让学生享受学习的过程

王飞 梁培培

一、教材与学情分析

“同素异形现象”是普通高中课程标准实验教科书·化学2（苏教版）专题1“微观结构与物质的多样性”中第三单元的教学内容。“同素异形现象”是从微观结构分析单质的多样性，为“同分异构现象”（从微观结构分析化合物的多样性）和“不同类型的晶体”的学习打下基础。本节课内容在《学科教学指导意见》中要求并不高，只要求学生以碳、氧为例，认识同素异形现象，但同素异形现象与生产、生活和科学技术的发展有着密切的联系，也影响着与化学相关的环境问题。

本节的教学对象是普通高中高一年级的学生。虽然在初中《科学》和化学1（必修）的教材中并没有学习过单质碳的性质，但是学生在生活中已经积累了一些关于金刚石和石墨的感性认识。虽然已经学习过化学键的相关知识，但是不能从微观的角度去解释金刚石和石墨性质差异的原因，再加上学生对立体几何知识的欠缺，在对金刚石和石墨的微观结构的了解上可能会存在一定的困难。

二、教学目标确立

1.知识与技能

（1）建立同素异形现象和同素异形体的概念；

（2）知道物质的多样性与微观结构有关。

2.过程与方法

（1）利用模型了解金刚石和石墨的微观结构，建立同素异形现象概念；

（2）通过同素异形体的相互转化，加深对同素异形现象的认识。

3.情感、态度与价值观

（1）感受金剛石、石墨等的微观结构和用途，体会化学对生活和社会发展的贡献，激发学生学习化学的兴趣；

（2）通过对富勒烯、臭氧层的介绍，引导学生关注社会热点问题，增强学习化学的责任感。

三、教学过程

[情境创设1]

1.3月23日世界气象日。

2.哥本哈根气候大会，低碳生活。

3.碳在地壳中含量很低，但形成的化合物却很多。

[学生]倾听，思考。

[你知道吗]由碳元素所形成的单质有哪些？

[生答]金刚石、石墨。

[实物展示]金刚石、石墨。

[设疑]那么根据你的生活体验，你知道金刚石、石墨的用途吗？

[讨论交流]交流讨论并得出一些金刚石、石墨的用途。

[图片展示]装饰品如钻石或切割玻璃等、石墨的导电性、润滑剂等。

[学生]观察体会金刚石、石墨外观的不同，用途的不同；并请学生代表演示切割玻璃，感受金刚石的硬度。

[样品展示]铅笔、竹炭鞋垫、干电池模型等。

[阐述]根据用途，我们一起来归纳金刚石、石墨的物理性质。

[表格填写]

[学生]认真完成表格填写，并理解金刚石、石墨的不同用途及物理性质差异。

[活动与探究]为什么金刚石和石墨在性质上有如此大的差异？

[情境创设2]

1.请两个学生，从教师事先准备好的两个黑色塑料袋中分别挑选一个模型，分别找出对方模型与自己的不同点（说明：从碳原子的成键方式和空间排列方式角度去分析）。

模型改造如下图：石墨模型层与层之间用弹簧连接，形象表示出层内和层间作用力是不同的。

2.你认为哪一个模型是金刚石，哪一个是石墨，说明理由。

[生答]在金刚石晶体中，碳原子之间以共价键结合，每个碳原子和相邻的4个碳原子形成彼此连接的空间网状结构。而石墨晶体为层状结构，层与层之间的碳原子存在分子作用力，而层内每个碳原子和相邻的3个碳原子相结合，排列成平面六边形的网状结构。

3.根据性质差异判断模型。学生从“异形”角度认识同素异形现象。

[过渡]碳元素还有没有其他形式呢？

[生答]纳米碳管、足球烯等。

[图片展示]纳米碳管实物图和微观结构模型。

[模型展示]足球烯分子结构模型。

[学生]观察模型，分析它们的结构特点。

[视频]介绍纳米碳管、足球烯的结构特点、用途及部分性质。

[学生]倾听它们的用途，感受化学与生活、科学技术等的密切联系。

[情境创设]碳元素形成的几种不同单质的结构图。

[学生]从微观结构来看物质的多样性。

[结论]同一种元素形成几种不同的单质，这种现象称为同素异形现象。这些单质互称为该元素的同素异形体。

[过渡]除了碳元素有同素异形现象，其他元素还有吗？

[生答]氧气、臭氧，红磷、白磷等。

[情境创设3]

1.氧气与臭氧物理性质的比较。

2.臭氧层空洞的扩大及危害。

[学生]倾听、阅读、思考。

[问题解决]下列各组物质中，互为同素异形体的是：

Na和Na+、Fe2O3和Fe3O4、S2和S8、1H和2H

[生答]S2和S8。

[问题解决]表格填写，学习列表比较相似概念：

[学生]认真完成表格填写，区别同位素与同素异形体。理解同素异形现象讨论的范围（单质），异形（微观结构）；初步认识“同素”。

[拓展视野]红磷与白磷。

[学生]阅读教材第20页磷同素异形的知识。

[演示实验]红磷与白磷转化实验（同时说明白磷着火点低）。

[具体操作]红磷转化为白磷后，拔掉一端的橡皮塞，马上放在一个架子上，让空气产生对流，进入小玻璃管，即可看到白烟。注：架子放在有NaOH溶液的培养皿内，然后用一个大烧杯罩住培养皿。

[学生]观察并描述实验现象。

[结论]在一定条件下，同素异形体可以相互转化。

[播放视频]人工合成金刚石。

[课堂回味]总结同素异形体的性质特点。

[展望未来]足球烯、纳米碳管等同素异形现象研究的新领域。

四、课堂教学启示

1.彰显学科思想

本节教学设计在“异形”“同素”上做足了文章，通过金刚石、石墨在微观结构中碳原子的排列方式不同，让学生从“异形”角度上认识存在“异”的内在原因，从本质上理解物质的多样性，结构的不同是造成物质的多样性的根本原因，培养从结构寻找原因的思维方法，形成结构决定性质、性质决定用途的化学观点。通过图片、实物、结构模型的利用，帮助学生建立金刚石、石墨的微观结构的立体几何模型，培养学生的空间想象能力，同时感受“异形”的魅力。

2.突出过程与方法

“过程与方法”这一课程目标更注重学生的学习过程、学科思维方法的培养，变学习的结果为学习的过程。本节教学设计从微观角度引导学生从“同种碳元素→不同单质→内在原因”到“不同的氧单质及磷单质→同种元素”，经历了“同→异→同”的“特殊问题→普遍规律→具体应用”的学习过程。本节教学设计是一种有效的“过程与方法”。在教学过程中，让学生自己发现金刚石和石墨是不同单质的问题，通过模型的观察自己解决问题。如在研究石墨与金刚石的结构时，采用互相评价对方所展示的结构异同的方式，让学生在模型的观察中，产生思维的碰撞，使学生既能体验到分析、思考、观察的乐趣，又真切感受到合作与交流的需要。

参考文献：

[1]浙江省普通高中新课程实验工作专业指导委员会.浙江省普通高中新课程实验化学学科教学指导意见[M].杭州：浙江教育出版社，2009.

[2]王祖浩.普通高中课程标准实验教科书·化学2（必修）教学参考书[M].江苏教育出版社，2008.