建立学生化学观的途径

□ 海南省农垦中学 沈景花

一、物质观

物质观是化学最基本的观点，是中学化学教育中最重要的观点，也是化学教育的最基本载体。那如何在学生认知过程中建立物质观呢？

1.元素观。先给学生建立元素观，所有的物质都是由元素构成的。人类目前所了解的物质和合成的物质都是由这100多种元素构成的。初中阶段重点强调1-18号元素的性质，到了高中阶段，人教版必修2的第一章学习元素周期表和元素周期律，让学生认识一百多种元素。在学习元素周期表和元素律的时候，我们重点学习1-18号元素的性质，利用元素周期律的相似性和递变性，学生基本上可以掌握元素周期表上的100多种元素的性质并掌握探索它们性质的方法与途径。也就是说，学生只要上了高一，无论是学文科还是理科，他的元素观可以建立起来。如果他到了高二选择理科，那么他还能在选修3第一章中学到更加深刻的元素的性质，比如电负性、电离能等。如果他选择了文科，那么选修1的《化学与生活》也能把生活中的吃穿住行中的元素弄清楚，也不至于到了社会中还不清楚化学物质是构成人类世界的基石。有的学生，还能从元素观扩展到物质的多样性与统一性，这就升华到哲学观了。

2.微粒观。在初中阶段，学生就已经认识到物质是由微粒构成的。初中阶段学生认识的微粒有分子、原子、离子，到了高中阶段，学生认识到了质子、中子等。高一新生一开始就要学习物质的量，这是一个把微观粒子和宏观的质量联系起来的一个很重要的物理量，物质的量是让学生触摸微观粒子的一个非常好的途径。当学生利用物质的量从宏观的物质跨越到微观粒子，那么微粒观就基本建立起来了。如果教师能够利用好绪言课，那么学生在形成微粒观的过程势必事半功倍。比如可以在绪言课上让学生意识到化学是一门充满神奇色彩的科学，它通过探索微观粒子——原子、分子、离子的特征和行为，引导人们认识这个世界。从身边的空气、水、食物到复杂的医学中的病菌到遗传基因，从熟悉的金属合金到航天材料，从光合作用的叶绿素到以沙滩沙子为原料的计算机芯片，从化石燃料到氢能源，通过对原子、分子、离子的了解，科学家们学会了对分子和原子的控制，制造出很多自然界原先没有的物质，比如塑料、合金、药物。有趣的绪言课，会激发学生学习的热情，让他们在教师的引领下进入到奇妙的化学微观世界。教师激发学生丰富的想象力才能更好地把学生从宏观世界带到微观世界中去寻找答案。比如学习人教版选修3《物质结构与性质》的配合物理论时，通过向硫酸铜溶液中加入氨水，学生观察到溶液中首先形成了蓝色沉淀，继续滴加氨水，沉淀溶解，得到深蓝色的透明溶液。教师再引导学生从微观角度去分析：CuSO4溶液 （蓝色）变成Cu(OH)2蓝色沉淀再变成深蓝色的[Cu(NH3)4]2+，让学生学会从微观思想分析问题，找到现象的本质。

3.结构观。人类认识的世界上的每一种物质都有独特的结构，这种独特的结构决定了物质的性质。这是更深层次地认识物质。比如同素异形体，氧气和臭氧都是由氧元素构成的，但二者的性质相差甚大，我们不能离开氧气而生存，但若空气中多于1.2mg/L的臭氧，我们就中毒身亡。这跟它们的结构有关。金刚石和石墨都是由碳元素组成的，但金刚石坚硬无比，价值连城，石墨价廉柔软，这是因为金刚石是以共价键形成的空间网状结构，属于原子晶体，而石墨是层状结构，属于混合型晶体。又比如有机物中的同分异构体，分子式相同，结构不同，导致性质不同，乙醇和二甲醚，分子式都是C2H6O，乙醇的结构简式为CH3CH2OH，而二甲醚的结构简式为CH3OCH3，乙醇可以任意比溶于水而二甲醚却难溶于水。结构不同，性质大不相同。学生在初中学习时，对结构的探索还不深刻，大多是从元素或原子角度认识物质的性质。学生到了高一，学习金属及其化学物和非金属及其化合物的性质时，教师要善于引导学生从结构的角度认识物质的性质。比如氯气为何具有很强的氧化性？从氯原子的结构出发，它最外层有7个电子，很容易得到一个电子达到稳定结构，于是氯气的氧化性极强。又对比金属钠，它最外层有一个电子，容易失去电子达到稳定结构，于是金属钠具有很强的还原性。到了必修2学习元素周期表和元素律，这种结构观会更强烈。对比碱金属的金属性，可以先通过碱金属分别与水反应的视频，看到金属锂安静地跟水反应，金属钠比较剧烈，金属钾非常剧烈，到了金属铯，直接爆炸。从现象到本质的探索，分析碱金属的原子结构，会发现它们的最外层电子数都是1，所以它们都具有比较强的金属性，这是它们的相似之处。再分析它们的原子半径，会发现它们的原子半径从上到下依次变大，半径越大，原子核对最外层电子的吸引力就越小，于是就越容易失去，金属性就越强了。这样引导学生去探究原子的结构来分析物质的性质，学生就非常容易建立起结构观。

当学生开始学习人教版必修2的有机物时，初中阶段已接触了一些简单有机物，比如酒精，但对有机物的性质并不太了解，必修2的有机物重点学习几种代表物，甲烷、乙烯、苯、乙醇、乙酸等这几种代表物的性质，教师可以初步建立起有机物的结构观，比如甲烷的结构导致了甲烷的稳定性和取代反应，乙烯的碳碳双键决定了乙烯的加成反应，苯环的独特的键让苯容易取代而难加成，因为取代不会破坏它的苯环，但加成破坏了苯环的结构。在学习乙醇与钠反应的时候，对比水与钠反应速率，学生很容易分析出乙醇的羟基与水的H-OH的区别。可以继续抛出一个问题给学生：乙酸与钠反应，会不会更剧烈？学生对比分析CH3COOH电离出氢离子的能力要比水强得多，那可以迁移得出结论乙酸与钠反应更加剧烈，有条件的学校可以再用实验来加强这个结论，这就夯实了学生的结构观。等到学生开始学习选修5，那么这种结构决定性质的学习理念会更加清晰。学生可以应用甲烷的性质推测烷烃的性质，可以运用碳碳双键的结构推测烯烃的性质，同理，炔烃、卤代烃、醇、酚、醛、酮、羧酸、酯的通性迎刃而解。掌握了这些代表物的性质，那么认识有机物的基本本领就有了。人教版选修3《物质结构与性质》这个模块的学习，能更好地形成学生的结构观。其中有一个例子特别具有说服力，1933年杜玛克将第一种磺胺药——对氨基苯磺酸酰胺应用于医学，因而荣获1939年诺贝尔生理学或医学奖。经过许多年，生物化学家才搞清楚，磺胺药之所以能够杀菌，是由于磺胺药在结构上类似于细菌必须的营养物——对氨基苯甲酸，细菌误将磺胺药当作对氨基苯甲酸，才被杀死。结构相似的对氨基苯磺酸酰胺和对氨基苯甲酸性质也大相径庭。

二、反应观

化学反应是化学研究的最核心内容，所以在化学教学中要建立起化学反应观。化学反应观的建立，利用化学实验是最直接的方式。学生可以通过实验体会到化学反应的发生，有时候颜色的变化、气体的生成、沉淀的产生等都能让学生感受到化学反应的进行。教师要重视教材中出现的实验，要创造条件给学生动手操作实验，还要把实验延伸到生活当中。除了教材上的一些实验，教师还可以创造条件把生活材料带进课堂中来进行实验。比如在学习原电池的时候，教师完全可以利用水果让学生做原电池实验，也可以利用大蒜做原电池实验。在学习铁及其化合物的性质时，可以让学生检验生活中补血剂的铁元素是二价铁还是三价铁，还可以利用维生素C片来做三价铁转化成二价铁的实验，甚至可以利用水果来代替维生素C。在学习氧化还原反应的时候，也可以利用富含维生素C的水果和强氧化剂高锰酸钾等进行转化。在学习乙酸的性质时，完全可以让学生带来自家的陈醋进行实验。这些生活实验用品，能让学生体会到，化学变化就在身边，没有那么遥远。教师还要善于把热点事件引入到课堂上来。比如2015年的天津港大爆炸事件，就是非常好的培养学生化学反应观的素材。其中有CN-离子的水解生成剧毒物质氰酸，可以运用到盐的水解这堂课上。CN-和H2O2溶液的反应，可以运用到氧化还原反应这堂课上，还可以延伸到CN-和ClO-的氧化还原反应，在高三复习氧化还原反应方程式的书写训练课上也相当有帮助。化学反应在生活中无处不在，教师要引导学生把化学反应观延伸到生活中来。要让学生体会，我们身边的一切都在运动着反应着，我们身体需要的能量来自于体内葡萄糖的快速氧化生成了二氧化碳和水，我们生活需要的能源大部分来自于化石燃料的燃烧，而化石燃料也是固态碳，燃烧之后生成了二氧化碳。地球上的植物利用光合作用，吸收空气中的二氧化碳，变成了植物的纤维素。观察碳的形式变化，便知道这个世界能量的转变，就能理解万物生长靠太阳的真理。观察碳的变化，就知道自己应该怎样才能低碳生活，怎样才能对地球友善。

化学观还有物质守恒观、能量守恒观，绿色化学观等，这些都要放在具体的课堂上去落实，渗透到每堂课中，渗透到学生的学习生活中。要做到润物细无声，教师还要加强自己的化学观的学习，多阅读，多注意观察体验。虽然我们不能让所有的学生成为化学科学家，也不能让所有的学生进入大学继续学习化学，但我们应该尽我们最大的努力，让大部分学生具备最基本的化学观，让学生生活得清清楚楚明明白白，将来进入社会，拥有一定的科学素养，就达到我们教书育人的目的了。