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选择性必修课程《物质结构与性质》模块教学初探

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周恩伟

摘要：自教育部颁布2017年版《普通高中化学课程标准》以后，新一轮课程改革正在全国范围内开展，新课程将于2019年秋季正式实施。其中，《物质结构与性质》模块内容变化最大，这将给教学带来一定挑战。本文以2017版课标为指导，对该模块课标要求进行初步的解读，对课程内容知识体系进行基本分析，同时对今后教学对策进行初步的探究。

关键词：2017版课标;物质结构与性质;教学

当前，新一轮课程改革正在开展，教材的内容结构发生了较大的改变，各模块的教学要求也有了一定的变化。对于浙江省高中生而言，《物质结构与性质》模块的内容上升到了前所未有的重要地位。

通过比较2017版课标[1]与2003版课标[2]中对化学学科概念的定义，我们发现，新课标拓宽了化学学科的定义，强调了物质的转化，在化学的特征上突出了从微观层次认识物质。

一、模块课标解读

1.从学科核心素养解读

“如何将知识转化为素养”是本次课程改革重点要解决的问题。学科核心素养的提出是为消除以往应试教育所造成的“有知识，无素养”的弊端。例如，在一些学校，学生学习的目的仅仅是为了考试获取高分，学校育人目的仅仅是为了升学率，以致师生以应试为目的进行教学和学习，以后学生进入专业领域学习后，才发现许多装置没用过，许多基本的实验没动手操作过，自己成为了“高分低能”的应试产物。可见，他们通过训练的确拥有一定的化学知识，却没有相应的化学学科核心素养。为了应试，通过死记硬背学习知识，他们头脑中的知识多是浅表性的而不是本原性的，多是散点式的而不是结构化的。这样的知识只具有考试答题价值，而不具有迁移应用价值，在真实问题解决中难以发挥作用[3]。

2017版课标将化学学科核心素养总结为5个方面，其中，“宏观辨识与微观探析”要求学生能从宏观和微观相结合的视角分析和解决实际问题。学生通过必修“主题3：物质结构基础和化学反应规律”的学习，建立“宏观辨识与微观探析”的基本意识;在选修“物质结构与性质”模块的学习中，提升“宏观辨识与微观探析”的发展水平;在选修“有机化学基础”模块对官能团的认识中，应用“宏观辨识与微观探析”解决实际问题。

2.从模块知识结构解读

2017版课标将原先必修的两个模块打通，分成五个主题，这样更加方便统筹课时，不会出现因学期长短导致一个模块课时偏多，另一个模块课时偏少的情形[4]。在必修课程中，主题3“物质结构基础和化学反应规律”对物质结构有了基础性的学习，为选择性必修模块《物质结构与性质》做了铺垫。根据2017版课标对选择性必修模块《物质结构与性质》的要求，可以将本模块各主题下的单元、内容标准以及体现该内容的的具体知识点整理成如下表格。

从2017版课标中我们可以看出，选择性必修对金属晶体的堆积模型、原子轨道内容的要求并不高，但提高了对电负性、键的极性、分子的极性，以及从这些角度认识物质性质的要求，也对原子光谱、分子光谱、X射线晶体衍射等现代化技术和研究方法做了相应的要求[4]。这些改变一方面有效体现课程内容的时代性，能帮助学生建立物质认识和化学变化的核心观念，另一方面有意弱化那些考试难度高、技能性强的概念，降低学生的学习负担。

二、模块内容分析

1.理论知识的抽象性，挑战学生的认知思维

科学家们为了解释化学反应的事实和现象，拨开迷雾看本质，总结出了一系列化学规律，并构建了化学的理论体系。物质结构與性质模块是关于化学基本理论的课程，其中的概念和理论基本都是抽象出来的理论知识。学生如果在抽象概念的感知上不能抓住本质，对知识点的理解就会不到位，知识点的学习就会仅仅停留在记忆层面，无法对知识进行迁移应用和拓展。而在本模块的学习中需要运用已学的理论概念进行分析推理，各环节紧密相连，环环相扣，任何一环节的疏忽都容易造成后续学习的困难。

例如，学生在对原子轨道示意图s轨道、p轨道有了感性认识后，通过“头碰头”和“肩并肩”的模拟理解σ键和π键及其数目和稳定性;根据轨道空间分布的特点，推理得出共价键的饱和性和方向性，再结合原子轨道理论，将其应用于判断分子的空间构型。经过一系列的逻辑推理和分析归纳总结出杂化轨道理论和价层电子对互斥理论，进而预测和解释一些分子的空间构型。根据共价键的饱和性和方向性，又可分析得出原子晶体中微粒的堆积不服从紧密堆积原理。在上述环环相扣、层层推进的分析推理与归纳中，任一环节出现断点，都会影响学生对整套理论的理解。他们的学习只能停留在知识点的表面，最终成为一堆孤立知识点的记忆。

2.原理运用的局限性，造成学生的顾此失彼

在我们的经验和感受中，化学学科与其他学科相比，理论知识具有深奥、繁杂、分散的特点，且规律当中往往会有反例，没有固定的模型可以套用，这对学生的学习造成很大的困扰。许多化学原理用来解释实验现象具有局限性，同一现象也不能用单一的原理进行解释。

例如，课标要求掌握的1～36号元素的原子核外电子排布。为了解释核外电子排布的事实，引入了能量最低原理、泡利不相容原理、洪特规则，特别是在解释Cr和Cu的核外电子排布时，又引入了洪特规则的补充规则。运用多个原理解释同一现象，极易造成学生的顾此失彼，张冠李戴。

原理运用的局限性还体现在，相似的现象有时需要用截然不同的原理进行解释。例如，解释不同晶体熔沸点的高低，不同的晶体类型适用不同的原理;同为分子晶体时，有无氢键存在对熔沸点影响很大，同样存在氢键，分子间的氢键和分子内的氢键对熔沸点的影响又截然相反。又如，从结构角度对石墨晶体性质的分析，石墨晶体的导电性需要从层内大π键的角度进行分析，石墨晶体的硬度需要从层间范德华力的角度进行分析，石墨晶体的熔沸点需要从层内碳原子间共价键的角度进行分析。如此众多的头绪会造成学生头脑中理不清线索而把握不准，应用中找不到突破口而胡乱套用，久而久之产生畏难厌学的情绪。

三、教学对策措施

1.科学使用教材，拓展知识深广度

众所周知，教师应该是知识渊博的人，我们要给学生一碗水，我们不仅需要一桶水，更要有活水的泉源。教师必须要有精深的学科专业素养，才能全方位地、精确地、熟练地掌握学科教学的内容，深入浅出地传输知识，多角度地分析问题，巧妙地为学生答疑解惑。自从2017版课标对物质结构与性质模块提出要求以后，不少教师感慨，自己对大学所学习的“原子轨道”、“σ键与π键”、“杂化轨道理论”、“价电子对互斥理论”、“晶体结构的堆积模型”、“波谱学”、“X射线晶体衍射”等内容都稀里糊涂，或者现在已经遗忘，为了今后教学的需要，不得不提前进行学习。虽然2003版课标与2017版课标对物质结构与性质模块内容的要求不全相同，但2003版课标下的三套教材（人教版、苏教版、鲁科版）中的该模块不失为我们很好的学习资料。当然这几本教材的内容仅仅是“一碗水”，我们至少需要有“一桶水”，我们应该通过大学《无机化学》和《结构化学》来拓展这部分知识的深广度。特别是，不同高校出版的教材对于这些内容的分析过程、解释过程以及呈现方式具有多样化的特点，这样有助于我们全方位多角度地进行教学，也方便针对学生不同的疑问进行解答。另外，不少国外大学先修课程（AP化学，A-Level化学等）对该模块的内容也有许多独特的解释，并且配有许多彩图，有助于我们吃透该模块的内容，更有效的教学。

2.丰富教学手段，抽象问题具体化

物质结构与性质模块主要是研究微观的世界，而学生的思维在很大程度上受到宏观世界的制约，微观世界的抽象概念离学生自身的生活体验又远，这就需要教师有效利用各种教学手段，帮助学生对抽象概念进行想象，使微观世界的不可见性通过宏观事物和教学手段容易被学生接受和理解。

以“σ键与π键”知识点为例，书本上的图解和文字描述对“头碰头”和“肩并肩”的轨道重叠方式的解释较为抽象，学生看图理解起来很困难，文字描述阅读起来也枯燥，不及通过多媒体动画的形式，多快好省的解释这两种成键方式。多媒体技术可有效地使抽象的问题形象化，复杂的问题简单化，降低学习的難度，帮助学生更好的理解。

由于本模块的内容要求学生有较高的空间想象能力和抽象事物概括总结能力，学生的学习积极性和兴趣就会不高。类比和比喻的巧妙运用可以使抽象的问题具体化，从而激发学生的学习兴趣。以“通过杂化轨道理论和价电子对互斥理论判断或解释空间构型”为例，当中心原子采用sp杂化时，空间构型为直线型;当中心原子采用sp2杂化时，空间构型为平面三角形;当中心原子采用sp3杂化时，空间构型为四面体。如果只是让学生死记硬背，一方面学生容易遗忘，另一方面内容很枯燥，学生也会觉得迷迷糊糊。为解决这个问题，我们可以在课堂上通过相同大小的气球进行以下类比：当两个气球口绑在一起时，就呈现出直线型构型（类比sp杂化）;三个气球时，呈现平面三角形（类比sp2杂化）;四个气球时，呈现立体四面体结构（类比sp3杂化）。通过这种类比，我们能带给学生视觉上的冲击，生动形象地解释知识点，也激发了学生的学习兴趣。

参考文献

[1]普通高中化学课程标准（2017年版），北京：人民教育出版社，2018.

[2]普通高中化学课程标准（实验稿），北京：人民教育出版社，2003.

[3]2017年版普通高中化学课程标准的重大变化及解析，郑长龙，化学教育，2018（9）：41-47.

[4]《普通高中化学课程标准（2017年版）》解读，王磊，魏锐，化学教育，2018（9）：48-53.

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