晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，為學生空間想象力插上翅膀

馮小明

高中化學知識的體系中，有一部分屬于晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，在這部分的教育教學中，對于教師的要求很高，因為這不僅是傳授基本的化學知識，而且與學生的空間想象能力密切相關。對于空間想象力，是指學生對于抽象的立體空間的認識、分析、理解、應用、掌握的過程，在此過程中，學生是從基本的圖形和結(jié)構(gòu)的視覺認識開始，然后通過教師的講解和分析建立基本的某些分子的晶體結(jié)構(gòu)空間概念，再以這些簡單的模型為基礎，建立起一個基本的概念系統(tǒng)，如晶體、非晶體、晶體類型、晶胞等概念。在此基礎上，學生在教師及課本的指引下，在練習中驗證學到的知識，通過獨立思考解決學習中的問題，在解決問題的過程中總結(jié)自己的做題方法，并建立自己對于晶體空間完整的空間架構(gòu)與知識體系。

一、扎實知識，為學生空間想象力打下基礎

在學習過程中，空間想象力是建立在扎實的知識基礎上的，只有認識這個打根基的過程的規(guī)律性，才能在學習中無往而不利。沒有概念知識打基礎，培養(yǎng)空間想象力就是一句空話，“無源之水，無根之木”講的就是這個意思。在這一部分，學生需要掌握的知識包括晶體和非晶體的概念，以固體是否有規(guī)則的外形作為衡量標準之一。基礎知識對于一個人的重要性就相當于支撐一個人的基本的身體組成一樣，沒有了基礎，做其他事情只能是望洋興嘆，悔之無門。

當掌握了晶體的特性即擁有規(guī)則的幾何外形，這是說作為晶體，它的內(nèi)部質(zhì)點和外形質(zhì)點排列是非常有序的，像一個有組織有紀律的士兵陣列一樣，充滿科學性的美感；有固定的溶沸點，是說作為晶體有比較嚴格的條件下的沸騰和融化的溫度臨界點；各向異性是講在強度和導熱性和光學性質(zhì)上的特定性質(zhì)；通過X射線的衍射實驗可以較準確地區(qū)分晶體和非晶體，就可以進入真正的化學知識學習，從基礎的晶體構(gòu)成學起，然后逐漸深入，掌握離子晶體、原子晶體、分子晶體、金屬型晶體，以及混合物晶體等各類晶體的性質(zhì)，從而系統(tǒng)學習這部分知識。

在教授氯化鈉的晶體結(jié)構(gòu)組成時，作為一種基本的離子晶體，筆者要求學生記憶該晶體的基本構(gòu)造，并且做出該晶體的模型結(jié)構(gòu)，采用紙棒的形式進行構(gòu)造該晶體的空間結(jié)構(gòu)模型，然后觀察該晶體中基本的晶胞單元中鈉離子與氯離子的個數(shù)。“老師，其中含有4個鈉離子和4個氯離子，每個鈉離子和每個氯離子都被最近距離的12個氯離子或鈉離子包圍或是被6個相同離子包圍”。在這種結(jié)構(gòu)中，呈現(xiàn)出了高度的對稱性和美感。通過嚴密的數(shù)學計算，可以通過鈉離子和氯離子間的最近距離計算得出晶體密度，首先分析每晶胞中所含的粒子數(shù)目，計算出每個晶胞的質(zhì)量，在此基礎上再求出每個晶胞的體積，這樣就可以利用質(zhì)量與密度的比值作為晶體密度的計算策略。

相比于抽象的概念合集，實際的計算例子更能建立起學生對于晶體結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的基本認知，在以后的學習過程中，通過自己的經(jīng)驗判斷晶體的特點與計算等，正是說明了打好扎實的基礎對于培養(yǎng)學生空間想象力的重要性。

二、方式多樣，為學生空間想象力插上翅膀

在這部分內(nèi)容的化學教學中，要充分利用以下各種教育教學方式提高學生的空間想象力，讓學生理解課堂內(nèi)容，理解晶體結(jié)構(gòu)的具體構(gòu)成，在考慮晶胞等問題時要更積極主動地和同學老師交流和溝通，將學習中遇到的各種問題通過恰當方式解決。

1.一般情況下，我們可以通過現(xiàn)實中存在的各種立體形態(tài)幫助我們認識立體圖形的各部分要素，也可以通過標準的或原子或離子或分子的空間結(jié)構(gòu)構(gòu)筑基本的空間框架，雖然可能會有一部分空間架構(gòu)體系的缺失，但是給予了我們一種基本的分析策略和行事方法，提供了對于變化結(jié)構(gòu)的對應的分析方法。

2.在當前多媒體盛行的教育方式中，采用多媒體的動態(tài)演示晶體結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化可以直觀反映出晶胞的個體數(shù)目，以及在空間結(jié)構(gòu)形成的過程中，晶胞是怎樣占據(jù)空間的各個位置，以一種變化的角度呈現(xiàn)出晶體的空間結(jié)構(gòu)組成，以及這樣形成的晶體的性質(zhì)。除了演示晶體的形成，還可以拿來全方位地呈現(xiàn)一種晶體的各個角度的視圖，同時展現(xiàn)各種晶體的對比結(jié)構(gòu)圖，在不知不覺中為學生建立晶體空間結(jié)構(gòu)的各種模型與結(jié)構(gòu)，讓學生可以很直觀地了解到所學的幾種晶體結(jié)構(gòu)的空間構(gòu)成的差異性。多媒體的動態(tài)教學的方式在激發(fā)學生學習興趣，活躍課堂氛圍，培養(yǎng)學生空間想象力等方面具有重要作用。

3.在空間結(jié)構(gòu)的學習過程中，鼓勵學生動手進行畫圖也是一種培養(yǎng)學生空間方向感的一種有效方法。學習各種物質(zhì)的最小晶胞單元的畫法，晶胞是晶體中的最小重復單元，通過各種平移變換可以與其他晶胞完美契合，而且一般的，晶胞的幾何性質(zhì)基本上都是平行六面體。像一個蜜蜂的蜂巢一樣，有序地排列組合形成一個大的蜂巢即幾何結(jié)構(gòu)的完美呈現(xiàn)。通過學生自己動手進行操作，實際形成了他對于這種結(jié)構(gòu)的基本認知，只要碰到這樣的結(jié)構(gòu)或描述，立即就可以在腦海中形成這種結(jié)構(gòu)，從而很快推算出晶胞中粒子個數(shù)，以及離子和原子在空間的位置構(gòu)造，如頭腦風暴一般，為學生的想象力成長插上了堅強而又厚實的翅膀，使其自由翱翔在晶體的空間結(jié)構(gòu)中。

三、反思回顧，為學生空間想象力再添助力

子曰：“學而不思則罔，思而不學則殆。”在學習過程中，要達到思考與學習同步進行，在學習過后不忘反思回顧完整的知識和空間結(jié)構(gòu)的特點，在不斷地推翻再重建的思維訓練中得到關于晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的總結(jié)，充分實現(xiàn)學生空間想象力的成長，學生在不斷反思中除了可以鞏固知識外，還可以對其結(jié)構(gòu)做出不斷的拆解重組，這個過程，可以將學生的思維創(chuàng)造力發(fā)展再發(fā)展，為學生的空間想象力的成長作出真正的貢獻。

在晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之中，除了掌握基本的結(jié)構(gòu)構(gòu)造之外，對于計算，這是一個很重要的值得學習的部分，因為實際應用中很多晶體的要求不僅是能夠從結(jié)構(gòu)圖上及圖文描述中讀出相關需要的信息，而且需要能夠數(shù)并計算出晶胞的數(shù)目，晶胞中各離子的數(shù)目，以及各自相互圍繞的離子或原子數(shù)目及結(jié)構(gòu)組成。在計算過程中，我們在學習一種計算方法的基礎上要掌握其計算的基本原理，做到“舉一隅可以三隅反”，在學習過后將計算的本質(zhì)展示出來。這部分的計算主要涉及摩爾質(zhì)量、阿伏伽德羅常數(shù)與密度的關系，密度計算中主要應用密度的定義。通過各種或簡或繁的分析計算，學生對于晶體的結(jié)構(gòu)性質(zhì)進一步深入了解，對知識的熟練程度及空間思維進一步提高。

在大量的學習與分析過后，學生進行的就是空間創(chuàng)造性思維與創(chuàng)造性活動的開展，在熟練了基本知識之后，在認識新的空間晶胞結(jié)構(gòu)的過程中，思維會自覺地將所見的新結(jié)構(gòu)納入已學過的知識體系中進行對比與分析，在最短時間內(nèi)將新結(jié)構(gòu)進行分解并按原有方式重新組合，分析出其中的晶胞及化學鍵的性質(zhì)，然后在此基礎上，對晶胞中粒子的數(shù)目進行分析，得出相應結(jié)論，這是學習的一個新階段，也是空間想象力成熟的必經(jīng)階段。

總之，在晶體的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)教學部分中，空間結(jié)構(gòu)是貫穿教師教學與學生學習過程的一根主線，對于主線的學習是主要的，但是在此過程中，要注意學習的規(guī)律性，從基礎抓起，從每一次課堂分析抓起，使空間思維成為一種習慣性思維，在不斷的學習、練習、鞏固、回顧、反思中獲得不斷更新的知識體系和空間結(jié)構(gòu)與性質(zhì)體系。學生在學習過程中，還應當積極地與同學和老師交換自己的想法，獲得更多的理解與發(fā)展空間思維的機會，讓自己的化學空間思維從無到有，從簡入繁再入簡，實現(xiàn)空間想象力的騰飛。