閏銀權(quán)

摘要：分析了宏觀(guān)辨識(shí)與微觀(guān)探析的內(nèi)涵和目標(biāo)。不同的知識(shí)內(nèi)容承載的核心素養(yǎng)不同，以化學(xué)鍵的單元教學(xué)為例，從宏觀(guān)、微觀(guān)、宏微結(jié)合的層次認(rèn)識(shí)化學(xué)鍵和物質(zhì)的性質(zhì)，建立了化學(xué)鍵認(rèn)識(shí)模型。重點(diǎn)發(fā)展了學(xué)生“宏觀(guān)辨識(shí)與微觀(guān)探析”的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：宏觀(guān)辨識(shí);微觀(guān)探析;化學(xué)鍵;靜電作用;核心素養(yǎng)

文章編號(hào)：1008-0546（2019）11-0021-04

中圖分類(lèi)號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi： 10.3969/j.issn. 1008-0546.2019.11.006

化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是化學(xué)學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過(guò)化學(xué)學(xué)習(xí)而形成的正確價(jià)值觀(guān)念、必備品格和關(guān)鍵能力?；瘜W(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括5個(gè)方面，各有側(cè)重，不同的知識(shí)內(nèi)容承載的核心素養(yǎng)不同，教學(xué)中要根據(jù)知識(shí)內(nèi)容重點(diǎn)突出某些核心素養(yǎng)的培育，而不是生搬硬套核心素養(yǎng)的5個(gè)方面。

一、宏觀(guān)辨識(shí)與微觀(guān)探析的內(nèi)涵與目標(biāo)

宏觀(guān)辨識(shí)與微觀(guān)探析作為化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，是化學(xué)學(xué)科區(qū)別于其他學(xué)科的重要特征。該核心素養(yǎng)反映了學(xué)習(xí)化學(xué)是從宏觀(guān)角度研究、認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其變化規(guī)律，從微觀(guān)層面解釋物質(zhì)及其變化規(guī)律的本質(zhì)的過(guò)程。宏觀(guān)辨識(shí)與微觀(guān)探析的內(nèi)涵與目標(biāo)[1]如表1所示。

其內(nèi)涵表明對(duì)物質(zhì)認(rèn)識(shí)的層次和階段，即宏觀(guān)一微觀(guān)一宏微結(jié)合，達(dá)到對(duì)物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、變化、應(yīng)用及其關(guān)系的本質(zhì)認(rèn)識(shí)。其目標(biāo)解決了“怎么學(xué)”和“學(xué)到什么程度”的問(wèn)題，指明了學(xué)習(xí)行為和評(píng)價(jià)依據(jù)。教學(xué)中結(jié)合宏觀(guān)辨識(shí)與微觀(guān)探析的內(nèi)涵與目標(biāo)的關(guān)聯(lián)性，構(gòu)建具有可操作性的學(xué)習(xí)行為與評(píng)價(jià)依據(jù)，具體見(jiàn)圖1“學(xué)習(xí)行為與目標(biāo)達(dá)成評(píng)價(jià)指向”[2]。

本文以化學(xué)鍵[3]單元教學(xué)為例，突出宏觀(guān)辨識(shí)與微觀(guān)探析核心素養(yǎng)的培育。查閱中國(guó)知網(wǎng)有關(guān)化學(xué)鍵的教學(xué)[4-7]，從不同角度對(duì)化學(xué)鍵教學(xué)進(jìn)行深入地研究、設(shè)計(jì)，不同角度各有優(yōu)點(diǎn)，本文旨在突出2點(diǎn)：

1.突出“宏觀(guān)辨識(shí)與微觀(guān)探析”核心素養(yǎng)的培育。從“宏-微-宏微”三層次認(rèn)識(shí)化學(xué)鍵的形成與本質(zhì)，以及對(duì)物質(zhì)性質(zhì)、應(yīng)用的決定作用，形成結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的科學(xué)觀(guān)念。

2.突出認(rèn)識(shí)化學(xué)鍵的本質(zhì)——靜電作用，建立離子鍵、非極性共價(jià)鍵、極性共價(jià)鍵的認(rèn)識(shí)模型。用模型辨別物質(zhì)所含化學(xué)鍵類(lèi)型，判斷離子化合物和共價(jià)化合物及其性質(zhì)，體會(huì)化學(xué)知識(shí)的應(yīng)用價(jià)值。

二、教學(xué)過(guò)程

任務(wù)1：再探（宏觀(guān)辨識(shí)）電解質(zhì)

教師：我們知道電解質(zhì)是指在水溶液中或熔融狀態(tài)下能夠?qū)щ姷幕衔?，那么哪些化合物在水溶液中?dǎo)電？哪些化合物在熔融狀態(tài)下導(dǎo)電？哪些化合物既能在水溶液中導(dǎo)電又能在熔融狀態(tài)下導(dǎo)電呢？其導(dǎo)電性與什么有關(guān)呢？我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)再探電解質(zhì)。

學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)：NaCl溶液、熔融NaCl、NaCl固體、鹽酸的導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)。

問(wèn)題1、電解質(zhì)導(dǎo)電的條件是什么？你覺(jué)得液態(tài)HCl導(dǎo)電嗎？

問(wèn)題2、為什么同樣是電解質(zhì)，NaCl在熔融狀態(tài)和水溶液中都能導(dǎo)電，而HCl卻只在水溶液中能導(dǎo)電呢？

學(xué)生：電解質(zhì)導(dǎo)電的條件是有自由移動(dòng)的帶電粒子——離子，固態(tài)NaCl中離子不能自由移動(dòng)，故不導(dǎo)電。NaCl熔化后或NaCl溶液中離子可以自由移動(dòng)，故能導(dǎo)電。同樣的原因鹽酸可以導(dǎo)電，但我覺(jué)得液態(tài)的HCl不導(dǎo)電，因?yàn)镠Cl在液態(tài)時(shí)沒(méi)有自由移動(dòng)的離子，應(yīng)該是分子形式存在。

導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)提供證據(jù)，學(xué)生從宏觀(guān)現(xiàn)象認(rèn)識(shí)不同物質(zhì)在不同條件下的導(dǎo)電性存在差異，形成認(rèn)知沖突：為什么NaCl熔融狀態(tài)有自由移動(dòng)的帶電粒子，而HCl卻沒(méi)有自由移動(dòng)的帶電粒子？

任務(wù)2：探究（微觀(guān)）原子構(gòu)成物質(zhì)的過(guò)程和本質(zhì)、建立化學(xué)鍵的認(rèn)識(shí)模型

（1）離子鍵和共價(jià)鍵的形成

我們知道電荷之間存在靜電作用，同種電荷相互排斥，異種電荷相互吸引。根據(jù)原子結(jié)構(gòu)，猜想當(dāng)Na原子和Cl原子相互靠近碰撞時(shí)會(huì)發(fā)生什么呢？試用原子結(jié)構(gòu)示意圖表示。

學(xué)生根據(jù)Na原子和Cl原子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在黑板上用原子結(jié)構(gòu)示意圖表示出Na原子和Cl原子靠近時(shí)的電子轉(zhuǎn)移過(guò)程（圖2）。認(rèn)識(shí)到Na會(huì)失去1個(gè)電子而形成陽(yáng)離子，Cl得到這個(gè)電子形成陰離子，并且相互吸引。

問(wèn)題3：隨著原子的靠近，它們之間只存在吸引力嗎？在什么位置形成穩(wěn)定的化合物？

學(xué)生討論：陰、陽(yáng)離子也存在彼此之間電子與電子、質(zhì)子與質(zhì)子的排斥力，當(dāng)吸引力與排斥力平衡時(shí)，形成化合物。

問(wèn)題4：NaCl形成過(guò)程中能量與離子間距離關(guān)系圖如圖3所示[8]，表示了隨著Na+和Cl-間距離大小變化過(guò)程中能量的變化，R0有何意義？

學(xué)生：Na+和cl-間距離為R0時(shí)表示體系能量最低，靜電吸引力等于靜電排斥力，形成穩(wěn)定的化合物，R。為Na+和cl-的核間距。

【小結(jié)】：像氯化鈉這樣帶相反電荷離子（陰、陽(yáng)離子）之間的相互作用稱(chēng)為離子鍵。

教師：那Na+和Cl-又是怎么形成NaCl固體的呢？你能簡(jiǎn)單描述嗎？

學(xué)生認(rèn)為形成一個(gè)一個(gè)的NaCl結(jié)合體堆積在一起。教師引導(dǎo)帶電粒子應(yīng)該如何排列，以“帶電”的乒乓球?yàn)槔M(jìn)行堆積，再結(jié)合多媒體幫助學(xué)生建立NaCl堆積模型，如圖4所示。

問(wèn)題5：請(qǐng)模仿NaCl的形成過(guò)程，描述HCl的形成過(guò)程，形成陰、陽(yáng)離子了嗎？

學(xué)生討論：根據(jù)H原子和Cl原子的原子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可知原子核對(duì)電子的吸引力較強(qiáng)，它們都不易失去電子，而是都想得到電子，所以當(dāng)它們靠近碰撞時(shí)，不會(huì)有電子的得失，只有原子的質(zhì)子與另一原子的電子存在相互靜電引力，當(dāng)靠近到一定距離時(shí)，兩原子的電子與電子、質(zhì)子與質(zhì)子間的斥力增大，當(dāng)引力與斥力達(dá)到平衡時(shí)，能量最低，形成穩(wěn)定的HCl分子。故HCl中沒(méi)有陰、陽(yáng)離子。

【小結(jié)】H原子和Cl原子之間不會(huì)有電子的得失，它們通過(guò)共用電子而達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，形成HCl分子。這種原子間通過(guò)共用電子對(duì)形成的相互作用叫做共價(jià)鍵。

我們把這種相鄰原子間強(qiáng)烈的相互作用稱(chēng)為化學(xué)鍵，分為離子鍵、共價(jià)鍵等。

（2）認(rèn)識(shí)化學(xué)鍵的本質(zhì)，建立化學(xué)鍵的認(rèn)識(shí)模型

問(wèn)題6：討論離子鍵和共價(jià)鍵的本質(zhì)是什么？它們之間是什么關(guān)系？

學(xué)生討論：根據(jù)離子鍵和共價(jià)鍵的形成過(guò)程，不管是陰、陽(yáng)離子還是原子共用電子都是由于靜電作用而形成作用力，故化學(xué)鍵的本質(zhì)是成鍵原子間的靜電作用。由于原子吸引電子的能力不同，故共用電子在成鍵原子間的偏移程度不同?；顫娊饘僭嘏c活潑非金屬元素原子易發(fā)生電子的得失，故形成離子鍵;而非金屬元素與非金屬元素原子都不易失電子，都想得電子，故形成共價(jià)鍵。

師生共同討論：離子鍵與共價(jià)鍵之間并沒(méi)有嚴(yán)格的界限，就像金屬元素與非金屬元素沒(méi)有嚴(yán)格的界限一樣，離子鍵與共價(jià)鍵都涉及電子對(duì)的共用[9]。成鍵原子得失電子的能力（金屬性與非金屬性強(qiáng)弱差異）決定了共用電子的偏移程度，純粹的離子鍵是共用電子的極端偏移（得失）形成的，可以看做共用電子從一個(gè)成鍵原子完全轉(zhuǎn)移到另一個(gè)成鍵原子上。共價(jià)鍵則是共用電子未發(fā)生極端偏移而形成的，根據(jù)共用電子偏移程度可將共價(jià)鍵分為非極性共價(jià)鍵和極性共價(jià)鍵，非極性共價(jià)鍵是由于共用電子被平均共用而形成的，極性共價(jià)鍵則是共用電子發(fā)生偏移而形成的。成鍵電子對(duì)偏移程度越大則離子性越強(qiáng)，反之則共價(jià)性越強(qiáng)，大多數(shù)化合物中的鍵介于兩者之間。隨著成鍵原子得失電子能力相差從小到大變化，化學(xué)鍵依次為非極性鍵→極性鍵→離子鍵?；瘜W(xué)鍵認(rèn)識(shí)模型如圖5所示。

問(wèn)題7：請(qǐng)同學(xué)們依據(jù)化學(xué)鍵認(rèn)識(shí)模型討論怎樣判斷化學(xué)鍵類(lèi)型？

學(xué)生：由活潑的金屬元素與活潑的非金屬元素形成的化合物含離子鍵，如NaCl、MgBr2等。而非金屬元素與非金屬元素或不活潑的金屬元素與非金屬元素原子間易形成共價(jià)鍵，如HCl、H2O等。同種原子則形成非極性共價(jià)鍵，如H2、N2等。

教師：回答很好！我們對(duì)化合物的認(rèn)識(shí)又多了一個(gè)角度，即從化學(xué)鍵的角度認(rèn)識(shí)化合物，我們把含離子鍵的化合物稱(chēng)作離子化合物，只含共價(jià)鍵的化合物稱(chēng)作共價(jià)化合物。

任務(wù)3：符號(hào)表示化學(xué)鍵及其形成過(guò)程

我們?nèi)绾斡没瘜W(xué)符號(hào)表示不同類(lèi)型的化學(xué)鍵及物質(zhì)的形成過(guò)程呢？

資料1：電子式：為方便起見(jiàn)，我們?cè)谠胤?hào)周?chē)谩啊痢被颉啊ぁ眮?lái)表示原子的最外層電子（價(jià)電子），這種式子叫做電子式。如H·，·Mg·等。請(qǐng)結(jié)合課本用電子式表示下列物質(zhì)的形成過(guò)程：NaCl、K20、N2、H20、CO2等。

學(xué)生板演，互評(píng)。

任務(wù)4：宏微結(jié)合解決問(wèn)題

（1）我們知道，常壓下，冰（H2O）在O℃融化，水在1OO℃沸騰，這是為什么？而在2000℃以上分解為H2和02，這又是什么原因呢？

①對(duì)比與比較：融化、沸騰屬于什么變化？分解呢？

②推斷：為什么分解溫度與沸騰溫度相差如此之大？是什么決定的？

③得出結(jié)論：你認(rèn)為該如何解釋這種決定因素呢？

3個(gè)問(wèn)題層層遞進(jìn)，考查與評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解與應(yīng)用能力。“對(duì)比與比較”從宏觀(guān)分析變化過(guò)程的本質(zhì)即物理變化和化學(xué)變化;“推斷”則從微觀(guān)角度，推理得出是微觀(guān)粒子間的作用力大小決定的。冰融化、水沸騰是水分子與水分子間距增大，破壞的是水分子之間的作用力，而水分解破壞的是水分子內(nèi)氧原子和氫原子之間的共價(jià)鍵，可見(jiàn)兩者之間作用力相差很大，前者很微弱?！暗贸鼋Y(jié)論”則要找出作用力之間的差異，即本質(zhì)區(qū)別。我們把分子與分子之間的作用力叫做分子間作用力，與化學(xué)鍵是不同的作用力，分子間作用力較小，只影響物質(zhì)的物理性質(zhì)。

（2）問(wèn)題8：工業(yè)冶煉鈉、鎂、鋁三種金屬的原料選擇有何不同？結(jié)合資料2分析為什么？

學(xué)生：冶煉鈉和鎂的原料是氯化物，而冶煉鋁的原料是氧化物，因?yàn)槁然锏娜埸c(diǎn)低，節(jié)省能源，成本低。

學(xué)生：熔融狀態(tài)能夠?qū)щ姷幕衔锊趴捎糜陔娊庖睙捊饘伲鶕?jù)化合物的熔點(diǎn)推斷化合物的類(lèi)型，從鈉、鎂、鋁的氧化物和氯化物的熔點(diǎn)可知AICl3是共價(jià)化合物，熔融狀態(tài)不導(dǎo)電，所以只能選擇Al203作為原料。

教師：可見(jiàn)，物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)及應(yīng)用，物質(zhì)所含化學(xué)鍵的類(lèi)型決定著物質(zhì)的性質(zhì)及應(yīng)用。

（3）問(wèn)題9：初中我們就知道化學(xué)反應(yīng)是原子的重新組合，那么通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，你覺(jué)得化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是什么呢？舉例說(shuō)明。

學(xué)生討論：化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)就是反應(yīng)物中化學(xué)鍵發(fā)生斷裂，形成生成物中新的化學(xué)鍵，即舊鍵斷裂新鍵形成。如H2和Cl2生成HCl，H-H鍵和Cl-Cl發(fā)生斷裂，形成H-Cl鍵。

【小結(jié)】化學(xué)鍵是原子結(jié)合構(gòu)成物質(zhì)的作用力，其本質(zhì)是原子間通過(guò)共用電子形成的靜電作用，由于成鍵原子的金屬性和非金屬性（得失電子的能力）不同，從而使成鍵原子間共用電子對(duì)發(fā)生偏移，根據(jù)偏移的程度，化學(xué)鍵可分為離子鍵和共價(jià)鍵，共價(jià)鍵又分為極性鍵和非極性鍵（參照化學(xué)鍵認(rèn)識(shí)模型）?；瘜W(xué)鍵的斷裂與形成是化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)，決定化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的難易程度，決定了化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的條件。所以物質(zhì)所含化學(xué)鍵的類(lèi)型決定了物質(zhì)的性質(zhì)和用途，即結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途。

三、總結(jié)

化學(xué)鍵的知識(shí)內(nèi)容對(duì)于發(fā)展學(xué)生“宏觀(guān)辨識(shí)與微觀(guān)探析”核心素養(yǎng)非常切合，具有獨(dú)特的價(jià)值?；瘜W(xué)鍵單元教學(xué)為2課時(shí)，學(xué)生在問(wèn)題引領(lǐng)下，積極參與學(xué)習(xí)活動(dòng)。學(xué)生通過(guò)完成前述4項(xiàng)任務(wù)，從宏觀(guān)-微觀(guān)-宏微結(jié)合的三個(gè)層次深入認(rèn)識(shí)了化學(xué)鍵的本質(zhì)、分類(lèi)及物質(zhì)的性質(zhì)、應(yīng)用，建立了化學(xué)鍵認(rèn)識(shí)模型，深刻認(rèn)識(shí)了化學(xué)鍵對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的決定作用。同時(shí)，學(xué)生在探究知識(shí)的過(guò)程巾發(fā)展了宏觀(guān)辨識(shí)與微觀(guān)探析方面的化學(xué)核心素養(yǎng)。

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