齐红涛论文化学教育[2]文章修改定

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1、高中化学选修模块教材物质结构与性质对学生认识发展的影响研究齐红涛赵河林(山西太原五中030012.山西大学附属中学030006)摘要 本研究具体探查了学生对于“物质结构与性质”这部分内容的已有认识和认识方式， 发现学生在“原子结构”、“微粒间的相互作用”和“物质的聚集状态”方面的已有认识及 认识方式存在着不少问题。随后运用北师大“新世纪”(山东科技版)高中化学选修模块教 材物质结构与性质对学生施加影响，通过多种方法研究学生认识方式的转变以及认识 的形成发展。在此基础上，对在学生认识的发展过程中教材和不同的教学方式、教学策略 所起的作用分别进行了讨论。关键词认识方式理解力认识物质结构与性质作为高

2、中化学新课程的 一个选修模块，侧重于帮助学生了解人类探索物 质结构的重要意义和基本方法，研究物质构成的 奥秘，认识物质结构与性质之间的关系，提高分 析问题和解决问题的能力。针对“物质结构与性质”这部分内容的教学 研究，一般局限于物质结构有关的概念间逻辑关 系的梳理与建构，忽视了学生化学认识的的形成 发展，忽视了学生对物质及其变化的理解力的形 成。本研究的目的就在于深入探查学生对于这部 分内容的已有认识和已有的认识方式，运用“新 世纪”版高中化学选修模块教材物质结构与性 质对学生施加影响，通过各种方法研究学生认 识方式的转变以及认识的形成发展。1对学生已有认识及认识方式的测查对学生已有认识及认识

3、方式的测查，是围绕 “原子结构”、“微粒间的相互作用”和“物质的 聚集状态与物质性质” 3部分进行的。(1) 学生对于“原子结构”的认识方式主 要集中在图1所示的三个方面。学生对于“原子结构与元素性质的关系”存 在着各种糊涂的认识，如有些学生将单质的性质 误认为是元素的性质，还有些学生将原子结构、 元素在周期表中的位置误认为是对元素性质的描 述。打：微观电子运动状态、乱而无序图1原子结构认识层次图(2) 对于微粒间的相互作用，我们以共价 键作为主要讨论对象，学生对于共价键的认识处 于“经典价键理论”的阶段。而对“微粒间的相 互作用与物质性质的关系”的认识，学生已经意 识到元素的性质会对分子性质

4、产生影响，同时认 识到相互作用的强弱也会对分子性质产生影响。(3) 学生对物质的聚集状态的认识属于粒 子模型，也就是说他们已经完成了物质的连续模 型到粒子模型的转变；其次，大部分学生还清楚 地认识到构成物质的微粒不是静止的，而是杂乱 无章地运动，在运动的过程中，有可能发生碰撞。 而对于“物质的聚集状态与物质性质的关系”的 认识，我们发现学生并没有意识到物质的某些性 质和物质的聚集状态是紧密相关的。那么，在物质结构与性质选修模块教材 学习前，学生对于有关物质结构与性质的基本知 识之间的相互关系是怎样认识的呢？我们发现： 有些学生的物质结构知识和物质性质的知识是完 全孤立的，也有一些学生认为物质的

5、结构和性质 之间是有一定关系的。在物质结构部分，这部分 学生能够在物质类别、作用力的类别、构成微粒 等之间建立联系，形成了较好的结构。2教材中的认识结构分析从北师大“新世纪”（山东科技版）高中化学 选修模块教材物质结构与性质整本教材来看， 学生应当形成的认识主要包括两个层面：一个是 结构层面的认识，一个是性质层面的认识，这两 个层面之间存在着密切的关系，即结构决定性质。 教材对于这两部分内容的编排是将结构知识以及 利用这部分结构知识能理解的有关性质的问题自 然地揉合在一起。教材内容划分为3部分，每部 分自成体系，又和其他两部分紧密相关。这3部 分内容分别为：第一章“原子结构”；第二章“微和物质

6、的聚集状态有关的性质存在图2物质结构与性质选修模块教材的整体结构示意图粒间的相互作用”；第三章“物质的聚集状态与物 质性质”。该选修模块教材的整体结构可以用图2 表示：第一章是围绕原子结构和元素性质这样两个 核心内容展开的。对于原子结构的问题，教材从 量子力学模型的角度引导学生认识原子内部的结 构，而后侧重分析原子结构和元素周期表的内在 联系。对于元素性质的问题，教材集中讨论了电 离能和电负性等，进一步得出结论：它们的周期 性变化是原子结构中核外电子排布的周期性变化 导致的。第二章内容包括化学键和分子间相互作用 两部分。对于化学键的有关内容，共价键的问题 讨论较多，既指出了共价键的分类、各种键

7、参数， 又对形成分子的构型进行了充分的讨论。而分子 间相互作用是一类弱相互作用，存在于分子之间。第三章的教材内容主要是围绕晶体这种聚 集状态展开的，又不仅仅局限于这一种聚集状态。 教材这样编排，旨在帮助学生形成微粒一微粒间 的相互作用一物质的聚集状态3个层次的认识， 而不是把物质的聚集形式仅仅局限于晶体一种。 物质的聚集状态随构成物质的微粒种类、微粒间 的相互作用、微粒聚集程度的不同而有所不同。 就整本教材而言，专家的认识如图3 （见下页）。 3教材实施进程中对学生认识的跟踪测查及分析运用北师大“新世纪”（山东科技版）高中化 学选修模块教材物质结构与性质对学生施加 影响后，学生的认识方式发生了

8、转变，认识发展 到了一定程度。3.1原子结构部分第一章“原子结构”教学实施后，对“核外 电子运动状态”的认识，很大一部分学生能够非 常自觉地采取量子力学的认识方式，彻底地改变 了自己过去认为的有形轨道、圆周运动等，他们 意识到电子的运动不是完全无序的，而是有一定 规律可循的。对于如何描述元素的性质，学生提 到了电离能、电负性、电子亲和能和化合价等， 他们的认识方式完成了由宏观到微观、从定性到 定量的转变。学生对原子结构、元素周期表和元素性质三 者的关系产生了新的认识，在解决有关问题的过程中，学生能够激活自己所绘制的认识结构图中地采取量子力学的认识方式来认识共价键的本的有关部分来解决相关问题，也

9、就是说学生已经质。在测查学生对于“分子间作用力”的认识的具备了一定的理解力或者是解释力。时候，测查题不是让这个问题孤立地出现，而是认识方式物质的某些性质与物质的聚集状态紧密相关延性、展性-和可塑性硬度和熔点和沸点和离子晶体/有关的性质和金属晶体和原子晶体有关的性质有关的性质熔点和沸点和分子晶体、有关的性质 离子结构功 能 性 结 构晶体的性质和微粒、相互作用、聚集状态均有关的性质决定成一定聚集状/态的物质 晶体离子键强弱离子键金属键强弱金属键I欢g相互作用共价键r.共价键的键能成形分子间作用力键长和键角电子原子结构一原子 微粒共 ,种构价 分子镶 /X态的物质、分子间作分子结构离子晶体/晶体

10、分子晶体用力强弱 离子晶体采用/ 金属晶体-原子晶体分子晶体尽 不等径圆球的可能采用紧密堆积方式 金属晶体采用原子晶体采用比”密堆积方式等径圆球的密.较松散的空间立堆积方式认识方式-物质是微粒通过体网状结构定的排列方式聚集而成的图3 “物质结构与性质”有关内容的专家认识示意图3.2微粒间的相互作用部分第二章“微粒间的相互作用”教学实施后， 学生对于共价键的认识已经由原来的“经典价键 理论”转变为“现代价键理论”，他们不再用定域 的观点去审视成键的电子对，而是用“概率”的 观点来分析有关问题。当要求学生用语言来描述 共价键的本质时，学生清楚地表达到：高概率的 出现在两核之间的电子与两原子核间的电

11、性作用 是共价键的本质，这充分说明他们已经能够自觉 将“化学键”和“分子间作用力”两种微粒间的 相互作用依托一种具体的物质以对比的方式出 现。测查结果为，大部分学生都意识到水分子中 的化学键和水分子之间的分子间作用力在强弱和 存在微粒上是不同的，还有占57.1%的学生指出了 这两种微粒间的相互作用与物质性质之间的关 系。分子的极性、稳定性等是分子的性质中经常 作为讨论对象的问题，测查中我们也发现学生能 够准确地判断出一些分子是否具备极性。学生对微粒间的相互作用以及它与分子（物过程紧密相关。质）性质之间的关系产生了新的认识，绘制了关 于微粒间的相互作用的认识结构图。在解决有关3.3物质的聚集状态

12、部分第三章“物质的聚集状态与物质的性质”教问题的过程中，近4/5的学生能够利用自己所绘制 学实施后，学生对于“物质的聚集状态”的认识的认识结构图进行准确地应答。学生之所以能够 方式发生了进一步的变化，这种变化可用下面的紧密堆积，降按一定规律做周期性重复排列低体系能量粒子如何物质是微粒物质的粒 聚集通过一定的具体化微粒的排列不呈现周期性和对称性子模型排列方式聚具变化集而成的已有认识方式新的认识方式图4 学生对于“物质的聚集状态”的认识方式变化示意图准确地应答，取决于学生认识结构图的结构化程 度，解决问题时该图的激活程度，这两点与教学物质结构与性质选修教材的目的就在于 探索物质构成的奥秘，研究物质

13、性质的本质。只 有到第三章“物质的聚集状态与物质的性质”教 学实施后，学生才可能比较全面、整合地理解物 质的结构，解释物质的有关性质。通过学生对物 质的聚集状态与物质性质之间关系认识的测查，示意图表示：我们发现：学生在解决有关物质性质的问题时， 能够自觉地提取物质的构成微粒、微粒间的相互 作用及其微粒的排列方式等信息，也就是说在这方 面的有关问题上具备了一定的理解力。例如，我 们针对这样一个问题进行了测试：SiO2属于原子 晶体，CO2属于分子晶体，请从结构角度推断它们物 质 的 聚 集 状 态液晶、按一定规律做周期性重复排列r晶体*各向异性离子）熔、沸点较高；一般，离子晶体 密堆积IE易溶于

14、水，难溶于非（件T极性溶剂；固态不导I离子键电，熔融状态或在水分子溶液中能导电分子晶体密堆积J熔点较低；硬度较分子间r小；有较强的挥发性 作用力原子原子晶体篇堆积熔点高；硬度,大；不导电共价键J,一 离子V人L曰/* 1心羊口|具有导电性、导热/金属晶体（密堆积时壬nzT时尸时XI I性和延性、展性微粒的排列不呈现周期性和对称性非晶体一尸一各向同性液态、等离子体等金属键玻璃、石蜡、沥青等-4 -物质的性质图5 解决有关问题时该示意图的激活过程在物理性质上的差别。在这个问题的解决过程中， 要激活学生认识结构中的哪些相关内容呢？我们 通过图5 （见上页）来进行表示：通过上述图示的激活，学生只能意识到分子 晶体是分子通过分子间作用力尽量紧密堆积形成 的，而原子晶体是原子通过共价键结合非紧密堆 积而形成的。要想深入理解两种晶体性质的差异 问题，还必须了解两种作用力的区别，这就必须 要进一步激活分子间作用力和共价键的有关内 容，示意如下：/_分子分子晶体（季堆积|N子间作用力/原子原子晶体半密堆积共价键分子之 间的弱 相互作用厂氢键（有一定条件）强于范德华力（普遍存在）物质的熔、沸点等 物理性质原子之 间的强 相互作一本质：高概率的出现在两核之间的电子与两原子核间的电性作用决定分子的-:A稳定性极性等共价键V电负性差1.7特点：具备方向性和饱和性