課中，一定條件下，物質在空間所占的體積大小決定于哪些微觀因素？筆者在實驗室原有球棍模型的部件像小球、鐵條的基礎上增加了燒杯（作為立體支撐）、粘土等物品，告知學生宏觀物質的構成微粒，原子、分子和離子都是一個一個的小球，這些小球通過不同的組合構成了宏觀物質，請大家根據自己的想象組合成可以“看得到”的微粒，感覺其對體積的影響。這里筆者選用粘土是考慮利用它的可變形性，結合學生熟悉的球棍模型中的小球、鐵條，燒杯或者其他盒子則給出了具體立體空間，一個小組幾個學生通過組合，感受物質在空間所占據的體積與微觀粒子的關系，對于球的大小、數目以及球間距等對其體積的影響有了充分的直觀認識。

設計意圖：通過這樣的模型探究，用宏觀物質展示物質的微觀組成，幫助學生實現抽象思維，基本都是對新課第一節(jié)的設計，避免了學生只會解題，而不能理解其化學內涵的尷尬局面。并且在后續(xù)教學中，能明顯感覺到動手操作過的學生，因為“見過”其微觀結構，得到更深入的認識，而對學習的自信心更強，學習的興趣也更足。

2.通過實驗演示，用宏觀現象直觀感知、理解微觀結構

在膠體一節(jié)的課堂教學中，設計多個學生動手實驗，通過這些系列的小型實驗設計，實現溶液、膠體和濁液的相互轉變。在此過程中學生充分體會到膠體這個概念不是一個孤立的“新生態(tài)”，他與學生已經熟悉的溶液、濁液一樣，是一個混合體系，是一個微粒集體對另一種微粒的“容納”，但這種微粒特殊的微觀粒子（其被“容納”微粒的直徑在1 nm～100 nm之間），使其在生活、生產中有著廣泛的應用。

案例4 溶液、膠體和濁液的相互轉變的認識與理解

（1）通過向沸騰的蒸餾水中逐滴加入1 mL～2 mL飽和FeCl3溶液，繼續(xù)煮沸至液體呈紅褐色，停止加熱，用激光筆照射燒杯中的液體，可以看到一條光亮的“通路”，即丁達爾效應，通過對硫酸銅溶液和氫氧化鐵膠體的對比實驗，落實丁達爾效應是膠體的特性。

（2）將牛奶、豆?jié){、淀粉等加水稀釋，觀察在稀釋過程中用激光筆照射這些溶液，有光亮的“通路”出現，產生丁達爾效應，實現了從濁液到膠體的轉變。再繼續(xù)加入過量水，光路會消失，繼續(xù)轉變?yōu)槿芤骸?/p>

（3）將制得的氫氧化鐵膠體繼續(xù)加熱，觀察其由透明澄清的紅褐色“溶液”最終轉變?yōu)榧t褐色沉淀，實現了膠體向濁液的轉化。

（4）向氯化鐵溶液中加入1 mol·L-1的氫氧化鈉溶液，觀察到產生紅褐色沉淀。

（5）將上述（4）實驗中的氫氧化鈉依次稀釋1倍、2倍、5倍、10倍后分別加入等濃度的氯化鐵溶液中，觀察其隨濃度降低，沉淀越來越少，最終不能產生沉淀。再將氯化鐵溶液，與不同濃度氫氧化鈉反應后的產物一一用激光筆照射，觀察其均有丁達爾效應產生。

（6）找找身邊的膠體。自來水、學校的直飲水以及買來的礦泉水、純凈水、水沸騰出來的水蒸氣、氯化鐵溶液、氫氧化鐵沉淀都被作為實驗對象，做了丁達爾實驗。并記錄實驗現象：能產生丁達爾效應的有自來水，三氯化鐵溶液，水蒸氣，氫氧化鐵沉淀；不能產生的有直飲水，買來的礦泉水和純凈水。

氫氧化鐵膠體的制備過程，實現了氯化鐵溶液中的溶質FeCl3轉變?yōu)閇Fe（OH）3]n的過程，

[Fe（OH）3]n是一種分子或其他微粒的聚集體，其大小隨濃度、溫度發(fā)生改變，其分散質粒子的直徑恰好落在1 nm～100 nm之間時得到的分散系被稱為膠體。牛奶、淀粉、豆?jié){是化學中的大分子物質，其微觀粒子以淀粉為例可表示為（C6H10O5）n，一個分子中含有幾百到幾千個C6H10O5鏈節(jié)，在水分子作用下被分離，使n的個數越來越少，其作為分散質微粒的直徑可以減少到1 nm～100 nm之間，這時得到了膠體。因此如果說牛奶、淀粉、豆?jié){溶液是膠體是可以理解的，因其常見濃度下的牛奶、淀粉、豆?jié){溶液都能觀察到明顯的丁達爾現象，得到所謂的溶液其濃度已經非常非常小了。

設計意圖：通過實驗實現濁液、膠體和溶液之間的相互轉變，了解膠體同溶液、濁液一樣只是分散系的一種存在方式，理解其只要分散質直徑落在1 nm～100 nm之間的分散系就可以認為其存在狀態(tài)是膠體。

3.通過原理演繹，用理性思維分析計算，理解離子行為

案例5 溶液化學反應實質的認識與理解

例1 在NaOH和Ba（OH）2的混合液中，逐滴加入0.1 mol·L-1 H2SO4溶液，加入H2SO4溶液時的體積與生成BaSO4沉淀的質量關系如圖1所示。

已知當加入H2SO4溶液50 mL時，溶液呈中性。請回答：

（1）當加入H2SO4溶液20 mL時，沉淀的質量剛好達到最大，生成沉淀的質量是g。

（2）原混合溶液中NaOH的物質的量是mol。

在解答上述計算時，學生因為思維混亂，看不到所給坐標中的信息，造成運算錯誤，或者看到坐標中的信息能計算出正確答案，但并不能理解其反應原理，更談不上舉一反三，學會解題方法了。而從電解質的電離“進入”其微觀世界，認識其在水溶液中以自由移動的Na+、Ba2+、OH-構成，加入H+、SO42-，溶液中的反應其實質就是離子之間的反應，所以發(fā)生H++OH-H2O、Ba2++SO42-BaSO4↓，整個過程中Na+并沒有參與反應，兩個離子反應同時進行，這樣通過分析離子間的相互作用，了解其微觀粒子的行為，運用其反應原理，深入到反應內涵，知其所以然，形成解決化學試題的思維能力，從而能達到舉一反三的效果。

例2 室溫下，將100 mL某硝酸和硫酸的混合液分成兩等份：一份加入過量的BaCl2溶液，充分反應后得沉淀2.33 g；另一份加入50 mL 1.0 mol·L-1 NaOH溶液，充分反應后溶液的pH=13（溶液的體積為100 mL）。試計算：

（1）原溶液中所含H2SO4的物質的量mol。

（2）原混合溶液中硝酸的物質的量濃度為mol·L-1。

解決第二問時，因為無論是硝酸還是硫酸，擁有相同的H+，與NaOH溶液反應存在：H++OH-H2O，反應中消耗的n（H+）等于消耗的n（OH-），應用H+的物質的量等于OH-的物質的量列式計算有：2n（H2SO4）+n（HNO3）=n（OH-）=0.05 L×1.0 mol·L-1-0.1 L×0.1 mol·L-1，從而n（HNO3）=0.04 mol-2×2.33÷233mol=0.02 mol，所以原溶液中：c（HNO3）=2×0.02 mol÷0.1L=0.4 mol·L-1。

設計意圖：通過分析離子行為，更有利于理解其反應實質，是化學守恒思想學習的基礎。

以化學觀念統(tǒng)領下的教學，最關鍵的是讓學生能從本質上理解化學知識，“微粒觀”作為中學化學的核心觀念，在教學設計時從學科本質設計活動，通過對具體化學知識的學習，抽提、概括出事實背后蘊含的核心認識，促進學生對核心知識的深層理解，避免只貼“觀念”標簽而沒有實質內容的情況出現。所以，教學中把握“教什么知識”和“為什么教這些知識”是很重要的，這正是“核心觀念統(tǒng)領教學”中蘊含的深層次理解和應用知識的一個思考。