深度整合教材資源　切實提升核心素養(yǎng)

林珍珍

［摘 要］化學學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)是高中化學教學活動的重點內(nèi)容。文章具體闡述如何深入挖掘新人教版高中化學教材選擇性必修2中“微粒間的相互作用”的相關知識資源、圖片資源、數(shù)據(jù)資源、章末資源等并用于設計復習教學，以及探討深度整合教材資源、培養(yǎng)學生學科核心素養(yǎng)的方法途徑，為全面落實和發(fā)展學生的學科核心素養(yǎng)提供參考。

［關鍵詞］深度整合；教材資源；核心素養(yǎng)；微粒；相互作用

［中圖分類號］? ? G633.8? ? ? ? ［文獻標識碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2023）23-0060-04

2020年秋季，浙江省開始使用新人教版高中化學教材，其中選擇性必修2《物質(zhì)結構與性質(zhì)》模塊內(nèi)容時隔多年后再次納入高考范圍。在新教材、新高考形勢下，教師需要在把握課程標準和教材的關系的基礎上，依據(jù)學情對教材進行二次開發(fā)［1］，設計有效教學，以優(yōu)化教學路徑。微粒間的相互作用包括離子鍵、共價鍵、金屬鍵、配位鍵以及范德華力和氫鍵等，是本模塊的教學重點，也是教學難點，其內(nèi)容抽象、關系復雜、題型多變。教師在上“微粒間的相互作用”復習課時，應合理利用教材內(nèi)容、圖片、數(shù)據(jù)、章末小結等資源，并進行深度挖掘與整合，以充分發(fā)揮它們的教學價值，幫助學生形成全面、深刻的微粒觀，使學生學會多角度建立分析問題的方法和模型，從而使學科核心素養(yǎng)的培育落地生根。

一、知識資源再融合——模型建構

“模型”是人們?yōu)榱四撤N特定目的而對認識對象所做的一種簡化的描述，可定性、定量，還可借助于具體實物、其他形象化手段或抽象的形式來表達。在解決化學問題時，使用化學語言和方法，從復雜的化學問題、條件和現(xiàn)象中簡化、抽象出化學模型的過程就是化學模型的建構過程。通過對晶體內(nèi)容的學習，學生已經(jīng)認識了簡單晶體結構模型，但在解決復雜晶體問題時還不能綜合應用相關知識。因此，教師需要整合教材內(nèi)容，幫助學生建立解決復雜晶體問題的結構模型。

在“配合物與超分子”一節(jié)中，教材通過設問“無水硫酸銅是白色的，但CuSO4·5H2O晶體卻是藍色的，這是為什么呢？”［2］進而引入實驗，并得出結論“呈藍色的是［Cu（H2O）4］2+”。那么，CuSO4·5H2O晶體中最后一個水分子是如何結合的呢？教師可以利用這一教學素材引導學生進行思考、總結，建構復雜晶體結構模型。教材在介紹“離子晶體”時提到CuSO4·5H2O晶體等大量離子晶體的陰離子或陽離子不是單原子離子，有的還存在電中性分子，這些晶體中還存在共價鍵、氫鍵等，啟發(fā)學生依據(jù)微粒間相互作用的類型，推斷出H2O與H2O或SO[2-4]間應該是氫鍵作用，進而將CuSO4·5H2O晶體的微觀結構具象化（如圖1），引導學生分析并建構模型：2個H2O分子與Cu2+以配位鍵結合；還有2個H2O分子與Cu2+形成配位鍵又與第5個H2O分子形成氫鍵；第5個H2O分子與周圍的SO[2-4]和H2O分子形成4個氫鍵。因此，CuSO4·5H2O也可以寫作［Cu（H2O）4］SO4·H2O。

晶體結構決定晶體性質(zhì)，對此教師可進一步設置相關問題培養(yǎng)學生應用模型的能力。如：CuSO4·5H2O受熱失去結晶水的順序是怎樣的？學生可根據(jù)模型中5個H2O分子結合力的不同做出判斷：逐步失去2個、2個、1個H2O。那么，此模型是否也適用于其他硫酸鹽晶體呢？教師可為學生提供FeSO4·7H2O的晶體結構（如圖2），讓學生獨立分析得出結論：FeSO4·7H2O晶體中，3個H2O分子與Fe2+形成一個配位鍵，還有3個H2O分子與Fe2+形成一個配位鍵和一個氫鍵，最后一個H2O分子只形成4個氫鍵（圖中未畫完全），所以也可寫作［Fe（H2O）6］SO4·H2O；受熱分解情況與CuSO4·5H2O類似，逐步失去3個、3個、1個H2O。在此基礎上，教師可向?qū)W生提供脫水熱重曲線，引導學生從晶體性質(zhì)的角度印證對晶體結構的判斷。至此，學生可抽象、簡化出過渡金屬硫酸鹽晶體結構的基本模型：部分H2O分子作為配體與金屬離子結合生成配離子，其余H2O分子則通過氫鍵結合形成晶體的空間結構。

接著，分析NH3·H2O的結構。在必修第二冊教材中提到氨氣溶于水時，會與H2O結合成NH3·H2O，那么NH3·H2O分子是通過什么作用力結合的呢？基于氫鍵的學習，學生已經(jīng)知道NH3和H2O分子之間會形成氫鍵，理論上會出現(xiàn)如圖3所示的兩種結構。哪一種結構更符合真實情況呢？教師引導學生從證據(jù)角度進行推理：從實驗事實來看，氨水呈堿性，NH3·H2O在水中電離出NH4+和OH-；從結構角度來看，N的電負性比O小，更容易提供孤電子對形成配位鍵，因此在配離子的穩(wěn)定性上NH[+4] > H3O+，故結構B更符合真實情況。

以上教學設計通過深度挖掘、整合教材內(nèi)容，將碎片化的知識轉化為網(wǎng)絡化、結構化的認知模型，既能充分發(fā)揮學生學習的主動性，又能引導學生重組化學知識，形成對知識結構的理解圖式，完成對復雜晶體結構模型的自我建構，促進學生深入理解知識及提升化學學科核心素養(yǎng)。

二、圖片資源再設問——類比遷移

“類比遷移”是指兩個或兩個以上的已知對象雖然有差異，但它們之間有著相同的性質(zhì)和聯(lián)系，以此作為依據(jù)，由已知對象的性質(zhì)或聯(lián)系來獲取未知對象的性質(zhì)或聯(lián)系［3］。簡而言之，就是運用解決熟悉問題的方法去解決新問題。“微粒間的相互作用”這部分內(nèi)容，教材提供了大量的微觀模型圖片資源，這些圖片是對學生進行類比遷移訓練的良好素材，然而在實際教學中大部分教師對此只是一帶而過，大為可惜。教學中，教師應深入解讀圖片信息，設置問題鏈對學生進行類比訓練并對相似問題鏈進行類比遷移，讓學生在新舊知識銜接的基礎上解決新問題、形成新認知、提升核心素養(yǎng)。

例如，教材中提供了“硅酸鹽晶體中的陰離子舉例”示意圖（如圖4-1），對圖片信息進行分析可知硅酸鹽的陰離子的基本結構單元為硅氧共價鍵形成的硅氧四面體（如圖4-2）。通過共用頂角氧原子可形成有限數(shù)目硅氧四面體構建的簡單陰離子，也可以形成一維、二維、三維無限伸展的共價鍵骨架（如圖4-3）。這一教學素材簡單且生動地將硅酸鹽的陰離子的結構特征呈現(xiàn)給了學生。

教師可以設計問題鏈對學生進行如表1所示的類比訓練，啟發(fā)學生找到各問題的共同要素，理解問題間的區(qū)別和聯(lián)系，進一步提升學生的類比遷移能力。首先引導學生確定結構中的重復單元是有限的還是無限的，然后分析減少氧原子的數(shù)目，最后依據(jù)各元素化合價不變寫出復雜離子的符號。通過對學生進行“少—多—無限”的認知訓練，建立解決有關硅酸、磷酸、硫酸、硼酸等易形成各種多聚含氧酸根離子類問題的思維和認知模型，便于學生解決更多類似問題，提升類比遷移能力。例如，教師可以設計如下練習：1.海產(chǎn)品添加劑多聚磷酸鈉是由Na+與多聚磷酸根離子組成的（如圖5），請寫出這種多聚磷酸鈉的化學式。2.如圖6是鏈狀結構的多硼酸根和硼砂晶體中陰離子的環(huán)狀結構，請寫出多硼酸根和環(huán)狀陰離子的化學式。

基于教材圖片資源進行的類比遷移可以鍛煉學生讀圖、識圖的能力，培養(yǎng)學生宏微結合的符號表征技能，更重要的是可以使學生原有的知識、認知結構得到有效的整合，同時又能促進學生類比思維的發(fā)展，對學生基本技能的提升及創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)都具有重要的意義。

三、數(shù)據(jù)資源再分析——比較學習

“比較”是現(xiàn)代教學中常用的教學方法，運用比較學習法能夠讓學生正確區(qū)分兩種較為相似的物質(zhì)或知識點之間的異同，加深學生印象，降低知識混淆概率，深化學生的認知。在化學教學中，從宏觀角度對物質(zhì)的性質(zhì)進行比較是學生較為擅長的，但從微觀角度探究物質(zhì)的差異性，尤其是通過數(shù)據(jù)資源對宏觀性質(zhì)進行定量表征則是學生比較欠缺的。教材在“微粒間的相互作用”這部分內(nèi)容中提供了多種數(shù)據(jù)資源。對數(shù)據(jù)資源進行分析利用，將其轉化為“有效的信息資源”，有利于培養(yǎng)學生宏觀辨識與微觀探析以及證據(jù)推理與模型認知的核心素養(yǎng)。

例如，氫鍵是影響物質(zhì)熔沸點和溶解性的重要因素，但高考命題并不局限于“分子間氫鍵使熔沸點升高，分子內(nèi)氫鍵使熔沸點降低”這一內(nèi)容，常考題型為比較兩種或多種物質(zhì)熔沸點的高低并解釋原因。教師可利用2022年浙江6月選考第26題中的“乙醇的揮發(fā)性比水的強，原因是? ? ? ? ? ? ?”，啟發(fā)學生分別從“定性角度”和“定量角度”進行思考：由揮發(fā)性可知乙醇沸點比水低，分析發(fā)現(xiàn)兩者都能形成分子間氫鍵，那么兩者氫鍵的強度如何？學生查閱教材數(shù)據(jù)資料（見表2），發(fā)現(xiàn)乙醇分子間氫鍵的強度大于水，進而想到要比較形成氫鍵數(shù)目的多少：1個H2O分子形成2個氫鍵，而1個C2H5OH分子只能形成1個氫鍵，即答案為“H2O之間形成氫鍵的數(shù)目比C2H5OH多”。教師可進一步設計思維容量較大的比較問題，強化學生的數(shù)據(jù)應用意識，并引導學生建立解決問題的一般思路。如比較CH4、NH3、H2O、HF的沸點大小并解釋原因。在解決問題的過程中，學生逐步建立程序化的思維過程：1.判斷是否含氫鍵。CH4不存在分子間氫鍵，沸點最低；2.比較氫鍵數(shù)目。1個NH3、HF分子各形成1個氫鍵，1個H2O分子形成2個氫鍵，H2O的沸點最高。3.比較氫鍵強度。HF分子間的氫鍵強度大于NH3，因此HF沸點高于NH3。

又如，CO和N2的相對分子質(zhì)量相同，兩者的成鍵方式和某些性質(zhì)有相似之處，可依托教材中的數(shù)據(jù)資源對兩者進行比較學習。對教材中氣體的溶解度數(shù)據(jù)（見表3）進行分析可知，非極性分子（如N2）的溶解度均較小，極性分子的溶解度較大。

反常的是，極性分子CO在水中的溶解度卻很小，這是為什么呢？首先引導學生猜測“CO分子極性微弱”，然而查閱數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)C的電負性為2.5，O為3.5，相差1.0，比HCl（H和Cl相差0.9）還要大，但CO在水中的溶解度遠遠小于HCl。這一矛盾激發(fā)了學生進一步探究的欲望，并得出“這是分子結構不同造成的”的結論：HCl分子中H和Cl原子形成H—Cl單鍵，而CO分子中C和O原子各提供一個含單電子的2p軌道“頭碰頭”重疊形成一個σ鍵，再各自提供一個含單電子的2p軌道，“肩并肩”重疊形成一個π鍵，最后C的2p空軌道和O的一個含孤電子對的2p軌道形成一個配位π鍵，可以表示為[C][O] 。這個π配鍵在一定程度上抵消了因碳和氧之間電負性差所產(chǎn)生的極性，使氧原子端的電子云密度和碳原子端的電子云密度接近，因此CO的極性不大，在水中的溶解度很小。接下來，教師提出問題：CO和N2的物理性質(zhì)相似，那么化學性質(zhì)呢？學生已經(jīng)知道CO比N2活潑，也初步具備了利用數(shù)據(jù)的證據(jù)意識：通過分析表4中的相關鍵能數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)，CO斷裂第一個化學鍵需要1071.9-798.9=273 kJ/mol，而N2則需要941.7-418.4=523.3 kJ/mol，這造成了CO的鍵能雖比N2略大，但化學性質(zhì)卻比N2要活潑。最后，強化學生對“結構決定性質(zhì)”這一化學學科觀念的認識：CO和N2分子中三重鍵的特點并不完全相同。N2分子中負電荷分布是對稱的，而CO卻是不對稱的，C原子略帶負電荷，再加上C的電負性比N小，因此CO比N2較易給出電子對向過渡金屬原子（離子）配位生成較穩(wěn)定的配合物。

基于教材數(shù)據(jù)資源進行比較學習的實例還有很多，如“利用鍵能比較氫化物的穩(wěn)定性”“利用溶解度數(shù)據(jù)解釋相似相溶規(guī)律”“利用數(shù)據(jù)比較分子間作用力、共價鍵、氫鍵的強度”等。數(shù)據(jù)資源的合理和有效運用，使得問題的解決宏觀有理、微觀有據(jù)，有助于培養(yǎng)學生科學嚴謹?shù)臄?shù)據(jù)觀和證據(jù)意識。

四、章末資源再利用——整理提升

“整理提升”是將教材知識條理化、系統(tǒng)化的過程，既能起到鞏固復習、挖掘規(guī)律、訓練思維的作用，又能幫助學生查漏補缺、構建知識體系，提升知識、能力、情感三重素養(yǎng)。因此，加強整理提升的實效性在復習教學中尤為重要。那么，如何實現(xiàn)行之有效的整理提升呢？在教學設計花樣繁多的大環(huán)境下，回歸教材仍然是教學的起點。新教材的每一章的末尾都會通過框圖關系、列表填空、文字說明等形式對本章內(nèi)容進行小結，幫助學生歸納整理，并提供習題以便學生復習與提高。教師可充分利用章末資源，幫助學生對所學知識進行查漏補缺、梳理知識脈絡、構建知識體系，引導學生再認識所學知識，進一步內(nèi)化化學思想方法，真正提高解決化學問題的能力。

例如，在“微粒間的相互作用”的復習教學中，教師首先可借助教材中的知識網(wǎng)絡組織教學環(huán)節(jié)一“自主回顧——知識梳理”：指導學生明晰“共價鍵和分子空間結構”的知識主線，自主復習各概念的核心要點，交流討論，深入理解知識間的邏輯關系，繪制知識網(wǎng)絡圖，實現(xiàn)知識結構化；然后組織教學環(huán)節(jié)二“預測解釋——典例分析”：學生依據(jù)教材提供的“雜化軌道類型”表格填空對分子的空間結構進行預測和解釋，梳理不同雜化軌道的特征并學會判斷，再利用教材第51頁第9題進一步強化、鞏固和提升；接著，組織教學環(huán)節(jié)三“宏微結合——學以致用”：引導學生分析討論完成“分子結構與物質(zhì)的性質(zhì)”一欄的填空，從微觀角度分析范德華力、氫鍵、分子極性對物質(zhì)宏觀性質(zhì)的影響，強化“結構決定性質(zhì)、性質(zhì)反映結構”這一學科基本觀念，提升學生“宏觀辨識與微觀探析”的核心素養(yǎng)；最后，組織教學環(huán)節(jié)四“歸納總結——鞏固提升”：選取教材第66頁第12題和第13題作為鞏固練習，讓學生基于習題的解答對涉及的知識點做深入的總結，并思考如何能進行更有效的應用。為了進一步鍛煉學生的思維能力，還可利用教材第66頁第14題引導學生分析與水分子結構相似的OF2的極性很小的原因，通過開放性的習題啟發(fā)學生全面分析兩種分子的結構，鍛煉學生思維的靈活性和發(fā)散性，進而提升學生的綜合應用能力。

綜上可知，高中化學新教材中蘊含著非常豐富的知識、圖片、數(shù)據(jù)等教學資源。教師要積極地領會新教材的變化，深度挖掘和應用教材資源，積極開發(fā)新的教學策略和途徑：通過知識資源的再融合建構模型，為學生提供解決復雜問題的方法和抓手；利用類比遷移法對圖片資源再設問，激發(fā)學生的探究欲望，促進新舊知識的銜接；采用比較學習法對數(shù)據(jù)資源進行再分析，提升學生“證據(jù)推理”“微觀探析”的核心素養(yǎng)；利用章末資源的再次整理提升，實現(xiàn)知識關聯(lián)的結構化、認識思路和核心概念的結構化。同時，教師還要不斷開發(fā)基于教材整合的其他教學方法和策略，從而切實落實學生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，努力實現(xiàn)當前的教育目標。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?］

［1］? 李勤.化學有效課堂構建中教材資源的二次開發(fā)［J］.課程教材教學研究（中教研究），2019（合刊3）：17-19.

［2］? 人民教育出版社，課程教材研究所，化學課程教材研究開發(fā)中心.普通高中教科書? ? 化學? ? 選擇性必修2［M］.北京：人民教育出版社，2020.

［3］? 劉宗寅，呂志清.化學發(fā)現(xiàn)的藝術：化學探索中的智慧聚合［M］.青島：中國海洋大學出版社，2003.

（責任編輯 羅 艷）