构建化学模型体系 体验微观模拟世界——以《物质结构与性质》教学为例

孙金凤

（吉林省通化县第七中学 吉林通化 134100）

随着新课改教育改革的不断推进，传统的高中化学课堂教学方式已经不符合学生的学习需求，无法做到高效教学。因此，创新化学课堂教学模式尤为重要，教师应结合当前的教育现状，根据学生的学习需求与诉求，优化传统的课堂教学方式。搭建化学模型体系是优化课堂教学方式的一种，通过模型体系的搭建可以帮助学生更好地理解化学知识，带领学生体验微观模拟世界的魅力。因此，本文的主要内容是讨论与研究构建化学模型体系体验微观模拟世界的途径。

一、《物质结构与性质》的相关概述

《物质结构与性质》是高中化学必修二的教学课程，其主要的课堂教学内容是基于原子、分子水平去了解与掌握物质构成的规律，其课程的整体教学脉络以微粒之间的不同作用力为主，着重分析与研究不同类型物质的性质与结构特点，进而逐步完善学生对于物质结构的认识，进一步在物质结构与性质的教学中培养学生的逻辑分析以及问题解决能力。与此同时，在《物质结构与性质》教材内容的不断修订与完善之后，进一步整合教学主题，逐步形成统摄性认识，扩展学生对研究物质结构的尺度，更为注重物质结构模型的形成与变化过程，同时更为关注物质结构模型的研究与学习方法。其教材内容整合修订后，对于粒子之间的相互作用、教学尺度以及物质结构的方法与意义等基础理论知识都得了进一步的强化。进一步而言，现行的《物质结构与性质》教材与2017年的教材版本相比，其不仅总结了以往多年的课堂教学实际情况，还容易被高中化学教师所接纳。一般而言，高中化学教师对于《物质结构与性质》这一模块的教学知识架构较为了解与熟悉，在以往多年的课堂教学中积累与总结了大量教学经验，可以很好地展开课堂教学。基于高中学生而言，《物质结构与性质》属于自主选择性学习的教材内容，相比于其他选修教材内容，高中学生更愿意选择此教材内容进行课堂学习。但受传统应试教育的影响，《物质结构与性质》教材知识的课堂教学多以教师讲授、学生被动式学习为主，其知识也多以识记性教学内容较多，相反对于逻辑分析、解决问题、方法观念、思维拓展以及动手实践等问题的教学渗透较少，实际上此种课堂教学的情况有失偏颇，并不利于高效化教学的发展。除此之外，根据查阅文献的情况发现，我国对于相关《物质结构与性质》教学教材的编写、内容搭建等的相关研究主要集中在三个方面，其一便是对教材内容知识结构的构建与选择，其二是对《物质结构与性质》教学实施具体情况的深入调查研究，其三是对相关教学重点与难点知识模块的进一步解读。由此可见，对于高中化学《物质结构与性质》的教学主体以及课堂教学方法的深入研究较少，但对于物质结构思维进行教学科目的思维认知研究相对较多。因此，各大教研人员以及一线高中化学教师，应从化学课堂教学主体与课堂教学方法上对《物质结构与性质》的教学展开深入的研究与分析，不断强化教学实践的指导与思考，有针对性地提升化学课堂教学的效率与质量。所以本文主要对课堂教学方法进行深入的剖析与研究，创新课堂教学方法，培养学生学会构建化学模型体系。

二、构建化学模型体系体验微观模拟世界的重要性

高中阶段的化学课程核心素养是学生全面发展与培养的重要阶段。我们知道核心素养是学生不可缺少的人文素养，是基于立德树人教育理念的素质教育基础内容，其也是促进学生全面发展的核心内容，其体现了社会主义的社会价值观。核心素养的教育内容指出了化学课程学习重点与教师培养学生的主要方向。高中阶段的化学是一门在分子和原子水平上研究物质的组成、结构、特性、相互之间作用和应用的基础课程，初中阶段的化学知识体系有所不同，高中阶段的化学知识主要以微观物质的认知与应用为主。《物质材料结构与性质》学习知识板块主要讲述了原子结构、元素性质、元素特性、分子间作用力等多个方面的化学基础知识，并在此基础上分析物质结构与性质的联系，研究元素变化的根本，预测和分析化学物质的性质，设计新的分子结构，生成新材料，创造新的化学物质。[1]但是，这些专业知识形式多样，基础知识的逻辑性较强，需要学生具有较好的化学思维以及化学知识探索精神。因此，在高中化学学习的时候很多学生会感觉枯燥，大多数学生会觉得相关知识的学习难度系数比较高，以至于学生的学习主动性不高，学习效果也相对较差。不仅如此，受传统应试教育的影响，化学课堂的学习多以教师在讲台讲授知识点为主，课堂学习氛围较为沉闷，这也导致学生的学习能动性下降，不利于教师提升课堂教学的质量与水平。除此之外，针对部分微观过程的学习，比如共价键的形成，是人的肉眼所无法观察到的，学生只能凭想象去感受与理解；又比如分子结构中各种晶体的堆积以及正离子的相对位置，虽然化学课本中会有部分插图和图片，但实际上学生在学习的过程中还是一头雾水。因此，必须以化学物质的组成、结构和变化的客观事实作为建立模型的依据，科学研究构建化学物质的模型管理体系。在以往课堂教学中构建理论知识模型的基础上，动手搭建实物模型帮助学生去了解和掌握物质的结构和性质，感受微观模拟世界的奇妙，掌握相关知识点学习模块的学习核心，提高难点的学习效果。[2]总而言之，以往的高中化学课堂授课方式已经不能满足学生的学习需求，学生不能从单一化的教学方式中开展高效的化学知识学习，通过构建化学模型体系，不仅可以引领学生体验微观模型世界的奇妙，还可以帮助学生将抽象化的知识内容变得具象化，从而帮助学生更好地理解相关知识，以此使化学课堂教学变得有趣味性，进而培养学生的自主学习能力，帮助学生提升化学成绩。因此，构建化学模型体系教学方式的应用是非常有必要的。

三、搭建化学模型体系体验微观模拟世界的相关措施分析

（一）构建化学物质的结构实物模型

《物质结构与性质》控制板块中最先关键学习了解的是分子、原子等这一种类的微观世界，其属于化学学习的基础知识点，所有的公式以及化学实验在后续的课程学习中会被反复利用，因此在学习这些基础知识的时候就务必要重视基础知识的学习。而由于分子和原子这种化学物质是十分微小的，实际上通过肉眼是观察不到的，但原子与分子是客观存在的，所以其无法再沿用中小学、中学学段用肉眼或显微镜观察的方法去做化学物质的剖析探寻，或仅仅滞留在观察书上的模型图或是教师画模型图，因此对于《物质结构与性质》的课堂学习方式应有所转变，教师应当让学员积极搭建模型想象，帮助学生通过动手实践的方式形成对微观物质的认识。例如化学教师在开展杂化轨道基础理论的课堂教学时，为了更好地让学生直观、形象地感受到SP3杂化轨道形状以及其空间屈伸方法，化学教师可以在教案设计中让学生自主搭建模型想象，用绘画的方式画模型，教育学生根据杂化理论等选用彩泥、球棍模型或占比模型来构建微观物质的实体模型，随后再根据杂化轨道间的夹角这一知识点来了解“甲烷是正四面体构造”这一结果。

对于《物质结构与性质》中晶体构造这一知识点的教学，是学生在学习高中化学时的一大难点。不仅如此，教师也很难通过传统的课堂教学方式帮助学生更好地理解晶体构造涉及的知识，所以搭建晶体构造模型的教学方式能够帮助学生真正领会晶体的结构特征和晶体两者之间的相对位置。化学教师可以应用购置的晶体实体模型开展课堂教学，组织班级内部的所有学生动手去构建不同类型的晶体模型，这种模型可以形象化地展现晶体中间的相对位置，帮助学生更好地了解金刚石的正四面体的空间网状内部结构，了解NaCI 型以及CsCI 型晶体的体心、面心、棱边等，以此协助学生提升空间想象能力与动手操作能力，了解并把握晶体构造。[3]与此同时，教师还可通过多媒体教具展示构造模型或选用相应的模型软件，让学生多方位地观察晶体构造模型中颗粒的组成特性，启发学生的深层次思考，引导学生学会对此类问题进行有序分析，并通过创建较为详细的空间立体式占比模型，塑造学生联想能力。除此之外，教师能够给予或让学生自己制作塑料泡沫球、棉絮条、扭扭棒，让其依据课本给予的各种各样晶体构造，用502 强力胶或AB 胶动手能力黏合制作各种各样晶胞模型。例如在动手制作金属材料晶体全过程中，让学生感受非密置层、密置层的二维堆积全过程，以此掌握六方堆积、面心立方堆积、体心立方堆积之间的差别与共性，对无法用语言表达叙述的三维空间ABABAB 的六方密堆积方法和ABCABCABC 的立方米密堆积方法让学生能够得到更难忘的感受。[4]在实体模型的合理运用下，学生可以直观地了解圆球的相切状况，提升了晶胞构造中颗粒间的间距与晶胞棱长的关联，高考考试中相关晶胞整体测算的考核难度也会有效降低。

（二）搭建系统模型、关系模型等理论模型

科学家基于实验的客观事实，依靠想象力和相关的基础理论，在分子结构和分子水平上建立了一套物质及其变化规律性的化学微观认识体系，其本质上是一个实体模型的构建。[5]分子结构和分子是丰富且不可观测的，所以应该依据现有的实验条件，建立分子和分子结构的立体模型想象，并根据逻辑推理和想象思维对分子和分子结构进行猜想。在探索原子结构物理模型的历史时期，就是对抽象思维能力物理模型的明确提出、调整和完善的全过程。因此，在不损害理性的前提下，构建科学合理的宏观实体模型管理系统，可以提高对神秘宇宙的认知，提高学生对神秘宇宙的感受，相当于给学生一双眼睛看神秘宇宙，将微观世界数据可视化和抽象化的全过程具体化，让学生感受神秘宇宙模拟仿真的奇妙与多样。

化学家掌握了元素科学研究的首要元素，逐步搭建了元素的原子结构、元素在周期表中的位置、元素特征之间的相互关系，体现了各个物质元素之间的联系的系统结构模型。分析原子结构与元素特性两者之间的关系，应搭建原子结构模型，研究不同元素原子变量之间即核电荷数、原子半径、电子层数、最外层电子数、化合价等随原子序数变量的改变而变化的趋势的关系模型，这也是所谓的元素周期律的本质。[6]根据构建的虚拟实体模型实现对化学分子周期表各物质元素的理解，让学生构建基于“位、结构、性质”关系的系统结构模型，以此种方式启发学生的思维，帮助学生打开视野。带领学生搭建“位、结构、性质”的系统认知模型是元素周期律的课堂教学重点。创建认知能力实体模型可以帮助学生分阶段了解元素和化学物质的发展趋势，利用认知能力实体模型可以研究和处理与元素和化学物质相关的具体问题。总而言之，高中阶段化学知识的学习重点与难点是物质结构与性质，只有学生掌握了化学基础知识点，才能帮助学生顺利地开展后续知识的学习，而此阶段知识内容的教学也是教师锻炼学生逻辑思维与搭建空间模型的依据内容。

（三）强化小组合作学习，凸显教学主体

高中化学教师在实际课堂教学的时候，应正确认知课堂教学主体，应该将自身的教学属性放在学生学习的指导者与帮助者。所以，教师在开展构建化学模型体系的教学时，应将教学的主体归还给学生。其具体课堂教学方法，可以采用小组合作学习的方式，教师在课前备课的环节中应精心设计课堂实践的主题与内容，使其在构建化学模型体系时能够紧紧围绕课本知识的教学难点与重点，进而根据学生的学习情况与性格特点，划分学习小组，让学生以小组合作的方式进行相关的实践或实验，进而有效培养学生的团队协作能力与沟通表达能力，有效落实素质教育目标，促进学生的全面发展。教师在学生动手操作的同时，还应维持好班级内部的秩序，对于遇到困难的学生应主要以引导为主，培养学生自主学习与解决问题的能力，以此提升化学课堂的高效性。在学生完成相关的实践内容之后，教师还要给予学生的一定的肯定与评价，在鼓励学生的同时，引导学生对课堂学习产生反思，使其能够不断完善自身的学习态度与方法，进而使相应的化学知识得以融会贯通与升华，凸显出课堂教学的主体。

结语

综上所述，传统的高中化学课堂教学方式并不适用于现代教学，所以教师应积极优化课堂教学方式，调动学生的学习积极性。通过构建化学微观模型体系可以提升化学课堂的趣味性，以有趣的微观世界提升学生的学习兴趣，帮助学生更好地理解与掌握抽象的化学知识，进而有效推动教育教学的发展，促进课堂教学的改革进程。