“宏微結合”核心素養(yǎng)在化學課堂教學中的應用-文檔資料

1、“宏微結合”核心素養(yǎng)在化學課堂教學中的應用高中化學學科核心素養(yǎng)主要包括“宏微結合”、“分類表征”、“變化守恒”、“模型認知”、“實驗探究”、“綠色應用” 等 6 方面 。學生通過接受高中化學課程的學習，在知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀等方面形成和發(fā)展化學學科核心素養(yǎng)。 其中“宏微結合”核心素養(yǎng)在高中化學學習過程中有較為廣泛的應用。一、宏微結合在化學教學中的應用舉隅1. 通過模型制作，用實物類比物質(zhì)的微觀組成，理解空間構型有機物同分異構體概念學習時， 對其空間立體結構的認識， 是有機物命名的前提， 更是同分異構體正確書寫的基礎。 能不能把立體結構壓“扁”到紙上，再通過紙上的書寫想象出其

2、真實結構，實現(xiàn)被壓“扁”的手寫和有機物的真實結構的聯(lián)系， 模型組裝課就是一種最為有效的方式。案例 1 有機物空間結構的認識與理解烷烴中每個碳通過四條鍵形成空間正四面體結構， 但其書寫只能是平面結構，所以單單憑借想象來感受烷烴中以碳為核心的各原子間的鏈接方式，對學生來說是困難的。而當學生通過組裝甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等最簡單的一類碳氫化合物， 再對照模型寫出其結構簡式，學生可以體會出同碳四個鍵的等同地位， 即書寫時以一個碳為研究對象，它周圍所連的四個基團位置可以互換。通過動手組裝，學生總結出烷烴的異構是因為碳鏈的連接方式不同造成的， 這種不同是因為出現(xiàn)了支鏈，而不是自己憑借想象畫出的直線和曲線的

3、區(qū)別，真實的碳鏈也不是直線形的。所以通過宏觀模型可以充分“看出”書寫體和真實結構的差異并能實現(xiàn)其之間的轉(zhuǎn)換。如甲烷的二氯取代產(chǎn)物， 書寫時受平面結構限制，出現(xiàn)假性“異構” ：CHClHCl和CClClHH。學生往往會認同二者是同分異構體， 用代表氯原子的球替代原來的氫，不難理解因碳的空間對稱結構， 同一個碳上的四個位置上的氫完成相同，取代后兩個氯原子均處于鄰位，沒有同分異構體。通過制作宏觀模型，分辨出同分異構體和同一種物質(zhì)的不同， 為高二同分異構體的書寫打下基礎。又如在有機化學基礎中氫的核磁共振譜的學習中，判斷等效氫時，在必修二對碳立體結構認識的基礎上，依據(jù)同一個碳上四個位置因為中心對稱而完全

4、相同，同碳上的氫為一類氫，類推出同碳上的甲基上的氫為一類氫， 同一個碳的乙基上有兩類氫，同一個碳上連有正丙基時有三類氫；把同碳上同時連有四個甲基、 乙基、正丙基換為連有二個甲基、乙基、正丙基，形成 CH3CH2CH3，CH2CH2CH2CH2CH3，CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3，得出相對軸對稱位置上氫為一類氫。烷烴中的等效氫的判據(jù)就這樣一一呈現(xiàn)。如果沒有這樣的模型課， 所有的學習都建立在對空間結構假象的基礎之上，因而不能“看到”而缺乏認識基礎以及為此產(chǎn)生的不自信。所以一堂模型課， 對于初學的學生就是必不可少的認識基礎課。再如命名時，學生常常對CH3CH2CH2CHCH3CH2CH

5、3這樣的結構直接就命名為：2- 乙基戊烷，但對于“玩”過模型的學生，出錯的概率就比較小。所以認識碳的立體結構， 是有機化學等效氫、 命名以及同分異構體書寫、認識的基礎。而通過模型制作，實現(xiàn)了微觀粒子立體結構的宏觀呈現(xiàn)，這樣的動手實踐過程，也正是學生化學“宏微結合”核心素養(yǎng)的形成過程，案例 2 元素周期律概念的認識與理解元素周期律包含了從原子半徑、 金屬性、金屬與水或酸反應的快慢比較、金屬最高價氧化物的水化物的堿性強弱比較；非金屬性、非金屬最高價氧化物的水化物的酸性強弱比較以及氣態(tài)氫化物的穩(wěn)定性比較。學生會覺得比較多，記不住、學不會，更不知道為什么會是這樣。問題出現(xiàn)在哪里？究其原因是對整個體系缺

6、乏了解，半徑的學習才是全部規(guī)律的基礎， 理解了半徑的遞變規(guī)律， 其它所有規(guī)律都將迎刃而解。而對于半徑的學習規(guī)律， 學生對同周期從左向右半徑依次減?。阕宄猓?和質(zhì)子數(shù)依次增多的學習一直是混淆的，因為對原子的內(nèi)在結構缺乏了解， 而以宏觀模擬呈現(xiàn)其內(nèi)部組成， 同周期元素，電子層數(shù)相同， 從左向右每增加一個質(zhì)子同時增加一個電子，學生往往只看到了電子的增加認為半徑也增大，所以宏觀模型主要要體現(xiàn)出一個質(zhì)子和一個電子質(zhì)量的不同， 一個質(zhì)子的質(zhì)量是一個電子質(zhì)量的1836 倍，怎么體現(xiàn)呢？將其比喻為一塊大磁鐵對鐵屑的吸引，帶幾塊磁鐵和一些小鐵釘?shù)秸n堂，和學生一起感受“大”磁鐵對“小”鐵屑的吸引，領會質(zhì)子質(zhì)量

7、是相對電子質(zhì)量的1836 倍。同時增大質(zhì)子和電子，因為質(zhì)子的“大”對半徑的影響占主要地位，相比電子的影響可以暫時忽略， 得出同周期也是當電子層數(shù)相同時， 質(zhì)子數(shù)是影響半徑的主要因素，因為質(zhì)子數(shù)的強大，從左向右不斷增加質(zhì)子數(shù)，對電子的引力增大，從而使半徑減小。引申到當比較離子半徑時，對于具有相同電子層排布的離子， 質(zhì)子數(shù)越多半徑越小。 通過質(zhì)子對電子的引力變化，對金屬性、非金屬性以及其延伸出來的性質(zhì)的學習也可以達到水到渠成的效果。案例 3 元素周期律概念的認識與理解在氣體摩爾體積一課中， 一定條件下， 物質(zhì)在空間所占的體積大小決定于哪些微觀因素？筆者在實驗室原有球棍模型的部件像小球、鐵條的基礎上

8、增加了燒杯（作為立體支撐） 、粘土等物品，告知學生宏觀物質(zhì)的構成微粒，原子、分子和離子都是一個一個的小球，這些小球通過不同的組合構成了宏觀物質(zhì)， 請大家根據(jù)自己的想象組合成可以“看得到”的微粒，感覺其對體積的影響。這里筆者選用粘土是考慮利用它的可變形性，結合學生熟悉的球棍模型中的小球、鐵條，燒杯或者其他盒子則給出了具體立體空間， 一個小組幾個學生通過組合，感受物質(zhì)在空間所占據(jù)的體積與微觀粒子的關系， 對于球的大小、數(shù)目以及球間距等對其體積的影響有了充分的直觀認識。設計意圖：通過這樣的模型探究， 用宏觀物質(zhì)展示物質(zhì)的微觀組成，幫助學生實現(xiàn)抽象思維，基本都是對新課第一節(jié)的設計，避免了學生只會解題，

9、 而不能理解其化學內(nèi)涵的尷尬局面。 并且在后續(xù)教學中，能明顯感覺到動手操作過的學生，因為“見過”其微觀結，得到更深入的認識，而對學習的自信心更強， 學習的興趣也更足。2.通過實驗演示，用宏觀現(xiàn)象直觀感知、理解微觀結構在膠體一節(jié)的課堂教學中， 設計多個學生動手實驗， 通過這些系列的小型實驗設計，實現(xiàn)溶液、膠體和濁液的相互轉(zhuǎn)變。在此過程中學生充分體會到膠體這個概念不是一個孤立的“新生態(tài)”，他與學生已經(jīng)熟悉的溶液、濁液一樣，是一個混合體系，是一個微粒集體對另一種微粒的“容納”，但這種微粒特殊的微觀粒子（其被“容納”微粒的直徑在 1 nm100 nm之間），使其在生活、生產(chǎn)中有著廣泛的應用。案例 4

10、溶液、膠體和濁液的相互轉(zhuǎn)變的認識與理解（1）通過向沸騰的蒸餾水中逐滴加入 1 mL2 mL飽和 FeCl3 溶液，繼續(xù)煮沸至液體呈紅褐色，停止加熱，用激光筆照射燒杯中的液體，可以看到一條光亮的“通路” ，即丁達爾效應，通過對硫酸銅溶液和氫氧化鐵膠體的對比實驗，落實丁達爾效應是膠體的特性。（ 2）將牛奶、豆?jié){、淀粉等加水稀釋，觀察在稀釋過程中用激光筆照射這些溶液，有光亮的“通路”出現(xiàn)，產(chǎn)生丁達爾效應，實現(xiàn)了從濁液到膠體的轉(zhuǎn)變。再繼續(xù)加入過量水，光路會消失，繼續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)槿芤?。?3）將制得的氫氧化鐵膠體繼續(xù)加熱，觀察其由透明澄清的紅褐色“溶液”最終轉(zhuǎn)變?yōu)榧t褐色沉淀，實現(xiàn)了膠體向濁液的轉(zhuǎn)化。（ 4）向

11、氯化鐵溶液中加入 1 mol?L-1 的氫氧化鈉溶液，觀察到產(chǎn)生紅褐色沉淀。（5）將上述（ 4）實驗中的氫氧化鈉依次稀釋1 倍、2 倍、5 倍、10 倍后分別加入等濃度的氯化鐵溶液中，觀察其隨濃度降低，沉淀越來越少，最終不能產(chǎn)生沉淀。再將氯化鐵溶液，與不同濃度氫氧化鈉反應后的產(chǎn)物一一用激光筆照射，觀察其均有丁達爾效應產(chǎn)生。（ 6）找找身邊的膠體。自來水、學校的直飲水以及買來的礦泉水、純凈水、水沸騰出來的水蒸氣、氯化鐵溶液、氫氧化鐵沉淀都被作為實驗對象，做了丁達爾實驗。并記錄實驗現(xiàn)象：能產(chǎn)生丁達爾效應的有自來水，三氯化鐵溶液，水蒸氣，氫氧化鐵沉淀；不能產(chǎn)生的有直飲水，買來的礦泉水和純凈水。氫氧化

12、鐵膠體的制備過程， 實現(xiàn)了氯化鐵溶液中的溶質(zhì) FeCl3 轉(zhuǎn)變?yōu)?Fe （OH）3n 的過程，F(xiàn)e （OH）3n 是一種分子或其他微粒的聚集體，其大小隨濃度、溫度發(fā)生改變，其分散質(zhì)粒子的直徑恰好落在 1 nm100 nm 之間時得到的分散系被稱為膠體。 牛奶、淀粉、豆?jié){是化學中的大分子物質(zhì)，其微觀粒子以淀粉為例可表示為（ C6H10O5）n，一個分子中含有幾百到幾千個 C6H10O5鏈節(jié)，在水分子作用下被分離， 使 n 的個數(shù)越來越少，其作為分散質(zhì)微粒的直徑可以減少到 1 nm100 nm 之間，這時得到了膠體。因此如果說牛奶、 淀粉、豆?jié){溶液是膠體是可以理解的，因其常見濃度下的牛奶、 淀粉、

13、豆?jié){溶液都能觀察到明顯的丁達爾現(xiàn)象，得到所謂的溶液其濃度已經(jīng)非常非常小了。設計意圖：通過實驗實現(xiàn)濁液、膠體和溶液之間的相互轉(zhuǎn)變，了解膠體同溶液、 濁液一樣只是分散系的一種存在方式， 理解其只要分散質(zhì)直徑落在 1 nm100 nm 之間的分散系就可以認為其存在狀態(tài)是膠體。3. 通過原理演繹，用理性思維分析計算，理解離子行為案例 5 溶液化學反應實質(zhì)的認識與理解例 1 在 NaOH和 Ba（OH）2 的混合液中，逐滴加入 0.1 mol?L-1 H2SO4溶液，加入 H2SO4溶液時的體積與生成 BaSO4沉淀的質(zhì)量關系如圖 1 所示。已知當加入 H2SO4溶液 50 mL 時，溶液呈中性。請回答

14、：（ 1）當加入 H2SO4溶液 20 mL 時，沉淀的質(zhì)量剛好達到最大，生成沉淀的質(zhì)量是 g。（ 2）原混合溶液中 NaOH的物質(zhì)的量是 mol。在解答上述計算時， 學生因為思維混亂， 看不到所給坐標中的信息，造成運算錯誤，或者看到坐標中的信息能計算出正確答案，但并不能理解其反應原理，更談不上舉一反三，學會解題方法了。而從電解質(zhì)的電離“進入”其微觀世界，認識其在水溶液中以自由移動的Na+、Ba2+、OH-構成，加入 H+、SO42-，溶液中的反應其實質(zhì)就是離子之間的反應，所以發(fā)生H+OH-H2O、Ba2+SO42-BaSO4，整個過程中 Na+并沒有參與反應，兩個離子反應同時進行，這樣通過分

15、析離子間的相互作用，了解其微觀粒子的行為，運用其反應原理，深入到反應內(nèi)涵，知其所以然，形成解決化學試題的思維能力，從而能達到舉一反三的效果。例 2 室溫下，將 100 mL某硝酸和硫酸的混合液分成兩等份：一份加入過量的 BaCl2 溶液，充分反應后得沉淀 2.33 g ；另一份加入 50 mL 1.0 mol?L-1 NaOH 溶液，充分反應后溶液的 pH=13（溶液的體積為 100 mL）。試計算：（ 1）原溶液中所含 H2SO4的物質(zhì)的量 mol。（ 2）原混合溶液中硝酸的物質(zhì)的量濃度為 mol?L-1 。解決第二問時，因為無論是硝酸還是硫酸，擁有相同的H+，與NaOH溶液反應存在： H+OH-H2O，反應中消耗的 n（H+）等于消耗的n（OH-），應用 H+的物質(zhì)的量等于 OH-的物質(zhì)的量列式計算有： 2n （H2SO4）+n（HNO3）=n（OH-）=0.05 L ×1.0 mol?L-1-0.1 L ×0.1 mol?L-1 ，從而 n（HNO3）=0.04 mol-2 ×2.33 ÷233mol=0.02 mol ，所以原溶液中： c（HNO3）=2×0.02 mol ÷0.1L=0.4