蘇華虹 張道年 葉承軍 吳健華

摘要： 以分子間作用力概念學(xué)習(xí)為例，開展旨在發(fā)展學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計與實施。以“水”為情境載體，設(shè)計五個教學(xué)活動，引導(dǎo)學(xué)生主動參與知識建構(gòu)。利用手持實驗（宏觀）表征分子間作用力（微觀），通過模型形象地揭示氫鍵的本質(zhì)和特征并解釋氫鍵對物質(zhì)性質(zhì)的影響。測試結(jié)果表明，學(xué)生的模型認(rèn)知水平和微觀探析素養(yǎng)有一定程度的提升。

關(guān)鍵詞： 分子間作用力; 手持技術(shù); 學(xué)科核心素養(yǎng)

文章編號： 1005-6629（2019）11-0049-08? ? ? ? ? ? 中圖分類號： G633.8? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

1? 問題的提出

教育部頒布的《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）對高中化學(xué)教學(xué)提出了更高的目標(biāo)和要求。新課標(biāo)基于學(xué)科本質(zhì)凝練了化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。為了達(dá)成核心素養(yǎng)目標(biāo)，新課標(biāo)把創(chuàng)設(shè)真實情景、激發(fā)興趣、改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式作為重點。在課程內(nèi)容中提供了“情景材料建議”和“學(xué)習(xí)活動建議”[1]，引導(dǎo)教師基于真實情景開展教學(xué)，強調(diào)學(xué)生應(yīng)成為學(xué)習(xí)的主體，通過學(xué)生活動培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

目前，關(guān)于“分子間作用力”課例的教學(xué)研究，主要著重于以下兩方面： 一是厘清“分子間作用力”概念的知識層級結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合實例如NaCl的熔點比HCl高、氨氣易溶于水等，利用對比、宏微結(jié)合等教學(xué)策略，采用師生對話的教學(xué)方式進(jìn)行教學(xué)設(shè)計[2～4];二是實驗創(chuàng)新，利用溫度傳感器測量不同液體揮發(fā)時的溫度下降速率以比較不同分子的分子間作用力大小[5～7]。而關(guān)于如何結(jié)合該實驗開展課堂教學(xué)，并將模型應(yīng)用于教學(xué)，利用模型表征分子間作用力（氫鍵）的教學(xué)設(shè)計與實施還未見相關(guān)的研究報道。

基于新課標(biāo)的要求及對已有研究的總結(jié)，本文從學(xué)生熟悉的水的性質(zhì)出發(fā)，基于真實情境提出問題，利用手持技術(shù)和模型解決問題，從宏觀和微觀兩方面表征分子間作用力，以期發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

2? 教學(xué)內(nèi)容分析

2.1? 教材及課標(biāo)分析

分子間作用力是化學(xué)學(xué)科的重要概念。范德華力和氫鍵是常見的兩種分子間作用力。目前，化學(xué)教育專家一般認(rèn)為分子間作用力的知識層級結(jié)構(gòu)如圖1所示。

三種版本的高中教材（人教版[8]、蘇教版[9]、魯科版[10]）均用較大的篇幅介紹 “范德華力和氫鍵”，但內(nèi)容的廣度和深度以及所選取的素材稍有不同。

對于范德華力，三種版本都介紹了影響范德華力大小的因素。但魯科版和蘇教版還闡明了范德華力的三種來源，說明范德華力的本質(zhì)是電性作用。對于氫鍵，內(nèi)容的深度有所差異。人教版僅介紹氫鍵形成的條件，另外兩版教材利用圖示講解了氫鍵形成的本質(zhì)，魯科版還闡述了氫鍵的特征： 方向性和飽和性。三版教材都著重介紹了氫鍵對物質(zhì)性質(zhì)的影響以及氫鍵對生物大分子結(jié)構(gòu)和生理活性的重要意義。綜上，不同版本教材內(nèi)容有所差異，教師應(yīng)該如何取舍？

新課標(biāo)對本課題的內(nèi)容要求如下： （1）知道范德華力和氫鍵是兩種常見的分子間作用力;（2）能說出氫鍵的特征和實質(zhì);（3）能列舉含有氫

圖1? 分子間作用力相關(guān)概念知識層級結(jié)構(gòu)[11]

鍵的物質(zhì)及其性質(zhì)特點;（4）能說明分子間作用力（含氫鍵）對物質(zhì)熔、沸點等性質(zhì)的影響;（5）能從分子間作用力（含氫鍵）的角度對生產(chǎn)、生活、科學(xué)研究中的簡單案例進(jìn)行分析，舉例說明氫鍵對于生命的重大意義。新課標(biāo)強調(diào)了氫鍵的本質(zhì)、形成條件、特征等，對范德華力的成因、實質(zhì)、特征沒有提出要求，但強調(diào)了兩種分子間作用力的大小對物質(zhì)性質(zhì)的影響及其對真實情景的解釋。

2.2? 學(xué)生學(xué)習(xí)特征分析

學(xué)習(xí)本節(jié)課之前，學(xué)生已有一定的知識儲備，如表1所示。

表1? 上課前學(xué)生的知識儲備

學(xué)生已有知識知識來源該知識認(rèn)識水平

液體揮發(fā)吸熱生活常識感性認(rèn)識

冰的密度比水小生活常識感性認(rèn)識

分子間存在作用力（范德華力）必修《化學(xué)2》“科學(xué)視野”欄目了解范德華力的存在、大小及其對物質(zhì)熔、沸點的影響

HF、 H2O、 NH3分子間存在氫鍵必修《化學(xué)2》“科學(xué)視野”欄目知道這三種分子間存在氫鍵及氫鍵對它們?nèi)?、沸點的影響，但未從特殊到一般，未學(xué)習(xí)氫鍵形成的本質(zhì)和條件

利用雜化軌道理論判斷中心原子的雜化方式和分子立體構(gòu)型化學(xué)選修3《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》第二章第三節(jié)能熟練地應(yīng)用理論判斷分子中心原子軌道雜化方式及其立體構(gòu)型

學(xué)生在必修階段已經(jīng)了解范德華力和氫鍵的存在及其對物質(zhì)熔、沸點的影響，但還未學(xué)習(xí)氫鍵的本質(zhì)、形成條件及其對物質(zhì)其他性質(zhì)的影響，這將是本節(jié)課學(xué)習(xí)的重點。學(xué)生積累的生活經(jīng)驗及應(yīng)用雜化軌道理論判斷分子立體構(gòu)型的知識為本節(jié)課的開展奠定了知識基礎(chǔ)。本節(jié)課也將引導(dǎo)學(xué)生從微觀層面認(rèn)識液體揮發(fā)過程和冰的密度，將感性認(rèn)識上升到理性認(rèn)識。

Melanie等利用文字和畫圖兩種方式調(diào)查學(xué)生對分子間作用力的理解程度[12]，發(fā)現(xiàn)大部分的學(xué)生對分子間作用力概念的理解是模糊的，至少55%的學(xué)生將分子間作用力理解為一個分子內(nèi)的作用力或化學(xué)鍵。因此他建議在教學(xué)中，應(yīng)該注重區(qū)分分子間作用力和化學(xué)鍵這兩個概念。作者在文中還提及，不同測試方式下學(xué)生的表現(xiàn)不同，應(yīng)采用多樣化的的方式如文字描述、畫圖、訪談等，更加全面和動態(tài)地評估學(xué)生對分子間作用力這一概念的理解水平。

基于此，確定本節(jié)課重點要解決的問題： 一是氫鍵的形成條件、本質(zhì)和特征;二是分子間作用大小的比較方法和影響因素;三是分子間作用（含氫鍵）大小對性質(zhì)和晶體結(jié)構(gòu)的影響。同時，采用文字描述、畫圖、模型和實驗等手段，多維度表征分子間作用力，將微觀上的作用力顯現(xiàn)化，幫助學(xué)生區(qū)分化學(xué)鍵和分子間作用力。

3? 教學(xué)手段

3.1? 手持技術(shù)

手持技術(shù)是由數(shù)據(jù)采集器、各類傳感器及配套的軟件組成的，可用于定量采集數(shù)據(jù)并能與計算機連接的實驗技術(shù)系統(tǒng)，它能夠?qū)崟r定量地測量反應(yīng)過程的多種變化量（如溫度、壓強、濃度、pH、電導(dǎo)率等）。已有研究表明，手持技術(shù)實驗，結(jié)合“四重表征”教學(xué)模式能較好地促進(jìn)學(xué)生對抽象概念、反應(yīng)原理等知識的認(rèn)識和理解[13～15]。

3.2? 模型

本文采用自制模型和塑料模型。自制模型是指用不同大小、不同顏色的橡皮泥球表示不同的原子，用牙簽表示氫鍵。塑料模型是用不同大小、不同顏色的塑料小球表示不同的原子，用塑料棒表示氫鍵。

采用不同的模型以達(dá)成不同的教學(xué)效果。自制模型的橡皮泥小球上沒有固定的孔，學(xué)生拼接時候要考慮氫鍵的個數(shù)和方向，因此采用自制模型能夠評價學(xué)生對氫鍵方向性和飽和性的認(rèn)識水平。但自制模型較軟，拼接空間立體構(gòu)型如冰晶體的模型容易塌陷，因此宜采用較堅硬的塑料模型拼接冰晶體的模型。

4? 核心素養(yǎng)為本的教學(xué)流程

基于對教學(xué)內(nèi)容、學(xué)生認(rèn)識和已有研究的分析，設(shè)計本節(jié)課的教學(xué)環(huán)節(jié)及教學(xué)目標(biāo)如圖2所示。

圖2? 教學(xué)流程圖

5? 教學(xué)過程

5.1? 情景導(dǎo)入，提出問題

[情景導(dǎo)入]將蘸有水和酒精的棉花球分別拭擦在手背上，感受有何變化？

[學(xué)生體驗]手背擦過酒精有變涼的感覺。

[教師提問]為什么會變涼？液體揮發(fā)吸熱的本質(zhì)原因是什么？

（學(xué)生對后一個問題一時答不出）

[教師提示]以水的揮發(fā)為例，揮發(fā)前后，微觀上發(fā)生了什么改變？揮發(fā)過程需要破壞哪些作用力？

[學(xué)生回答]揮發(fā)后，液態(tài)水分子變成氣態(tài)水分子，內(nèi)部的氫氧鍵沒有斷裂，揮發(fā)過程中破壞的是不同水分子間的作用力。液體揮發(fā)需要吸熱以克服分子間作用力。

[教師追問]為什么酒精揮發(fā)時，吸熱更多呢？

[學(xué)生]因為乙醇分子間作用力比水小，更容易揮發(fā)，有更多的乙醇分子需要吸收熱量以克服分子間作用力。

[教師]通過活動，可知分子間存在作用力，且不同分子間的作用力不同。這節(jié)課將以水分子為例，探討分子間究竟存在哪些作用力以及它對物質(zhì)性質(zhì)有哪些影響？

5.2? 小組拼接模型——認(rèn)識水分子間氫鍵的本質(zhì)及特征

[教師講解]水分子間的作用力有兩種類型——范德華力和氫鍵。范德華力是分子間普遍存在的一種作用力;通過一段視頻來認(rèn)識水分子間的氫鍵。

與電負(fù)性強的原子（如N、 O、 F）結(jié)合的氫原子會帶上部分正電荷，能與帶部分負(fù)電荷的原子（電負(fù)性強的原子如N、 O、 F）形成氫鍵，氫鍵可表示為（N、 O、 F）X—H…Y（N、 O、 F）。

[布置任務(wù)]每個小組根據(jù)“知識支持”欄目的提示，利用5個水分子自制模型及牙簽（表示氫鍵），拼接冰晶體中水分子間的氫鍵。

知識支持

已知冰晶體中，水分子間主要的作用力是氫鍵，每個水分子可以與周圍四個水分子形成氫鍵[16]。

[展示和評價]學(xué)生拼接出的水分子間的氫鍵模型主要有四種類型，相應(yīng)分析如表2所示。

表2? 學(xué)生拼接的水分子間的氫鍵模型及相應(yīng)分析

學(xué)生匯報時對模型的描述師生共同評價

資料卡片顯示，一個水分子與周圍四個水分子形成氫鍵，所以一個水分子應(yīng)該與其余四個水分子相連氫鍵不是氧原子與氧原子間的相互作用力不理解氫鍵的本質(zhì)

以一個水分子為中心，其氧原子與相鄰四個水分子中的氫原子形成氫鍵能理解氫鍵的本質(zhì)但一個氧原子能形成四個氫鍵嗎？

中心水分子中兩個氫原子分別與另外兩個氧原子形成氫鍵，中心水分子的氧原子再與兩個氫原子分別形成氫鍵能理解氫鍵的本質(zhì)及飽和性但中心水分子形成的四個氫鍵是在同一平面嗎？

續(xù)? 表

學(xué)生匯報時對模型的描述師生共同評價

中心水分子一共形成四個氫鍵。氫鍵是一種正負(fù)電荷的靜電作用力，應(yīng)該在正負(fù)電荷最集中的地方形成，氧原子的孤電子對所在的方向與氫原子形成氫鍵。水分子中氧原子的雜化方式是sp3雜化，4個雜化軌道組成的構(gòu)型是四面體形，其中2個雜化軌道各存放一對孤電子對。以一個水分子為中心，其余四個水分子應(yīng)該在四面體的四個頂角上能理解氫鍵的本質(zhì)、飽和性和方向性

[歸納總結(jié)]氫鍵的本質(zhì)類似于靜電作用力，但與靜電作用力又有不同——氫鍵具有方向性和飽和性。

在形成水分子間的氫鍵時，氧原子的孤電子對所在軌道的軸應(yīng)該盡可能與另外一個水分子的H—O鍵在同一直線上，這樣兩個氧原子間排斥力最小，這就是氫鍵的方向性。

氧原子只有兩對孤電子對，因此一個氧原子只能形成兩個氫鍵;而氫原子因為原子半徑小，因此只能形成一個氫鍵 ，這就是氫鍵的飽和性。

因此，冰晶體中每個水分子在其兩個O—H鍵及其兩個孤電子對方向與四個水分子相互接觸形成氫鍵，形成一個以水分子為中心，其余四個水分子為四面體頂點的四面體結(jié)構(gòu)單元。

[學(xué)生]不同分子間能否形成氫鍵？

[教師]可以。氫鍵可以存在于不同分子間，如乙醇和水分子間能形成氫鍵。且還能在分子內(nèi)形成。例如鄰羥基苯甲醛分子的羥基上的氫原子就能與醛基上的氧原子形成氫鍵。

5.3? 大組組裝模型——認(rèn)識水分子間氫鍵對其性質(zhì)的影響

[教師]水分子間的氫鍵使冰和水呈現(xiàn)出許多獨特的物理性質(zhì)。生活經(jīng)驗告訴我們，液態(tài)水結(jié)成冰，體積增大。為什么？

[布置任務(wù)]根據(jù)“知識支持”欄目的提示，小組間合作，組裝水分子間的四面體骨架，拼接冰晶體模型。

知識支持

已知自然界常見的冰主要是六方晶系的。水分子以四面體為骨架，這些四面體相互連接可以得到六方晶系的冰晶體，每兩個四面體間共用一個水分子，每三個四面體間連接形成一個12元環(huán)（環(huán)上有12個原子）[17]。

[展示和評價]學(xué)生拼接出的冰晶體的模型之一如圖3所示。

圖3? 5個小組合作拼接的冰晶體（局部）模型

[師生總結(jié)]在冰的結(jié)構(gòu)中，每個水分子都形成氫鍵，由于氫鍵具有方向性和飽和性，由此分子之間有固定的、較大的空隙，形成一個有很多“空洞”的結(jié)構(gòu)。而液體水不是每個水分子均形成氫鍵，僅部分水分子通過氫鍵締合，形成一個個分子團(tuán)簇，團(tuán)簇之間沒有氫鍵作用，可以靠得比較近。因而冰的密度反而比水小。

5.4? 手持技術(shù)實驗比較分子間作用力大小

[教師提出驅(qū)動性問題]通過“擦棉球”活動得知，乙醇的分子間作用力比水的小。為什么？分子間作用力大小與什么因素有關(guān)呢？如何比較分子間作用力大??？以正戊烷、正己烷、正庚烷和正丁醇為例。

[學(xué)生方案]（1） 比較揮發(fā)速率;

（2） 將四種液體同時擦在手背上，看看擦哪個更涼;

（3） 用溫度計測量液體揮發(fā)時的溫度下降速率。

[教師點評方案]這四種液體有微毒性，不能將它們擦拭在手上。而液體揮發(fā)時溫度不斷地發(fā)生變化，用溫度計測量讀數(shù)不方便?？梢詫崟r測量溫度變化情況的儀器——溫度傳感器。

[師生確定實驗方案]在四個相同的溫度傳感器上，蘸取等量的正戊烷、正己烷、正庚烷、正丁醇，分別測量四種液體揮發(fā)時的溫度下降速率。（實驗裝置示意圖見圖4）

圖4? 實驗裝置示意圖

[學(xué)生代表完成實驗]將四個溫度傳感器同時浸入四種液體中，再同時將傳感器提起，讓液體在傳感器的表面上揮發(fā)。觀察曲線變化情況。

[教師]從曲線上（見圖5）得知四種液體揮發(fā)溫度下降速率分別如何？分子間作用力順序又如何？

[學(xué)生]揮發(fā)時溫度下降速率： 正戊烷>正己烷>正庚烷>正丁醇;分子間作用力大小： 正戊烷<正己烷<正庚烷<正丁醇。

注： 曲線①～④依次為正戊烷、正己烷、正庚烷、正丁醇液體揮發(fā)時的溫度變化情況

圖5? 液體揮發(fā)時溫度變化曲線

[布置任務(wù)]根據(jù)“知識支持”欄目的信息，結(jié)合實驗結(jié)果找出分子間作用力大小的影響因素。

知識支持

正戊烷、正己烷、正庚烷和正丁醇四種分子的相關(guān)信息如下：

物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)簡式相對分子質(zhì)量極性/D

正戊烷CH3CH2CH2CH2CH3720

正己烷CH3CH2CH2CH2CH2CH3860.06

正庚烷CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3980.2

正丁醇CH3CH2CH2CH2OH743.7

[學(xué)生匯報]影響分子間作用力大小的因素： ①結(jié)構(gòu)相似，相對分子質(zhì)量越大，范德華力越大;②相對分子質(zhì)量接近，分子極性越大，范德華力越大;③若分子間存在氫鍵，則分子間作用力明顯地增加。

[教師補充]一般而言，氫鍵作用力稍強于范德華力。但兩者都屬于分子間作用力，均比化學(xué)鍵小得多，一般分子間作用力比化學(xué)鍵小1～2個數(shù)量級。

[解決問題]為什么乙醇的分子間作用力比水的??？

相對分子質(zhì)量和極性均會影響范德華力的大小。水分子為強極性，其范德華力比乙醇分子間的大。水分子間和乙醇分子間均能形成O…H—O氫鍵，其作用力大小接近，但1mol水分子平均最多能形成2mol氫鍵，而1mol乙醇分子平均最多只能形成1mol氫鍵。因此，水分子間的作用力比乙醇分子間的大。

[教師歸納]

5.5? 自主探討——氫鍵對生命的重大意義

[教師提出驅(qū)動性問題]分子間作用力尤其是氫鍵是自然界中存在最廣泛、最重要的作用力之一。假如沒有氫鍵，世界會發(fā)生怎樣的變化？

[學(xué)生討論結(jié)果]（1） 假如沒有氫鍵，H2O的沸點會比H2S低（課后習(xí)題查得H2S的沸點為-60℃），地球?qū)⒉淮嬖谝簯B(tài)水;

（2） 沒有氫鍵，冰中水分子間距變小，密度比水大。冬天河湖就會完全結(jié)成冰，水中生物會被凍死。

[教師]你能列舉其他含有氫鍵的物質(zhì)嗎？

[學(xué)生]（1） DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)就是通過堿基對間的氫鍵結(jié)合在一起的;

（2） 蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)也存在著氫鍵，氫鍵使其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

[教師]如果水分子間沒有氫鍵，生態(tài)環(huán)境將會發(fā)生翻天覆地的變化;復(fù)雜的生物大分子也不能穩(wěn)定地存在?？梢姡瑳]有氫鍵就幾乎沒有生命，氫鍵對生命有重要的意義。

[課堂小結(jié)]通過拼接出水分子間的氫鍵、冰晶體的微觀模型，學(xué)習(xí)了氫鍵的本質(zhì)和特征及其對冰密度的影響;利用手持技術(shù)實驗比較了微觀上的分子間作用力大小，找出了影響分子間作用大小的因素;通過實例，感受到分子間作用力對生活、自然和生命的重要性。結(jié)合微觀和宏觀學(xué)習(xí)物質(zhì)性質(zhì)，是化學(xué)學(xué)習(xí)的核心思維。

6? 教學(xué)效果與反思

6.1? 教學(xué)效果

6.1.1? 測試工具

利用紙筆測試檢驗學(xué)生“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的模型認(rèn)識水平和微觀辨析核心素養(yǎng)發(fā)展水平，問卷設(shè)計如圖6所示。學(xué)生在上課前后分別填寫相同的問卷，以作對比研究。

1. 請寫出HF、 HCl、 HBr、 HI熔、沸點的大小順序并解釋原因。

2. 請在下列框格中畫出并明確地表明三個乙醇分子（CH3CH2OH）間的范德華力和氫鍵，用相應(yīng)的文字輔助標(biāo)識。若你認(rèn)為乙醇分子間不存在上述的某種作用力，則在下列表格中注明“不存在”。

范德華力

氫鍵

圖6? 學(xué)生學(xué)習(xí)效果調(diào)查問卷

6.1.2? 測試結(jié)果及分析

上課前、后均發(fā)出45份調(diào)查問卷，分別回收

44、 45份調(diào)查問卷。

第1題是解釋鹵素氫化物熔、沸點變化規(guī)律，旨在了解學(xué)生的遷移應(yīng)用能力，評價 “結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的模型認(rèn)知水平，相應(yīng)分析如表3所示。

表3? 學(xué)生主要答案類型及相關(guān)截圖（第1題）

學(xué)生答案類型及相應(yīng)代碼

“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”模型認(rèn)知水平水平1： 不能將化學(xué)事實和理論模型進(jìn)行合理匹配水平2： 能將化學(xué)事實和理論模型進(jìn)行合理匹配，但對模型的認(rèn)識片面化水平3： 能運用理論模型解釋物質(zhì)的性質(zhì)

具體表現(xiàn)認(rèn)為化學(xué)鍵鍵能大小或分子穩(wěn)定性影響物質(zhì)熔、沸點大?。á伲┠苷J(rèn)識分子間作用力大小影響物質(zhì)熔、沸點，但忽略了HF分子間的氫鍵（②）能結(jié)合范德華力大小變化規(guī)律和氫鍵準(zhǔn)確解釋鹵化氫熔、沸點變化規(guī)律（③）空白（④）

上課前后，選擇以上四種答案的學(xué)生比例分布圖如圖7所示。

圖7? 上課前后學(xué)生答案分布圖（第1題）

人教版化學(xué)2在“科學(xué)視野”欄目以主族元素氫化物的熔、沸點為例，介紹了范德華力和氫鍵對物質(zhì)熔、沸點的影響。據(jù)結(jié)果可知，上課前，有47.7%學(xué)生認(rèn)為影響物質(zhì)熔、沸點的是化學(xué)鍵鍵能的大?。ㄋ?），僅有兩名學(xué)生（4.5%）能同時關(guān)注到范德華力和氫鍵對物質(zhì)熔、沸點的影響（水平3）。本節(jié)課后，77.8%學(xué)生的認(rèn)識能達(dá)到水平3，但還有一部分學(xué)生（8.9%）忽略氫鍵對物質(zhì)熔、沸點的影響（水平2）。

第2道是畫圖題，旨在評價學(xué)生微觀辨析核心素養(yǎng)發(fā)展水平，相應(yīng)分析如表4所示。

表4? 學(xué)生主要答案類型及相關(guān)截圖（第2題）

學(xué)生答案類型及相應(yīng)代碼

微觀辨析核心素養(yǎng)發(fā)展水平水平1： 對微觀作用力認(rèn)識模糊或混淆不同微觀作用力水平2： 認(rèn)識微觀作用力的形成本質(zhì)水平3： 能運用圖示準(zhǔn)確描述分子間的微觀作用力

具體表現(xiàn)將分子內(nèi)的化學(xué)鍵認(rèn)為是分子間作用力（①）所畫出的圖示模棱兩可，指向不明（②）無（③）能畫出乙醇分子間是氫原子和氧原子形成氫鍵，但不能理解氫鍵的形成本質(zhì)（④）能利用圖示準(zhǔn)確表示范德華力和氫鍵（⑤）

上課前后，以上五種答案的學(xué)生比例分布圖如圖8所示。

圖8? 上課前后學(xué)生答案分布圖（第2題）

上課前，接近一半的學(xué)生混淆了分子內(nèi)的化學(xué)鍵和分子間作用力（水平1），還有22.7%學(xué)生不能判斷乙醇分子間存在的作用力（水平1）。這可能是因為必修教材僅介紹了H2O、 HF、 NH3分子間的氫鍵，但沒有從特殊到一般，未介紹氫鍵的形成本質(zhì)和條件，因此學(xué)生不能遷移應(yīng)用認(rèn)識乙醇的分子間作用力。上課后，近2/3的學(xué)生能區(qū)分分子間作用力和化學(xué)鍵，能用圖示準(zhǔn)確表示乙醇的分子間作用力（水平3）。

根據(jù)測試結(jié)果，利用自制模型和球棍模型能降低教學(xué)抽象性，有利于學(xué)生理解氫鍵的本質(zhì)和特征;利用手持實驗?zāi)軒椭鷮W(xué)生理解分子間作用力大小對物質(zhì)性質(zhì)的影響。學(xué)生的“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”模型認(rèn)知水平和微觀探析素養(yǎng)有一定程度的提升。

6.2? 教學(xué)反思

對本節(jié)課的設(shè)計還有以下幾點說明與思考：

（1） 利用手持技術(shù)比較液態(tài)烷烴的范德華力大小更符合學(xué)生的認(rèn)知思路。已有的研究選用的試劑是醇的同系物，但醇分子間還存在氫鍵，變量太多會干擾新知識的學(xué)習(xí)。液態(tài)烷烴分子間只存在范德華力，變量單一，更符合學(xué)生的認(rèn)知思路。需注意的是，三種液態(tài)烷烴易揮發(fā)且有微毒性，因此要在通風(fēng)櫥內(nèi)取樣，測量前樣品應(yīng)裝在帶膠塞的試管內(nèi)，測量時讓液體在密閉的大試管內(nèi)揮發(fā)，測量完畢后，應(yīng)放在通風(fēng)櫥內(nèi)使其揮發(fā)除去。

（2） 課前可讓學(xué)生自習(xí)范德華力的成因。本節(jié)課根據(jù)手持實驗，總結(jié)了影響分子間作用力大小的因素，但沒有解釋原因。課堂上有學(xué)生提問原因，但因為課標(biāo)的要求和時間的限制，沒有系統(tǒng)地介紹范德華力的成因和三種來源。由此建議將介紹范德華力成因的資料在課前發(fā)給學(xué)生自主學(xué)習(xí)，為本節(jié)課學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

（3） 本節(jié)課僅要求學(xué)生拼出以四面體為骨架的冰晶體模型[18]。冰有約20種結(jié)構(gòu)形式，確定合理的冰模型遠(yuǎn)超出學(xué)生的認(rèn)識范圍。因此，僅要求學(xué)生組裝以四面體為骨架的冰晶體模型。

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