富 丹

（中山市第一中學(xué) 廣東 中山 528403）

一、問題的提出

1.教學(xué)應(yīng)然

“配合物”是化學(xué)學(xué)科的重要概念之一，在新課標（2020年修訂版）中“配合物和配位鍵”在內(nèi)容要求、學(xué)業(yè)要求、質(zhì)量水平描述和教學(xué)建議、實驗活動等方面有明確說明或規(guī)定，詞頻共計10次。且在2019年人教版新教材《普通高中教科書 化學(xué) 選擇性必修2》第三章第四節(jié)“配合物與超分子”第95-104 頁合計占近6 個頁面，多處呈現(xiàn)為小專題或習(xí)題組的形式，并設(shè)計了4個實驗活動進行了豐富的說明和深入探究。近年來的高考卷中有關(guān)“配合物和配位鍵”的判斷、辨析、結(jié)構(gòu)及性質(zhì)特征也時有涉及；而高中學(xué)生化學(xué)競賽中有關(guān)配合物的教學(xué)和考查，更是作為一個重要的專題內(nèi)容來研究與命題。由此可見“配合物”的教學(xué)在中學(xué)化學(xué)整個教學(xué)過程中本應(yīng)具有舉足輕重的地位。

2.教學(xué)實然與目標

但在實際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)：對于此重要內(nèi)容的處理，高中一線教師大多數(shù)采取了以下幾種典型的應(yīng)對措施或手段：第一，整個“配合物”主題往往只用1個教學(xué)課時完成；第二，相關(guān)重要的探究實驗采用播放視頻甚至只是口述實驗形式，更無開展學(xué)生實驗活動；第三，對配合物教學(xué)的整體設(shè)計側(cè)重于讓學(xué)生了解和識記相關(guān)概念和實驗現(xiàn)象；第四，在教學(xué)評價方面很少涉及甚至回避有關(guān)“配合物和配位鍵”的學(xué)科理解性問題和測評試題。其教學(xué)成效不足主要有兩點：一是學(xué)生對相關(guān)概念一知半解甚至一頭霧水；二是不清楚教材為何穿插安排這一關(guān)鍵的教學(xué)內(nèi)容，無法與前后所學(xué)習(xí)的內(nèi)容或章節(jié)建立聯(lián)系。這些教學(xué)實際與新教材相關(guān)內(nèi)容的編排布局、新課標的有關(guān)要求和中學(xué)、大學(xué)相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)銜接的需要明顯不符，如何有效地落實新課標的有關(guān)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)業(yè)水平及其質(zhì)量要求，使學(xué)生能在實驗探究的基礎(chǔ)上，更好地理解“配合物和配位鍵”的相關(guān)概念，并能從“微粒間的作用力”和“物質(zhì)的多樣性”等上位的大概念上找準關(guān)聯(lián)、融會貫通和遷移應(yīng)用是當(dāng)前教學(xué)的努力方向。

二、有關(guān)“配合物”教學(xué)的相關(guān)研究

在中國知網(wǎng)以“配合物、高中化學(xué)、核心素養(yǎng)”等為關(guān)鍵詞進行檢索，共搜到有參考價值的相關(guān)文獻28篇，其中以配合物為中心關(guān)鍵詞的不同的組合的分布情況如圖1所示。經(jīng)過對其探討的主題和內(nèi)容特點分類整合，可歸為下述四大類：素養(yǎng)導(dǎo)向下配合物的教學(xué)研討、配合物的形成與應(yīng)用的實驗探究、計算機軟件輔助配合物教學(xué)、配合物相關(guān)概念模型的構(gòu)建。

圖1 當(dāng)前高中化學(xué)配合物教學(xué)的相關(guān)研究文獻中熱點關(guān)鍵詞分布

圖2 CASES-T模型概念教學(xué)要素

2.1 素養(yǎng)導(dǎo)向下配合物的教學(xué)研討

如文獻［1-9］針對2017版新課標頒布實行和實施素質(zhì)教育以來，就2009版化學(xué)教材中有關(guān)配合物的教學(xué)過程中“如何有效落實化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)”的主要問題，以不同素養(yǎng)發(fā)展指標為重要教學(xué)目標進行教學(xué)設(shè)計和實踐，并展開了不同方式、不同程度的探討與研究。研討中比較有代表性的是諶冰潔在文獻1 中指出：當(dāng)前高中階段有關(guān)“配合物”教學(xué)中存在的教、學(xué)、考等環(huán)節(jié)及測評中的主要問題，通過對“應(yīng)用雜化軌道理論來解決配合物中心原子的空軌道問題、嘗試判斷配位原子、用平衡思想去理解配合物的內(nèi)界組成”等3個核心問題的解決，闡述了如何在化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的指導(dǎo)下，引導(dǎo)學(xué)生更好地進行“配合物”相關(guān)知識的學(xué)習(xí)；并在該文中提出如下教學(xué)建議：教師在處理配合物的內(nèi)容時要盡量避免孤立地看待相關(guān)知識點，且要采用學(xué)生已有的知識基礎(chǔ)去呈現(xiàn)新知，體現(xiàn)出“螺旋式”的教學(xué)方法。在具體實施過程中以NH4+、H3O+、Fe（SCN）3、Na3AlF6（冰晶石）等這些物質(zhì)為切入點，以學(xué)生熟悉的微粒中的成鍵情況來認識配位鍵和配合物，從而減輕學(xué)生在初次面對新知時可能出現(xiàn)的畏難情緒和心理焦慮，同時通過串聯(lián)好舊知與新知之間的關(guān)系來構(gòu)建和完善知識體系，讓學(xué)生認識到“溫故而知新”在認清事物表象和本質(zhì)上帶來的便利。

而惠海濤、倪霞等學(xué)者則在文獻［4-8］中指出：在實驗探究基礎(chǔ)上，可通過初識配合物的基本結(jié)構(gòu)進一步發(fā)展宏觀辨識與微觀探析的核心素養(yǎng)；在深化配合物的成鍵特征活動中提升證據(jù)推理和模型認知能力；在感受配合物的變化中體會科學(xué)探究和創(chuàng)新意識的意義；在欣賞配合物的應(yīng)用中領(lǐng)悟真實情境問題的解決之道。并且基于對學(xué)生批判性思維和實驗探究科學(xué)品質(zhì)培養(yǎng)的目標，通過設(shè)計不同的教學(xué)環(huán)節(jié)和活動來提高學(xué)生在提出假設(shè)、搜集證據(jù)、證實結(jié)論、建立模型、解決問題等不同維度的能力。

2.2 配合物的形成與應(yīng)用的實驗探究

如文獻［10-14］則通過設(shè)計或改編不同的實驗體例，從宏觀現(xiàn)象、微粒變化、數(shù)據(jù)特征等視角促進學(xué)生對配合物與配位鍵的抽象概念與形成過程的理解。其中赫娜在文獻13中通過將課本中的實驗肢解為更加精準的多個平行的定量化實驗，得出了形成和溶解“銅氨配合物”時，為取得最佳實驗效果時對應(yīng)的試劑的用量與濃度，有效地增強了所學(xué)知識的趣味性和科學(xué)性，并且有助于教師更好地認識所授知識，也能幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)相關(guān)概念，在探究實驗中培養(yǎng)學(xué)生細致入微的觀察能力和嚴謹務(wù)實的科學(xué)態(tài)度。

2.3 計算機軟件輔助配合物教學(xué)

文獻［15-17］中分別提到了當(dāng)前主流的化學(xué)結(jié)構(gòu)作圖和顯示軟件，從而在不同層面、不同側(cè)重點上讓物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)可視化，使抽象的概念更加直觀化。如應(yīng)用Diamond 軟件來輔助配位化學(xué)課程教學(xué)，可以幫助學(xué)生更便捷地學(xué)習(xí)和理解相關(guān)的基本概念、配位模式、空間構(gòu)型、化學(xué)鍵理論、鍵長和鍵角等相對枯燥抽象的理論知識。不僅有助于教師使教學(xué)過程形象化、直觀化，還能擴寬學(xué)生的視野，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)配位化學(xué)的興趣，培養(yǎng)他們學(xué)習(xí)化學(xué)的積極性，提高了學(xué)生的空間想象能力和深層次的思維水平，而且為他們將來從事科研工作奠定了素養(yǎng)基礎(chǔ)。又如運用功能豐富、操作方便簡捷的Mercury軟件輔助教學(xué)，向?qū)W生現(xiàn)場演示其配位環(huán)境、氫鍵作用、鍵長、鍵角、二面角及粉末衍射等信息，其教學(xué)過程操作簡單，內(nèi)容逐步深入，把傳統(tǒng)教學(xué)中多個孤立的知識點生動活潑地串聯(lián)起來，并能與相關(guān)教育科研成果相結(jié)合，使有關(guān)內(nèi)容中抽象的結(jié)構(gòu)更為形象化、直觀化，增強教學(xué)活動的生動性，提升學(xué)生的理解水平。

2.4 配合物相關(guān)概念模型的構(gòu)建

而文獻［18-28］中通過聚焦不同的核心問題，在不同的主流理論基礎(chǔ)上，提出了構(gòu)建配合物相關(guān)概念的模型的詳盡步驟、實踐過程和施教效果，劍指學(xué)科理解的本質(zhì)要害。其中極具代表性的有文獻18報道的基于CASES-T 模型的概念建構(gòu)，該模型通過對教學(xué)內(nèi)容、活動、策略、情境以及評價等進行合理的設(shè)計整合，所設(shè)計出的課堂可以有效達成“素養(yǎng)為本”的教學(xué)目標。問題是如何在實際課堂教學(xué)中解決“基于CASES-T 模型來整合好教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)活動、教學(xué)情境、教學(xué)評價和教學(xué)策略最終為教學(xué)目標服務(wù)”這一核心問題呢？筆者認為應(yīng)該在教學(xué)一線不斷嘗試，通過教學(xué)實踐活動豐富和發(fā)展CASES-T 模型的內(nèi)涵。如以“配合物的形成與應(yīng)用”這一課例的課堂教學(xué)設(shè)計為例，闡述基于CASES-T模型構(gòu)建以“素養(yǎng)為本”的有效課堂的最佳實踐路徑，同時設(shè)置了層層遞進式的問題將教學(xué)任務(wù)問題化，在任務(wù)推進中引導(dǎo)學(xué)生思維逐步向前發(fā)展，再強調(diào)此類配位鍵正是配合物與其他物質(zhì)最本質(zhì)的區(qū)別，最后使配位化合物的概念呼之欲出。具體設(shè)計時將教學(xué)內(nèi)容進行任務(wù)分解與任務(wù)協(xié)同，按照“配合物”相關(guān)知識獲得的邏輯順序，將教學(xué)內(nèi)容“分解”成“配合物的制備實驗探究與分析、配合物形成的理論分析、配合物的概念界定與組成分析、配合物的性質(zhì)探討、配合物結(jié)構(gòu)的異構(gòu)分析”等五個思維關(guān)聯(lián)的教學(xué)任務(wù)，這五個教學(xué)任務(wù)層層遞進，層次分明，任務(wù)的逐一分析和解決過程也是整個教學(xué)目標達成的過程。通過對教學(xué)案例的總結(jié)得出如下結(jié)論：基于CASES-T模型可使“教學(xué)目標素養(yǎng)化、教學(xué)情境真實化、教學(xué)內(nèi)容任務(wù)化、教學(xué)活動多樣化、教學(xué)評價適時化、教學(xué)策略智慧化”，成就發(fā)展學(xué)生素養(yǎng)的化學(xué)課堂。

又如李綺琳等在文獻19中報道：從“配合物”概念教學(xué)中值得探討的疑難問題出發(fā)，以認知-建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論為理論基礎(chǔ)，以手持數(shù)字化技術(shù)為技術(shù)支持，構(gòu)建了如圖3所示的TQVC概念認知模型，通過精心設(shè)計的手持技術(shù)實驗，以pH 和電導(dǎo)率為重要測量參數(shù)，用相應(yīng)傳感器對“銅氨配合物”的形成與破壞兩個過程進行了深入探究。并根據(jù)四重表征模型，從宏觀、微觀、符號、曲線4個視角對反應(yīng)過程進行了詳盡而極具說服力的分析和深入討論，從而揭示了配位和解離反應(yīng)的本質(zhì)，論證了基于TQVC 概念認知模型設(shè)計促進學(xué)生對“配合物”概念學(xué)習(xí)的手持技術(shù)數(shù)字化實驗的科學(xué)有效性，幫助學(xué)生實現(xiàn)了對“配合物”概念的多維度的有效建構(gòu)。

圖3 配合物的TQVC概念認知模型

三、研究啟示與問題解決的設(shè)想

3.1 已有研究的啟示

從暫時搜到的相關(guān)有參考價值的文獻的數(shù)量來看，遠遠低于以“化學(xué)鍵+高中化學(xué)”為“篇關(guān)摘”進行搜索時的文獻數(shù)量（共162篇），表明當(dāng)前高中教學(xué)關(guān)于“配合物”主題的相關(guān)研究范圍還不夠廣泛，筆者認為這與新課標頒布和新教材使用的時間還不長有關(guān)。同時發(fā)現(xiàn)以“配合物+高中化學(xué)、配合物+核心素養(yǎng)、配合物+概念教學(xué)”等組合為關(guān)鍵詞搜索的文獻中重合率較高，表明當(dāng)前高中教學(xué)對“配合物”主題的相關(guān)研究過于集中、視角較窄；筆者認為這與當(dāng)前大多一線教師對“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”這本選修教材開設(shè)和探討不充分，對配合物的教學(xué)實施過程淺嘗輒止的現(xiàn)狀聯(lián)系密切。但讓人欣慰的是這28篇中近20篇集中探討了“配合物”相關(guān)學(xué)科素養(yǎng)發(fā)展、概念模型的構(gòu)建與實施過程，這些研究深入探討了所選體例或模型的理論基礎(chǔ)、模型原理或?qū)嶒炋骄康膭?chuàng)新點，對高中學(xué)生學(xué)習(xí)“配合物和配位鍵”這一主題的思維水平的發(fā)展有很好的啟迪作用，同時也為一線高中化學(xué)教師及大專院校師范生進行“配合物”概念教學(xué)提供了樣本，有很好的參考或借鑒價值。

3.2 問題解決的設(shè)想

為了使有關(guān)“證據(jù)推理和模型認知”“變化觀念和平衡思想”“宏觀辨識與微觀探析”等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)在“配合物”的概念教學(xué)中進一步落地與發(fā)展，筆者認為概念教學(xué)應(yīng)該以促進學(xué)生的認知和理解水平為基點，并必備如下四個要素：1.教學(xué)設(shè)計中有清晰的目標導(dǎo)向；2. 需要有科學(xué)的實驗和規(guī)范的符號等豐富的證據(jù)和視角；3. 需要現(xiàn)代化的信息技術(shù)手段作支撐；4. 鋪墊好必要的問題臺階和腳手架，幫助學(xué)生突出建構(gòu)過程和思維方法的提升。進一步考查對上述這些文獻所整合的四個類別，它們之間的對應(yīng)關(guān)系可簡化為如下表1所示，從而形成對相關(guān)概念的“四位（4個必備要素）一體（1個基點）”的整體認知。

表1 概念教學(xué)必備要素與文獻類別對應(yīng)關(guān)系表

同時，對“配合物和配位鍵”概念的深度學(xué)習(xí)和理解，有助于幫助學(xué)生構(gòu)建或生成上位的學(xué)科大概念——物質(zhì)的多樣性和微粒間的作用力，而與此相關(guān)的宏觀與微觀視角學(xué)科大概念分析整理如表2所示。

表2 不同視角下與配合物相關(guān)的學(xué)科概念

從宏觀上認識到配位化合物與離子化合物和共價化合物有一定關(guān)聯(lián)但又有差別，與無機化合物及有機化合物存在交集但側(cè)重點又不一樣，體現(xiàn)了物質(zhì)特別是化合物的多樣性特點；而從微觀層面來看，配合物中除“必含配位鍵”這類特殊的共價鍵外，還可能含有離子鍵、金屬鍵等化學(xué)鍵，以及氫鍵和范德華力等分子間的作用力，體現(xiàn)出構(gòu)成物質(zhì)的微粒的多樣性及它們之間作用力的復(fù)雜性。從而更好地促進師生形成結(jié)構(gòu)觀、微粒觀、變化觀和平衡觀等化學(xué)學(xué)科觀念，其基本模型及相互關(guān)聯(lián)如圖4所示。

圖4 化學(xué)學(xué)科觀念形成的高中化學(xué)概念教學(xué)模型

通過理順它們的邏輯關(guān)系，鼓勵學(xué)生聯(lián)想初中化學(xué)學(xué)習(xí)以來的關(guān)于物質(zhì)類別與微觀結(jié)構(gòu)、屬性和用途等所學(xué)習(xí)的內(nèi)容的前后聯(lián)系和因果關(guān)系，畫出思維導(dǎo)圖或概念地圖，從而把握相關(guān)概念的本質(zhì)與特征，提升融會貫通和遷移應(yīng)用的學(xué)科理解能力。