化學(xué)教學(xué)中的比較邏輯

王成秩+胡志剛

摘要：比較邏輯這一運(yùn)用較為普遍的思維表現(xiàn)形式在化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)中也能發(fā)揮重要作用。實(shí)踐表明，學(xué)生在對(duì)氫鍵的存在、形成、類型及其對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響的學(xué)習(xí)中運(yùn)用比較邏輯思維進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，易于實(shí)現(xiàn)感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)的飛躍，促使知識(shí)順利遷移。

關(guān)鍵詞：比較邏輯；氫鍵；教學(xué)設(shè)計(jì)

文章編號(hào)：1005–6629（2015）1–0046–03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

在化學(xué)教學(xué)中，充分發(fā)揮“比較邏輯”的作用是使學(xué)生實(shí)現(xiàn)有意義學(xué)習(xí)的有效方法之一。比較邏輯也稱為比較法，是對(duì)事物的各個(gè)方面進(jìn)行對(duì)照，從而揭示其共同點(diǎn)和差異點(diǎn)，弄清它們的區(qū)別和聯(lián)系的一種邏輯思維方法，也是化學(xué)研究中認(rèn)識(shí)物質(zhì)的一種基本方法，還是自然科學(xué)方法論中的主要成員。

“氫鍵的形成”是蘇教版選修教材《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》專題3的教學(xué)內(nèi)容，本節(jié)內(nèi)容抽象、理論性強(qiáng)，要求學(xué)生從宏觀性質(zhì)出發(fā)轉(zhuǎn)入對(duì)物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的探索，是教學(xué)的一個(gè)難點(diǎn)。因此，尋求用比較邏輯方法進(jìn)行教學(xué)，可降低學(xué)生對(duì)“氫鍵”這一抽象知識(shí)理解的難度，增加可接受性，促進(jìn)學(xué)生對(duì)氫鍵的認(rèn)識(shí)和理解。本文將比較邏輯應(yīng)用于教學(xué)設(shè)計(jì)中主要基于兩點(diǎn)考慮，一是物質(zhì)是否存在氫鍵會(huì)導(dǎo)致在某些性質(zhì)上表現(xiàn)出較大差異，通過比較區(qū)別找出氫鍵的關(guān)鍵特征；二是用比較法有利于辨析氫鍵與化學(xué)鍵的形成及其對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響，突破學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。

1 教學(xué)目標(biāo)

[知識(shí)與技能]

1.通過比較氫化物的沸點(diǎn)變化，發(fā)現(xiàn)水的沸點(diǎn)異常與氫鍵存在聯(lián)系。

2.借助模型，了解氫鍵的形成過程，通過比較“鍵”的形成與強(qiáng)度在本質(zhì)上區(qū)別氫鍵與化學(xué)鍵。

3.通過對(duì)元素性質(zhì)的比較歸納出氫鍵形成的一般條件。

4.通過對(duì)具體物質(zhì)的性質(zhì)比較知道氫鍵的類型及其對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響。

[過程與方法]

1.學(xué)會(huì)運(yùn)用比較推理等方法對(duì)信息進(jìn)行加工，使感性認(rèn)識(shí)上升為理性認(rèn)識(shí)。

2.通過“氫鍵的形成”教學(xué)設(shè)計(jì)，理解比較邏輯思維的規(guī)則和注意事項(xiàng)。

[情感態(tài)度價(jià)值觀]

通過運(yùn)用比較法，進(jìn)一步培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，養(yǎng)成積極參與交流、討論、分析問題的習(xí)慣。

2 教學(xué)設(shè)計(jì)及過程

2.1 比較沸點(diǎn)的變化規(guī)律感性認(rèn)識(shí)氫鍵的存在

[教師]展示圖1，交流討論下列問題：

（1）為什么第ⅣA族元素氫化物的沸點(diǎn)逐漸升高呢？

（2）第ⅥA族元素氫化物沸點(diǎn)也會(huì)逐漸升高嗎？

[學(xué)生]討論，回答。

[教師]展示圖2，提出問題：從相對(duì)分子質(zhì)量對(duì)分子間作用力影響的角度分析，應(yīng)該是水的沸點(diǎn)比H2S的沸點(diǎn)低，水的沸點(diǎn)“異常”說明了什么？

[學(xué)生]可能是分子之間存在一種不同于范德華力的作用力。

[教師]為了解釋水的沸點(diǎn)異常這一現(xiàn)象，人們提出了氫鍵的概念。氫鍵是水分子之間除范德華力以外的另一種作用力。

設(shè)計(jì)意圖：從學(xué)生已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，比較不同主族元素氫化物沸點(diǎn)的變化規(guī)律，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)水的沸點(diǎn)異常，從而產(chǎn)生認(rèn)知沖突，感性認(rèn)識(shí)氫鍵的存在，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)的欲望。

這是新知識(shí)與舊知識(shí)的比較。這樣比較的結(jié)果，已有的知識(shí)得到復(fù)習(xí)、鞏固，使已有的知識(shí)更加清晰、穩(wěn)定，起到固定點(diǎn)的作用，突出了新舊知識(shí)的特征。這樣可以避免新舊知識(shí)混淆不清、模糊一團(tuán)的現(xiàn)象，防止負(fù)遷移。有利于新舊知識(shí)的分化、記憶和理解。

2.2 借助模型比較氫鍵與化學(xué)鍵，認(rèn)識(shí)氫鍵的本質(zhì)

[教師]水分子之間氫鍵的形成如圖3所示：

根據(jù)圖中信息，交流討論下列問題：

（1）為什么H原子幾乎成了“裸露”的質(zhì)子而相對(duì)顯正電性？這對(duì)氫鍵的形成影響大嗎？

（2）兩個(gè)水分子相互接近時(shí)有一定的方向性嗎？

（3）比較于水分子中H-O鍵的形成，氫鍵這種作用力的本質(zhì)是什么？它的強(qiáng)度較H-O鍵是強(qiáng)還是弱呢？

[學(xué)生]討論，回答。

[教師補(bǔ)充]

[小結(jié)]

1.氫鍵的本質(zhì)：靜電作用

2.氫鍵的強(qiáng)度：比范德華力大一些，比化學(xué)鍵小得多

設(shè)計(jì)意圖：教材中雖然描述了氫鍵的形成過程，但比較抽象。通過借助模型這樣的空間上的比較形式，使氫鍵的形成過程直觀化、形象化，降低了學(xué)生抽象思維的難度，有利于培養(yǎng)學(xué)生觀察和分析的能力。同時(shí)通過氫鍵與化學(xué)鍵能、范德華力的列表比較，讓學(xué)生能夠較深刻地理解氫鍵的本質(zhì)是靜電引力（屬于分子間作用力）而非共價(jià)鍵。

2.3 比較元素性質(zhì)理性分析氫鍵的形成條件

[教師]展示圖4，交流回答下列問題：

（1）第ⅤA、ⅦA族元素氫化物的沸點(diǎn)的變化，也存在“異常”現(xiàn)象，這說明了什么？

（2）根據(jù)水分子間氫鍵的表示方法，寫出HF、NH3分子間的氫鍵表達(dá)式。

（3）結(jié)合圖4和表2提供的數(shù)據(jù)，分析氫鍵的形成條件。

[學(xué)生]交流討論，歸納：

（1）氫鍵的表示方法：X-H…Y。

（2）氫鍵的形成條件：在X-H…Y，X、Y都是電負(fù)性大、半徑較小的原子。

[練習(xí)] 1.下列哪些分子之間可能存在氫鍵呢？你還能列舉出哪些？

[學(xué)生]思考、回答。

[小結(jié)]在氫鍵的表示式中，X、Y不一定要相同。不僅同種分子間可形成氫鍵，不同種分子間也可以形成氫鍵。

設(shè)計(jì)意圖：基于學(xué)生對(duì)水的沸點(diǎn)為什么異常已有一定認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生繼續(xù)通過寡眾比較（將同類中的一事物同眾事物比較的方法。一般以一事物為圓心，與眾事物分別比較，而眾事物之間不進(jìn)行比較）來比較與其他氫化物沸點(diǎn)的變化規(guī)律，能讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到不僅水分子間能形成氫鍵，還有其他分子間也可以形成氫鍵，但不是含H的分子之間均能形成氫鍵，以此引發(fā)學(xué)生對(duì)氫鍵形成條件的認(rèn)知需求。然后讓學(xué)生通過對(duì)元素性質(zhì)的比較清晰地認(rèn)識(shí)到氫鍵的形成條件，降低了學(xué)生的認(rèn)知難度。最后通過練習(xí)及時(shí)鞏固，反饋學(xué)生的掌握程度。

2.4 比較同分異構(gòu)體的熔、沸點(diǎn)認(rèn)識(shí)氫鍵的類型[教師]展示圖5，提出問題：

（1）從組成和結(jié)構(gòu)上看這兩種物質(zhì)屬于什么關(guān)系？

（2）請(qǐng)從它們的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析它們所形成氫鍵的不同以及導(dǎo)致兩者熔點(diǎn)差異的原因。

設(shè)計(jì)意圖：通過比較同分異構(gòu)體的“空間”形式，一是讓學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)應(yīng)用氫鍵的形成條件分析物質(zhì)是否存在氫鍵，二是以點(diǎn)帶面讓學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識(shí)氫鍵的類型。

2.5 比較氫鍵的有無感受氫鍵對(duì)生命的意義

[教師]展示圖6，提出問題：

根據(jù)冰晶體和DNA分子中的堿基對(duì)結(jié)構(gòu)示意圖討論下列問題：

（1）如果液態(tài)水的分子之間沒有形成氫鍵，如果冰中的分子之間沒有氫鍵，那么水的沸點(diǎn)和冰的密度將會(huì)發(fā)生怎樣的變化？這種變化對(duì)地球的生命會(huì)產(chǎn)生什么樣的影響？

（2）DNA分子中有幾種不同的氫鍵，如果DNA大分子堿基沒有通過氫鍵形成配對(duì)，那么對(duì)遺傳信息會(huì)產(chǎn)生怎樣的影響？

[學(xué)生]交流討論，回答。

[課堂小結(jié)]氫鍵是一種神秘而重要的力量，有關(guān)氫鍵的問題人們還在不斷的探索中……

同學(xué)們可以通過查詢資料繼續(xù)了解氫鍵的類型以及氫鍵對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響，寫一篇關(guān)于氫鍵的短文。

設(shè)計(jì)意圖：通過對(duì)液態(tài)水和冰中氫鍵的及其性質(zhì)的比較，讓學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識(shí)了氫鍵的方向性和飽和性。對(duì)DNA分子中不同的氫鍵的觀察則加深了學(xué)生對(duì)氫鍵形成條件的理解，進(jìn)一步鞏固了氫鍵的書寫。這是采用了綜合比較（把一系列的各個(gè)事物現(xiàn)象的諸方面進(jìn)行比較的方法）的形式。聯(lián)系氫鍵存在、物質(zhì)性質(zhì)及其對(duì)生命的影響，讓學(xué)生感覺到微觀抽象知識(shí)就在我們身邊，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的信心和愉悅感。

3 教學(xué)反思

（1）誠如著名教育家烏申斯基所說的：“比較是一切理解和思維的基礎(chǔ)，我們正是通過比較來了解世界上的一切的。”本節(jié)課采用了新舊知識(shí)的比較、空間上的比較、寡眾比較、綜合比較等方法，從物質(zhì)性質(zhì)、元素性質(zhì)、物質(zhì)的結(jié)構(gòu)三方面不斷地創(chuàng)設(shè)情景，引導(dǎo)學(xué)生在比較中發(fā)現(xiàn)差異，引發(fā)思考，在比較中找到差異的歸因，不僅讓學(xué)生在認(rèn)知沖突中由表及里地認(rèn)識(shí)氫鍵，解決教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)，達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果。同時(shí)也利于培養(yǎng)學(xué)生善于觀察、善于思考、善于歸納的優(yōu)良品質(zhì)。

（2）教學(xué)中通過對(duì)各種圖表數(shù)據(jù)、模型的整合使用使得本節(jié)內(nèi)容變得更為具體、直觀，讓知識(shí)變得更具可接受性，也培養(yǎng)了學(xué)生吸收整合處理信息的能力。合理的問題設(shè)置能讓學(xué)生及時(shí)進(jìn)入狀態(tài)，經(jīng)歷思維探究的過程，較為深刻地體會(huì)到宏觀-微觀-符號(hào)、結(jié)構(gòu)-性質(zhì)兩條主要的內(nèi)容線索。

參考文獻(xiàn)：

[1]王祖浩主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)[M].南京：江蘇教育出版社，2009.