林珍珍

［摘 要］化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)是高中化學(xué)教學(xué)活動的重點內(nèi)容。文章具體闡述如何深入挖掘新人教版高中化學(xué)教材選擇性必修2中“微粒間的相互作用”的相關(guān)知識資源、圖片資源、數(shù)據(jù)資源、章末資源等并用于設(shè)計復(fù)習(xí)教學(xué)，以及探討深度整合教材資源、培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的方法途徑，為全面落實和發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)提供參考。

［關(guān)鍵詞］深度整合；教材資源；核心素養(yǎng)；微粒；相互作用

［中圖分類號］? ? G633.8? ? ? ? ［文獻標(biāo)識碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2023）23-0060-04

2020年秋季，浙江省開始使用新人教版高中化學(xué)教材，其中選擇性必修2《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》模塊內(nèi)容時隔多年后再次納入高考范圍。在新教材、新高考形勢下，教師需要在把握課程標(biāo)準(zhǔn)和教材的關(guān)系的基礎(chǔ)上，依據(jù)學(xué)情對教材進行二次開發(fā)［1］，設(shè)計有效教學(xué)，以優(yōu)化教學(xué)路徑。微粒間的相互作用包括離子鍵、共價鍵、金屬鍵、配位鍵以及范德華力和氫鍵等，是本模塊的教學(xué)重點，也是教學(xué)難點，其內(nèi)容抽象、關(guān)系復(fù)雜、題型多變。教師在上“微粒間的相互作用”復(fù)習(xí)課時，應(yīng)合理利用教材內(nèi)容、圖片、數(shù)據(jù)、章末小結(jié)等資源，并進行深度挖掘與整合，以充分發(fā)揮它們的教學(xué)價值，幫助學(xué)生形成全面、深刻的微粒觀，使學(xué)生學(xué)會多角度建立分析問題的方法和模型，從而使學(xué)科核心素養(yǎng)的培育落地生根。

一、知識資源再融合——模型建構(gòu)

“模型”是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對認識對象所做的一種簡化的描述，可定性、定量，還可借助于具體實物、其他形象化手段或抽象的形式來表達。在解決化學(xué)問題時，使用化學(xué)語言和方法，從復(fù)雜的化學(xué)問題、條件和現(xiàn)象中簡化、抽象出化學(xué)模型的過程就是化學(xué)模型的建構(gòu)過程。通過對晶體內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)認識了簡單晶體結(jié)構(gòu)模型，但在解決復(fù)雜晶體問題時還不能綜合應(yīng)用相關(guān)知識。因此，教師需要整合教材內(nèi)容，幫助學(xué)生建立解決復(fù)雜晶體問題的結(jié)構(gòu)模型。

在“配合物與超分子”一節(jié)中，教材通過設(shè)問“無水硫酸銅是白色的，但CuSO4·5H2O晶體卻是藍色的，這是為什么呢？”［2］進而引入實驗，并得出結(jié)論“呈藍色的是［Cu（H2O）4］2+”。那么，CuSO4·5H2O晶體中最后一個水分子是如何結(jié)合的呢？教師可以利用這一教學(xué)素材引導(dǎo)學(xué)生進行思考、總結(jié)，建構(gòu)復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)模型。教材在介紹“離子晶體”時提到CuSO4·5H2O晶體等大量離子晶體的陰離子或陽離子不是單原子離子，有的還存在電中性分子，這些晶體中還存在共價鍵、氫鍵等，啟發(fā)學(xué)生依據(jù)微粒間相互作用的類型，推斷出H2O與H2O或SO[2-4]間應(yīng)該是氫鍵作用，進而將CuSO4·5H2O晶體的微觀結(jié)構(gòu)具象化（如圖1），引導(dǎo)學(xué)生分析并建構(gòu)模型：2個H2O分子與Cu2+以配位鍵結(jié)合；還有2個H2O分子與Cu2+形成配位鍵又與第5個H2O分子形成氫鍵；第5個H2O分子與周圍的SO[2-4]和H2O分子形成4個氫鍵。因此，CuSO4·5H2O也可以寫作［Cu（H2O）4］SO4·H2O。

晶體結(jié)構(gòu)決定晶體性質(zhì)，對此教師可進一步設(shè)置相關(guān)問題培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用模型的能力。如：CuSO4·5H2O受熱失去結(jié)晶水的順序是怎樣的？學(xué)生可根據(jù)模型中5個H2O分子結(jié)合力的不同做出判斷：逐步失去2個、2個、1個H2O。那么，此模型是否也適用于其他硫酸鹽晶體呢？教師可為學(xué)生提供FeSO4·7H2O的晶體結(jié)構(gòu)（如圖2），讓學(xué)生獨立分析得出結(jié)論：FeSO4·7H2O晶體中，3個H2O分子與Fe2+形成一個配位鍵，還有3個H2O分子與Fe2+形成一個配位鍵和一個氫鍵，最后一個H2O分子只形成4個氫鍵（圖中未畫完全），所以也可寫作［Fe（H2O）6］SO4·H2O；受熱分解情況與CuSO4·5H2O類似，逐步失去3個、3個、1個H2O。在此基礎(chǔ)上，教師可向?qū)W生提供脫水熱重曲線，引導(dǎo)學(xué)生從晶體性質(zhì)的角度印證對晶體結(jié)構(gòu)的判斷。至此，學(xué)生可抽象、簡化出過渡金屬硫酸鹽晶體結(jié)構(gòu)的基本模型：部分H2O分子作為配體與金屬離子結(jié)合生成配離子，其余H2O分子則通過氫鍵結(jié)合形成晶體的空間結(jié)構(gòu)。

接著，分析NH3·H2O的結(jié)構(gòu)。在必修第二冊教材中提到氨氣溶于水時，會與H2O結(jié)合成NH3·H2O，那么NH3·H2O分子是通過什么作用力結(jié)合的呢？基于氫鍵的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)知道NH3和H2O分子之間會形成氫鍵，理論上會出現(xiàn)如圖3所示的兩種結(jié)構(gòu)。哪一種結(jié)構(gòu)更符合真實情況呢？教師引導(dǎo)學(xué)生從證據(jù)角度進行推理：從實驗事實來看，氨水呈堿性，NH3·H2O在水中電離出NH4+和OH-；從結(jié)構(gòu)角度來看，N的電負性比O小，更容易提供孤電子對形成配位鍵，因此在配離子的穩(wěn)定性上NH[+4] > H3O+，故結(jié)構(gòu)B更符合真實情況。

以上教學(xué)設(shè)計通過深度挖掘、整合教材內(nèi)容，將碎片化的知識轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)化、結(jié)構(gòu)化的認知模型，既能充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，又能引導(dǎo)學(xué)生重組化學(xué)知識，形成對知識結(jié)構(gòu)的理解圖式，完成對復(fù)雜晶體結(jié)構(gòu)模型的自我建構(gòu)，促進學(xué)生深入理解知識及提升化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

二、圖片資源再設(shè)問——類比遷移

“類比遷移”是指兩個或兩個以上的已知對象雖然有差異，但它們之間有著相同的性質(zhì)和聯(lián)系，以此作為依據(jù)，由已知對象的性質(zhì)或聯(lián)系來獲取未知對象的性質(zhì)或聯(lián)系［3］。簡而言之，就是運用解決熟悉問題的方法去解決新問題?！拔⒘ｉg的相互作用”這部分內(nèi)容，教材提供了大量的微觀模型圖片資源，這些圖片是對學(xué)生進行類比遷移訓(xùn)練的良好素材，然而在實際教學(xué)中大部分教師對此只是一帶而過，大為可惜。教學(xué)中，教師應(yīng)深入解讀圖片信息，設(shè)置問題鏈對學(xué)生進行類比訓(xùn)練并對相似問題鏈進行類比遷移，讓學(xué)生在新舊知識銜接的基礎(chǔ)上解決新問題、形成新認知、提升核心素養(yǎng)。

例如，教材中提供了“硅酸鹽晶體中的陰離子舉例”示意圖（如圖4-1），對圖片信息進行分析可知硅酸鹽的陰離子的基本結(jié)構(gòu)單元為硅氧共價鍵形成的硅氧四面體（如圖4-2）。通過共用頂角氧原子可形成有限數(shù)目硅氧四面體構(gòu)建的簡單陰離子，也可以形成一維、二維、三維無限伸展的共價鍵骨架（如圖4-3）。這一教學(xué)素材簡單且生動地將硅酸鹽的陰離子的結(jié)構(gòu)特征呈現(xiàn)給了學(xué)生。

教師可以設(shè)計問題鏈對學(xué)生進行如表1所示的類比訓(xùn)練，啟發(fā)學(xué)生找到各問題的共同要素，理解問題間的區(qū)別和聯(lián)系，進一步提升學(xué)生的類比遷移能力。首先引導(dǎo)學(xué)生確定結(jié)構(gòu)中的重復(fù)單元是有限的還是無限的，然后分析減少氧原子的數(shù)目，最后依據(jù)各元素化合價不變寫出復(fù)雜離子的符號。通過對學(xué)生進行“少—多—無限”的認知訓(xùn)練，建立解決有關(guān)硅酸、磷酸、硫酸、硼酸等易形成各種多聚含氧酸根離子類問題的思維和認知模型，便于學(xué)生解決更多類似問題，提升類比遷移能力。例如，教師可以設(shè)計如下練習(xí)：1.海產(chǎn)品添加劑多聚磷酸鈉是由Na+與多聚磷酸根離子組成的（如圖5），請寫出這種多聚磷酸鈉的化學(xué)式。2.如圖6是鏈狀結(jié)構(gòu)的多硼酸根和硼砂晶體中陰離子的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，請寫出多硼酸根和環(huán)狀陰離子的化學(xué)式。

基于教材圖片資源進行的類比遷移可以鍛煉學(xué)生讀圖、識圖的能力，培養(yǎng)學(xué)生宏微結(jié)合的符號表征技能，更重要的是可以使學(xué)生原有的知識、認知結(jié)構(gòu)得到有效的整合，同時又能促進學(xué)生類比思維的發(fā)展，對學(xué)生基本技能的提升及創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)都具有重要的意義。

三、數(shù)據(jù)資源再分析——比較學(xué)習(xí)

“比較”是現(xiàn)代教學(xué)中常用的教學(xué)方法，運用比較學(xué)習(xí)法能夠讓學(xué)生正確區(qū)分兩種較為相似的物質(zhì)或知識點之間的異同，加深學(xué)生印象，降低知識混淆概率，深化學(xué)生的認知。在化學(xué)教學(xué)中，從宏觀角度對物質(zhì)的性質(zhì)進行比較是學(xué)生較為擅長的，但從微觀角度探究物質(zhì)的差異性，尤其是通過數(shù)據(jù)資源對宏觀性質(zhì)進行定量表征則是學(xué)生比較欠缺的。教材在“微粒間的相互作用”這部分內(nèi)容中提供了多種數(shù)據(jù)資源。對數(shù)據(jù)資源進行分析利用，將其轉(zhuǎn)化為“有效的信息資源”，有利于培養(yǎng)學(xué)生宏觀辨識與微觀探析以及證據(jù)推理與模型認知的核心素養(yǎng)。

例如，氫鍵是影響物質(zhì)熔沸點和溶解性的重要因素，但高考命題并不局限于“分子間氫鍵使熔沸點升高，分子內(nèi)氫鍵使熔沸點降低”這一內(nèi)容，?？碱}型為比較兩種或多種物質(zhì)熔沸點的高低并解釋原因。教師可利用2022年浙江6月選考第26題中的“乙醇的揮發(fā)性比水的強，原因是? ? ? ? ? ? ?”，啟發(fā)學(xué)生分別從“定性角度”和“定量角度”進行思考：由揮發(fā)性可知乙醇沸點比水低，分析發(fā)現(xiàn)兩者都能形成分子間氫鍵，那么兩者氫鍵的強度如何？學(xué)生查閱教材數(shù)據(jù)資料（見表2），發(fā)現(xiàn)乙醇分子間氫鍵的強度大于水，進而想到要比較形成氫鍵數(shù)目的多少：1個H2O分子形成2個氫鍵，而1個C2H5OH分子只能形成1個氫鍵，即答案為“H2O之間形成氫鍵的數(shù)目比C2H5OH多”。教師可進一步設(shè)計思維容量較大的比較問題，強化學(xué)生的數(shù)據(jù)應(yīng)用意識，并引導(dǎo)學(xué)生建立解決問題的一般思路。如比較CH4、NH3、H2O、HF的沸點大小并解釋原因。在解決問題的過程中，學(xué)生逐步建立程序化的思維過程：1.判斷是否含氫鍵。CH4不存在分子間氫鍵，沸點最低；2.比較氫鍵數(shù)目。1個NH3、HF分子各形成1個氫鍵，1個H2O分子形成2個氫鍵，H2O的沸點最高。3.比較氫鍵強度。HF分子間的氫鍵強度大于NH3，因此HF沸點高于NH3。

又如，CO和N2的相對分子質(zhì)量相同，兩者的成鍵方式和某些性質(zhì)有相似之處，可依托教材中的數(shù)據(jù)資源對兩者進行比較學(xué)習(xí)。對教材中氣體的溶解度數(shù)據(jù)（見表3）進行分析可知，非極性分子（如N2）的溶解度均較小，極性分子的溶解度較大。

反常的是，極性分子CO在水中的溶解度卻很小，這是為什么呢？首先引導(dǎo)學(xué)生猜測“CO分子極性微弱”，然而查閱數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)C的電負性為2.5，O為3.5，相差1.0，比HCl（H和Cl相差0.9）還要大，但CO在水中的溶解度遠遠小于HCl。這一矛盾激發(fā)了學(xué)生進一步探究的欲望，并得出“這是分子結(jié)構(gòu)不同造成的”的結(jié)論：HCl分子中H和Cl原子形成H—Cl單鍵，而CO分子中C和O原子各提供一個含單電子的2p軌道“頭碰頭”重疊形成一個σ鍵，再各自提供一個含單電子的2p軌道，“肩并肩”重疊形成一個π鍵，最后C的2p空軌道和O的一個含孤電子對的2p軌道形成一個配位π鍵，可以表示為[C][O] 。這個π配鍵在一定程度上抵消了因碳和氧之間電負性差所產(chǎn)生的極性，使氧原子端的電子云密度和碳原子端的電子云密度接近，因此CO的極性不大，在水中的溶解度很小。接下來，教師提出問題：CO和N2的物理性質(zhì)相似，那么化學(xué)性質(zhì)呢？學(xué)生已經(jīng)知道CO比N2活潑，也初步具備了利用數(shù)據(jù)的證據(jù)意識：通過分析表4中的相關(guān)鍵能數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)，CO斷裂第一個化學(xué)鍵需要1071.9-798.9=273 kJ/mol，而N2則需要941.7-418.4=523.3 kJ/mol，這造成了CO的鍵能雖比N2略大，但化學(xué)性質(zhì)卻比N2要活潑。最后，強化學(xué)生對“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”這一化學(xué)學(xué)科觀念的認識：CO和N2分子中三重鍵的特點并不完全相同。N2分子中負電荷分布是對稱的，而CO卻是不對稱的，C原子略帶負電荷，再加上C的電負性比N小，因此CO比N2較易給出電子對向過渡金屬原子（離子）配位生成較穩(wěn)定的配合物。

基于教材數(shù)據(jù)資源進行比較學(xué)習(xí)的實例還有很多，如“利用鍵能比較氫化物的穩(wěn)定性”“利用溶解度數(shù)據(jù)解釋相似相溶規(guī)律”“利用數(shù)據(jù)比較分子間作用力、共價鍵、氫鍵的強度”等。數(shù)據(jù)資源的合理和有效運用，使得問題的解決宏觀有理、微觀有據(jù)，有助于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴謹?shù)臄?shù)據(jù)觀和證據(jù)意識。

四、章末資源再利用——整理提升

“整理提升”是將教材知識條理化、系統(tǒng)化的過程，既能起到鞏固復(fù)習(xí)、挖掘規(guī)律、訓(xùn)練思維的作用，又能幫助學(xué)生查漏補缺、構(gòu)建知識體系，提升知識、能力、情感三重素養(yǎng)。因此，加強整理提升的實效性在復(fù)習(xí)教學(xué)中尤為重要。那么，如何實現(xiàn)行之有效的整理提升呢？在教學(xué)設(shè)計花樣繁多的大環(huán)境下，回歸教材仍然是教學(xué)的起點。新教材的每一章的末尾都會通過框圖關(guān)系、列表填空、文字說明等形式對本章內(nèi)容進行小結(jié)，幫助學(xué)生歸納整理，并提供習(xí)題以便學(xué)生復(fù)習(xí)與提高。教師可充分利用章末資源，幫助學(xué)生對所學(xué)知識進行查漏補缺、梳理知識脈絡(luò)、構(gòu)建知識體系，引導(dǎo)學(xué)生再認識所學(xué)知識，進一步內(nèi)化化學(xué)思想方法，真正提高解決化學(xué)問題的能力。

例如，在“微粒間的相互作用”的復(fù)習(xí)教學(xué)中，教師首先可借助教材中的知識網(wǎng)絡(luò)組織教學(xué)環(huán)節(jié)一“自主回顧——知識梳理”：指導(dǎo)學(xué)生明晰“共價鍵和分子空間結(jié)構(gòu)”的知識主線，自主復(fù)習(xí)各概念的核心要點，交流討論，深入理解知識間的邏輯關(guān)系，繪制知識網(wǎng)絡(luò)圖，實現(xiàn)知識結(jié)構(gòu)化；然后組織教學(xué)環(huán)節(jié)二“預(yù)測解釋——典例分析”：學(xué)生依據(jù)教材提供的“雜化軌道類型”表格填空對分子的空間結(jié)構(gòu)進行預(yù)測和解釋，梳理不同雜化軌道的特征并學(xué)會判斷，再利用教材第51頁第9題進一步強化、鞏固和提升；接著，組織教學(xué)環(huán)節(jié)三“宏微結(jié)合——學(xué)以致用”：引導(dǎo)學(xué)生分析討論完成“分子結(jié)構(gòu)與物質(zhì)的性質(zhì)”一欄的填空，從微觀角度分析范德華力、氫鍵、分子極性對物質(zhì)宏觀性質(zhì)的影響，強化“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)、性質(zhì)反映結(jié)構(gòu)”這一學(xué)科基本觀念，提升學(xué)生“宏觀辨識與微觀探析”的核心素養(yǎng)；最后，組織教學(xué)環(huán)節(jié)四“歸納總結(jié)——鞏固提升”：選取教材第66頁第12題和第13題作為鞏固練習(xí)，讓學(xué)生基于習(xí)題的解答對涉及的知識點做深入的總結(jié)，并思考如何能進行更有效的應(yīng)用。為了進一步鍛煉學(xué)生的思維能力，還可利用教材第66頁第14題引導(dǎo)學(xué)生分析與水分子結(jié)構(gòu)相似的OF2的極性很小的原因，通過開放性的習(xí)題啟發(fā)學(xué)生全面分析兩種分子的結(jié)構(gòu)，鍛煉學(xué)生思維的靈活性和發(fā)散性，進而提升學(xué)生的綜合應(yīng)用能力。

綜上可知，高中化學(xué)新教材中蘊含著非常豐富的知識、圖片、數(shù)據(jù)等教學(xué)資源。教師要積極地領(lǐng)會新教材的變化，深度挖掘和應(yīng)用教材資源，積極開發(fā)新的教學(xué)策略和途徑：通過知識資源的再融合建構(gòu)模型，為學(xué)生提供解決復(fù)雜問題的方法和抓手；利用類比遷移法對圖片資源再設(shè)問，激發(fā)學(xué)生的探究欲望，促進新舊知識的銜接；采用比較學(xué)習(xí)法對數(shù)據(jù)資源進行再分析，提升學(xué)生“證據(jù)推理”“微觀探析”的核心素養(yǎng)；利用章末資源的再次整理提升，實現(xiàn)知識關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)化、認識思路和核心概念的結(jié)構(gòu)化。同時，教師還要不斷開發(fā)基于教材整合的其他教學(xué)方法和策略，從而切實落實學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，努力實現(xiàn)當(dāng)前的教育目標(biāo)。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?］

［1］? 李勤.化學(xué)有效課堂構(gòu)建中教材資源的二次開發(fā)［J］.課程教材教學(xué)研究（中教研究），2019（合刊3）：17-19.

［2］? 人民教育出版社，課程教材研究所，化學(xué)課程教材研究開發(fā)中心.普通高中教科書? ? 化學(xué)? ? 選擇性必修2［M］.北京：人民教育出版社，2020.

［3］? 劉宗寅，呂志清.化學(xué)發(fā)現(xiàn)的藝術(shù)：化學(xué)探索中的智慧聚合［M］.青島：中國海洋大學(xué)出版社，2003.

（責(zé)任編輯 羅 艷）