物质结构理论下提升高中化学育人效果的策略探究

摘 要：高中化学是一门研究物质性质、结构、反应和变化的学科，需要学生能够从不同层次进行化学物质多样性的认识，从原子、分子的视角进行物质性质、组成、结构的认识，理解高中化学反应变化过程的本质原理，从而帮助学生形成“结构决定性质”的化学观念。本文主要从物质结构的角度出发，体现物质结构的知识功能，提升化学教学的育人效果，培养学生化学核心素养，促进学生的全面发展。

关键词：物质结构;高中化学;育人效果

教育部《关于全面深化课程改革 落实立德树人根本任务的意见》中明确指出，研究提出各个学段学生发展核心素养体系，明确学生应具备的适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。因此，高中化学教师也要注重化学学科的育人功能，将高中化学知识的学习和学生核心素养的培养统一起来。作为“从原子、分子水平研究物质组成、结构、性质、转化及其应用的一门基础学科”，物质结构观念是高中化学核心素养的组成部分，在提升化学育人能力方面具有重要作用，教师要关注化学学科特点，发挥化学结构的理论知识功能，提升化学教学的育人能力。

一、 结构分析，形成认识物质结构观念

物质结构决定性质是化学的基本观念，在高中化学教学中，教师要以学生的自主思考和发展为基础，引导学生在现有化学知识的基础上，进行结构分析，迁移学生的知识和技能，帮助学生更好地认识化学物质结构观念。这样更有利于学生理解化学的本质，丰富学生的知识，让学生能够感受到化学知识中蕴含的思想观念，方法和思维方式，彰显化学教学的育人功能，而化学“物质结构”理论知识作为化学学科区别于其他学科的显著特点，发挥其作用需要教师运用具体的教学方法，加强学生微观与宏观之间的联系，帮助学生构建物质结构观念。

比如在学习甲烷（CH4）知识的时候，教师可以让学生依据以往的知识经验，根据甲烷的分子式猜测甲烷分子的空间构型，并让学生说出理由。有的学生认为甲烷可能为平面正方形结构，有的学生认为甲烷可能为正四面体构型，还有的学生认为甲烷为正四棱锥构型等，学生纷纷发表自己猜测的依据和观点。教师可以引导学生运用化学实验的方法对自己的猜测进行验证，学生通过甲烷的二氯取代物来验证证明甲烷的空间构型，通过球棍模型演练，不同空间构型的甲烷二氯取代物结构表现不同，其中平面正方形和正四棱锥构型的二氯取代物有两种结构，正四棱锥构型的二氯取代物有一种结构，通过相关资料发现，甲烷的二氯取代物只有一种空间构型，因此可以确定甲烷为正四面体。

通过对比反应后的产物结构，不仅有利于学生将所学的化学知识融会贯通，掌握化学变化的规律，同时也让学生认识到物质结构在物质性质中的关键作用，帮助学生构建物质结构决定性质的物质结构观念，促进学生化学学科素养的形成。

二、 结构探究，培养空间想象能力

物质的结构对物质的性质具有决定性作用，因此在进行化学结构探究的时候，教师要引导学生根据物质的空间结构，提取有用的信息，培养学生的空间想象能力，实现化学的育人功能。以“分子晶体”教学为例，教师可以让学生根据下面的信息，推测在干冰中，每个二氧化碳分子周围有多少个等距相邻的二氧化碳分子？

教师：干冰是二氧化碳的固态形式，一般通过压缩二氧化碳气体成液态后，经过膨胀得到，由于和冰非常相似，因此而得名“干冰”，干冰晶体的结构如图所示。

学生1：干冰和冰外观相似，因此干冰也是分子晶体，根据干冰的晶体结构可以得出每个二氧化碳分子周围有8个等距相邻的二氧化碳分子。

学生2：干冰是分子晶体，但是图1的结构只是干冰的一个晶胞，干冰晶体是由无数个上面的结构组成的，因此，以正方体顶点上的二氧化碳分子为例，与它相邻的十二个面的中心各有一个二氧化碳分子，并且距离最短，因此每个二氧化碳分子周围有12个等距相邻的二氧化碳分子。

图1 二氧化碳晶胞结构图

通过分析可以让学生对物质结构进行空间想象和延伸，只有学生能够将一个顶点上的二氧化碳分子周围没有的7个正方体晶胞补充完整，二氧化碳分子周围的最近的等距二氧化碳分子就出来了。因此，在进行物质结构学习的时候，教师要引导学生进行充分的想象，对已有的信息进行加工和分析，进行合理的空间想象，从而解决问题，培养空间想象能力。

三、 实验探究，实现化学育人功能

高中化学是一门以实验为基础的学科，实验探究活动不仅有利于学生掌握化学规律，验证化学猜测和性质，同时也能帮助学生形成科学的思维，养成严谨的探究态度，培养学生的实验能力，操作能力和问题解决能力。在高中化学教学中，通过多样化的学习活动，帮助学生认识碳原子的成键特点及有机物的碳骨架，渗透“结构决定性质”的化学观念，体现化学的教学价值。

高中化学物质结构思想蕴含在化学的物质性质、变化和应用之中，教师可以根据教学内容，遵循化学物构思想的基本思路，厘清物质结构理论知识之间的内在关系，即从微观到宏观：物质（结构决定性质决定用途）;从宏观到微观：物质（用途反映性质反映结构），教师要对化学物构理论知识进行综合考虑，通过化学的内在逻辑关系和外在表现，设计课堂实验，实现化学育人功能。下面以“乙烯”知识为例，分别从乙烯的制法、乙烯的结构、乙烯的用途和性质等方面引导学生进行探究，让学生积极参与到活动中去发现知识，感染学生的情感，提高化学教学的效率。

（一） 创设问题情境，激发学生兴趣

在乙烯性质学习的过程中，教师先给学生创设教学情境，展示用分解石蜡油制取乙烯的实验视频，让学生观察实验现象，思考一下石蜡油的分解实验中，哪些现象可以证明分解产物与烷烃（甲烷）具有相同的性質，哪些现象可以证明分解产物又与烷烃（甲烷）具有不同的性质？学生通过往分解产物中通入溴的四氯化碳溶液、酸性高锰酸钾溶液、点燃等实验，可以发现石蜡油的分解产物中具有与烷烃（甲烷）不同的性质，从而引出烯烃的概念，遵循“观察实验——探究现象——分析探究——得出结论”的自主探究思路，激发学生兴趣，让学生能够认识到物质结构的不同导致了物质性质的差异，得出石蜡油的分解中还有烷烃和烯烃的结论，掌握乙烯的工业制法。

（二） 迁移化学思想，探究乙烯结构

教师先给学生展示乙烯气体，让学生结合甲烷结构的知识，猜测乙烯的分子结构，根据乙烯的分子式进行乙烯结构式、电子式的书写。随后，教师引导学生根据价层电子对互斥理论，分析乙烯的空间构型，并让学生进行实际操作，用球、棍等材料进行乙烯分子球棍模型的构建。在活动中，学生可以根据“分子式——结构式——立体模型”的活动思路，逐步地了解乙烯的分子式、电子式、结构简式、结构立体模型之间的对应关系，强化原子结构与性质决定其分子结构的物质结构基本理论，让学生能够在活动中亲自体会“物质层级构造”的化学思想，帮助学生从抽象到具体，从简单到复杂地逐步认识乙烯的分子结构，为后面的性质探究奠定基础。同时，可以利用三维立体动画模型，让学生更加直观地认识加成反应的本质。

图2 乙烯加成反应三维立体动画过程截图

（三） 展示生活实例，体现物质价值

乙烯是工业生产中重要的化工原料，同时也是植物生长的调节剂，各类水果的催熟剂。教师可以根据乙烯的生活应用，给学生展示运用乙烯为鲜果脱涩，让学生直观地感受到乙烯在生活中的实际作用，并让学生思考乙烯作用于植物生长和鲜果催熟的原理是什么？随后，教师给学生展示生活中有关乙烯产品的图片，并渗透有关乙烯工业的信息，让学生明白乙烯在工业中的价值，乙烯的产量和一个国家石油工业发展水平之间的关系。同时，教师也让学生进行有关乙烯相关产品和应用资料的收集，引导学生在活动中进行交流与互动，增强学生对乙烯的了解，明白乙烯在工业生产、社会生活中的重要价值。

（四） 自主实验探究，强化结构观念

在明确乙烯的工业制法和生活应用的基础上，教师要通过问题引导学生探究乙烯的化学性质，让学生对如何将乙烯转变为乙烯化工产品有清晰的认识，帮助学生建立理论和生活实践之间的联系，提高学生的性质决定应用观念。在乙烯性质的探究实验活动中，教师通过问题引导学生进行乙烯化学性质的分析和推断，帮助学生更好地理解结构决定性质，性质决定应用的观念。探究问题：第一，观察乙烯燃烧的现象，试着说明乙烯燃烧产生明亮火焰并生成大量黑烟的原因，写出乙烯燃烧的化学反应方程式;第二，将乙烯通入溴的四氯化碳溶液中，观察实验现象：溶液褪色，这是由于生成了无色的CH2BrCH2Br液体，那么，试着写出乙烯通入溴的四氯化碳溶液中发生的化学反应方程式，对比CH2BrCH2Br、乙烯和溴的分子结构，将乙烯与溴发生化学反应的过程通过球棍模型表示出来;第三，根据乙烯与溴的反应，猜测一下在一定的化学条件下，乙烯是否可以和氯化氢气体、氢气、水等发生加成反应，为什么？如果可以的话，写出它们反应的化学方程式。第四，工业上常常在催化剂的作用下，让乙烯分子之间进行加聚反应，从而生成聚乙烯，大家尝试写一下聚乙烯的聚合反应。乙烷和乙烯的结构相似，那么乙烷是否也可以互相加聚反应呢，为什么？

通过问题引导学生展开实验、互动探究，可以让学生掌握乙烯的主要化学性质，认识到物质的性质是物质微观结构的具体表现，体会物质结构知识的内涵，提高学生的探究能力，培养学生的思维品质。

（五） 对比分析，构建性质与结构联系

乙烷和乙烯的微观结构相似，但是在实际的实验中发现，卤素单质可以与乙烷发生取代反应，而与乙烯发生加成反应，结合下表中共价键的参数，对乙烷、乙烯与卤素单质发生反应的类型进行解释：

化学键键长（m）鍵能（kJ/mol）

CC1.33×10-10615

C—C1.54×10-10348

C—H1.09×10-10414

结合表格和乙烷、乙烯的微观结构，学生更容易理解双键中相对弱的共价键更容易断裂，从而发生加成反应，同时也容易被酸性高锰酸钾溶液氧化，这样，从微观结构的方面让加深学生“结构决定性质”的认识，迁移学生的化学思考，培养学生的创新能力。

总之，在高中化学教学中，教师要发挥物构理论知识的功能，让学生在情境中、问题中、实验中和探究中掌握化学的本质规律，升华学生的情感，提升化学教学的育人能力。

参考文献：

[1]胡铁生，黄明燕，李民.我国微课发展的三个阶段及其启示[J].远程教育杂志，2013，31（4）.

[2]王哲.开启认识有机世界的大门——高中化学必修2“甲烷”教学探讨[J].教育与装备研究，2016（4）.

作者简介：

应宁燕，福建省福州市，福州市屏东中学。