運用探究式教學理論實施《物質結構與性質》模塊的教學實踐與思考

文章編號：1008-0546（2012）12-0056-02 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2012.12.027

一、問題的提出

《物質結構與性質》模塊主要闡述物質結構理論方面的基礎知識，側重于揭示物質構成的奧秘、物質結構與性質的關系。該模塊理論繁多、抽象，內容邏輯性較強，大多數內容是以前教材中沒有的，離學生已有的經驗及思維發展水平較遠。

對該模塊的教學，大多數教師采取的是講授法，強調知識的記憶，局限于對物質結構的相關概念的梳理，著重于練習的講解和演練，導致教學常常停留在抽象的層次上。無法發揮學生的主觀能動性，培養學生的思維，切實落實課程標準中提出的三維目標；無法使學生建立正確的微粒觀，難以達到在“微觀—宏觀—符號”之間的自由轉換，不能實現順暢的認知建構。

二、運用探究式教學理論進行教學實踐

筆者在進行《物質結構和性質》模塊的兩輪教學中，嘗試運用探究式教學理論，進行了該模塊的教學設計及相應的教學實踐。針對該模塊教學中的重點和難點，找出教師教和學生學的過程中存在的困難，積極收集與開發教學資源，通過多種方法創設恰當的教學情景，激發和引導學生自主獨立地發現問題、提出問題、進行猜想與假設、制定計劃、收集證據、得出結論、表達與交流、遷移應用，使學生在知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀三方面得到協調發展。以下是三個教學片段設計案例：

1.回顧歷史，探究原子結構模型的演變

教師提出問題“科學家們是怎么發現原子結構的呢？”，介紹道爾頓的原子模型假設。但是90多年后，湯姆生發現了電子，推翻了道爾頓的實心球模型，提出了“葡萄干蛋糕”模型假設。6年后，盧瑟福和其學生們在實驗室里進行了α粒子的散射實驗。他們用α粒子轟擊金箔，想通過散射來確認那個“葡萄干蛋糕”的大小和性質。讓學生猜想：“如果原子真的像湯姆生假想的那樣，那么α粒子穿過金箔，會出現怎樣的實驗現象？為什么？”事實上并非如此，教師描述了α粒子散射的實驗現象，然后追問“如果你是盧瑟福，你怎么解釋α粒子散射的實驗現象？”，介紹盧瑟福的“行星系統”模型（原子核式模型）假設。

教師引導學生思考“在歷史的進程中，盧瑟福的原子核式模型又面臨著怎樣的危機和挑戰呢？”學生學習了高中物理選修3-5模塊后，就能回答出“根據經典的電磁學理論，任何作加速運動的電荷都要輻射電磁波。在原子內，電子繞原子核運轉，有加速度，必然會不斷地向外輻射電磁波，導致電子能量越來越小，不得不逐漸縮小運行半徑，最后落到原子核上而毀滅；且輻射的電磁波的波長應該是連續的，應該發射連續光譜。”這兩點都與事實矛盾。當時，盧瑟福的學生玻爾以一種深刻的洞察力預見到，在原子這樣小的層次上，必須要放棄經典理論，引進普朗克量子學說，為原子結構理論譜寫了嶄新的一頁。介紹玻爾假設和核外電子分層排布模型假設。

學生雖然不能親自去探究原子結構，但是通過教師創設情景、不斷追問，鼓勵學生積極參與質疑討論，使學生身臨其境，經歷200多年來眾多科學家們探究原子結構的過程，感受復雜曲折的歷史，體驗科學探究的過程和方法：提出問題→猜想假設→制定計劃→進行實驗→得出結論→反思評價→修正理論，也認識了假說、模型、實驗等科學方法對化學科學研究的作用，感受科學家們的人格魅力，提升學生的科學素養和人文素養。

2.引導思考分析，探究價層電子對互斥理論

教師引導學生根據“價層電子對互斥理論”名稱，大膽猜想該理論的內容：①與原子的價電子層關系密切，②帶負電的電子互相排斥。接著，提出本節課的兩個核心問題：“怎樣計算價層電子對數”和“價層電子對在空間如何分布”讓學生去探究。

問題1：對ABn型分子，A原子周圍的價層電子對在空間如何分布，才能使得該分子的能量最低從而穩定地存在呢？教師發給每組學生10個大小相同的氣球和一些橡皮筋，讓學生用橡皮筋把數目不等的氣球系在一起，觀察2個（或3個、或4個）氣球系在一起自發呈現的形狀。學生類比得出A原子周圍的電子對分別是兩對、三對、四對時，在空間分布為直線、平面正三角形、正四面體形狀。通過活動創設情境，讓學生進行分析類比，從活動中受到啟迪，探究得出價層電子對互斥理論的要點，感受探究的喜悅，增強其學習的動機和自信心。

問題2：怎么計算ABn型分子的價層電子對呢？以CH4為例，教師提出一系列問題“價層電子對與哪些原子的價電子層有關？”“寫出CH4的電子式。”“形成共價鍵時，C、H原子分別提供了幾個電子？”“計算中心原子C周圍的價層電子對數。”“這4對價層電子在空間如何分布，才能使得該分子穩定存在呢？”“中心原子C上的價電子是否都用來形成共價鍵了呢？”該計算方法在教材中未出現，對學生來說比較陌生，是學生即使經過一番努力也無法解決的問題。利用例題，通過教師逐步提問來不斷地搭臺階，使學生能“夠得著”。也讓學生在連續的思考中探究得出該理論要點，有助于記憶的保持。

3.動手搭建模型，探究金屬晶體中原子的堆積方式

首先，利用幻燈片播放金屬原子的密堆積方式，創設情景，提出“研究金屬晶體中原子的基本堆積方式”。接著，教師讓學生用4組乒乓球組合（三個排成一條直線的），以乒乓球模擬金屬原子，用雙面膠固定），自己動手操作，探究平面上金屬原子緊密排列的方式：非密置層放置和密置層放置。然后，引導學生觀察同一平面上金屬原子的配位數和形成的空隙的形狀。

按照人們認識事物的一般順序“先平面再空間”，教師讓學生用4組乒乓球組合（同上），先將兩組小球以非密置層的排列方式排列在一個平面上；在其上方再堆積一層非密置層排列的小球，使相鄰層上的小球緊密接觸，有哪些堆積方式？學生動手搭建模型，探究非密置層在三維空間里的基本堆積方式：簡單立方堆積和體心立方堆積，并觀察金屬原子的配位數。

接著，教師又讓學生將密置層的小球在一個平面上黏合在一起，即用另外4組乒乓球組合（2組三個粘在一起的和2組七個粘在一起的），再一層一層地堆積起來（至少堆4層），使相鄰層上的小球緊密接觸，有哪些堆積方式？學生動手搭建模型，探究密置層在三維空間里的基本堆積方式：六方緊密堆積和面心立方緊密堆積，并觀察金屬原子的配位數。

整節課教師都讓學生自己動手操作，探究金屬原子緊密排列的方式，使學生獲得最真切最直觀的體驗；并讓學生到講臺上展示模型，體驗成功的喜悅。教師是引導者，學生是操作者、觀察者、分析者、結論得出者。

三、結論與思考

筆者一直堅持將探究式教學理論應用于《物質結構與性質》模塊的教學，得出以下結論：

第一，該模塊中不是所有的內容都適合開展探究式教學，應該與講授式教學有機地結合起來。應根據具體的教學內容和學生情況，創設有效的教學情景，更好地誘發學生的探究動機。可以讓學生進行部分探究，即探究部分環節，實用性更強一些。

第二，每節課的每個環節，教師都應該致力于創設民主、平等的氛圍，應該給學生提供開放、主動思考的時間和空間，使學生學會探究，提高學生進行科學探究的能力；激發學生學習物質結構知識的興趣，培養和提高學生的空間想象能力，優化學生的認知結構和思維品質，使學生在“知識與技能”、“過程與方法”、“情感態度與價值觀”三方面得到和諧統一的發展。

參考文獻

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