物質(zhì)結(jié)構(gòu)探究教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生空間思維能力的幾點做法

1、PAGE PAGE 4物質(zhì)結(jié)構(gòu)探究教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生空間思維能力的幾點做法徐小健江蘇省如皋中學(xué)（226500） 【摘要】空間思維能力是學(xué)生諸多素質(zhì)中十分重要卻又是培養(yǎng)難度相對較大的基本素質(zhì)，在課堂教學(xué)時可以利用現(xiàn)代教學(xué)手段，提高教學(xué)效果，也可以讓學(xué)生在學(xué)習(xí)小組內(nèi)開展探究活動，積累豐富素材，還可以引導(dǎo)學(xué)生在課后練習(xí)中強化知識應(yīng)用，以拓寬空間思維。【關(guān)鍵詞】空間思維 探究活動 現(xiàn)代教學(xué)手段 課后練習(xí)空間思維能力是學(xué)生諸多素質(zhì)中十分重要卻又是培養(yǎng)難度相對較大的基本素質(zhì)，它受制于三大因素個體本身的形象思維和抽象思維能力、個體在進行想象前所積累的知識和已經(jīng)具有的空間概念、將要被定位的事物本身具有的某些空間特

2、征。前兩個因素，既受先天稟賦的制約，也受后天培養(yǎng)的影響，它屬于個體本身的因素，也是個體本身素質(zhì)的體現(xiàn)，是培養(yǎng)空間思維能力的內(nèi)因。第三個因素是外因，是教師發(fā)揮作用的主要方面。“將要被定位的事物”本身的特征中，對空間思維能力的形成起主導(dǎo)作用的，是事物本身所具備的直觀性的大小，它主要決定于事物形體的大小和它的客觀性與抽象性的之間的“比值”，一般說來，形體太大或太小都不利于空間思維能力的形成。物質(zhì)內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)正是“比值”太小的情況，學(xué)好這部分的關(guān)鍵是學(xué)生要具有良好的空間思維能力，相應(yīng)地，教師正可以利用這部分內(nèi)容的教學(xué)加強這種能力的培養(yǎng)。一、學(xué)習(xí)小組內(nèi)開展探究活動，積累豐富素材雖然學(xué)生已學(xué)過立體幾何，

3、初步具備了一定的空間想象、思維能力，在大腦中建立了一些幾何體的表象。但這些表象還是不清晰、不穩(wěn)定、不全面的，在遇到具體問題時，學(xué)生不會識圖，有些學(xué)生甚至看不出空間元素的前后位置關(guān)系。為了更好地在教學(xué)過程中解決這一難題，教師可以根據(jù)具體內(nèi)容在學(xué)習(xí)小組內(nèi)開展探究活動，讓學(xué)生通過親手搭建模型、近距離觀察模型或討論交流等形式，把物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)化小為大，化抽象為直觀，形成更豐富的表象，促進空間思維能力的形成。例如在教學(xué)金屬晶體的原子堆積模型時，為使學(xué)生認識更為深刻，可設(shè)計下列探究過程：活 動探究過程探究活動一：探究等徑球在平面上的排列方式4人一組，每組16個乒乓球，將它們在平面上排成4排，每排4個球，球與

4、球相互接觸，探究這些球在平面上有幾種排列方式。（1）用平面圓表示球, 將你的探究結(jié)果圖示出來。（2）上述排列方式那種比較緊密？探究活動二：探究非密置層的空間堆 積方式將非密置層一層一層地在三維空間堆積，探究有幾種堆積方式。（1）非密置層在三維空間堆積有幾種堆積方式？每個原子的配位數(shù)分別是多少？（2）上述堆積方式那種比較緊密？（3）從上述堆積方式中各找出一個最小的正方體（球心連線圍成的正方體）作為晶胞，每個晶胞實際占有的原子數(shù)（球數(shù)）是幾個？探究活動三：探究密置層的空間堆積方式4人一組，先將7個球和3個球分別用海綿膠粘成兩個密置層(如下圖所示)，然后將兩個密置層密置堆積（一層球放入另一層球的空隙

5、上），看有幾種堆積方式。 再將3個球用雙面膠粘成一個密置層，置于7個球的密置層的另一面，看看有幾種堆積方式，每個原子的配位數(shù)分別是多少？探究活動四：觀察與實踐（1）觀察鎂型原子堆積模型圖，體會為什么圖是這種堆積方式的晶胞，用乒乓球和海綿膠將這樣的晶胞粘貼出來。 （2）用海綿膠和12個乒乓球做兩個6原子的密置層（如圖），將它們與另外2個乒乓球按圖所示步驟堆積并用雙面膠粘貼好，通過圖體會銅型堆積中的晶胞。通過這樣的系列探究活動，既讓學(xué)生體驗合作的優(yōu)越性、探究的樂趣和成功的喜悅，激發(fā)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，又提高了學(xué)生動手能力、空間思維能力和“建?！蹦芰Α６?、課堂教學(xué)中利用現(xiàn)代手段，提高教學(xué)效果現(xiàn)代教學(xué)手段

6、通過其獨有的、神奇的表達和表現(xiàn)能力，把許多抽象的事物淋漓盡致地展現(xiàn)出來，使人們的視野極大地拓寬，對學(xué)生認識微觀世界、形成空間思維能力尤其有用。在眾多的現(xiàn)代教學(xué)設(shè)備中，尤以計算機多媒體課件的作用最大，它把文字、聲音、圖像、動畫集于一身，生動、形象、感染力強，能引起學(xué)生對所學(xué)知識的興趣和注意，為學(xué)生提供一個生動、逼真的教學(xué)環(huán)境，使學(xué)生在興趣盎然的情境下去接受知識，對提高課堂教學(xué)的效果能夠起到事半功倍的作用。許多令化學(xué)教師傷透腦筋的、講破了嘴皮而學(xué)生仍是如墜云煙的教學(xué)難點，在它的手下卻迎刃而解，學(xué)生的空間思維能力也能得以空前的提高。由于微觀粒子運動和排列的不可感知性，多數(shù)學(xué)生對物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識

7、都感到比較抽象、難于理解。而多媒體課件可以反映事物的內(nèi)在規(guī)律性，在增強學(xué)生對物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的化學(xué)、物理現(xiàn)象直觀、形象認識的同時，也增加了學(xué)生對事物理性的認識，使教與學(xué)更易于開展。例如：晶體結(jié)構(gòu)、電子云等內(nèi)容比較抽象，講授時描述也比較困難，需要學(xué)生具有較強的空間想象力和抽象思維能力，學(xué)生較難理解。利用三維動畫，可將NaCl、二氧化硅、石墨、金剛石等晶體結(jié)構(gòu)生動形象地演示出來，這些立體結(jié)構(gòu)課件的使用，可使學(xué)生看到了放大了的“原子世界”，并且可有效地幫助學(xué)生形成對化學(xué)物質(zhì)的空間想象、思維能力，學(xué)會從量的角度來分析物質(zhì)的微觀組成。電子云的形成，雖然我們可以通過課本上的照片來解釋，也可以用相關(guān)模型進行直觀

8、教學(xué)，但實際效果并不理想。前者由于缺乏動感而使學(xué)生誤以為電子的運動有一定的規(guī)律，后者則會讓學(xué)生認為原子是一些實心的幾何體。為了能讓核外電子動起來，可以制作核外電子運動的動畫課件?？捎眯『谇虼黼娮樱源蟮募t球代表原子核，小黑球在紅球附近可伴隨樂曲聲一閃一閃地出現(xiàn)，隨著閃現(xiàn)次數(shù)的增多，使學(xué)生看到這樣一種規(guī)律：離紅球(原子核)越近，小黑球(電子)出現(xiàn)的概率越大，然后用模擬照像技術(shù)將這些圖片按比例疊加，逐漸顯示出電子的模型。從而讓學(xué)生能真切地感受物質(zhì)各種不同速率下的視覺印象，認識并理解電子運動的特點及其描述的方法。這樣，通過多媒體把原來抽象、難以理解的教學(xué)內(nèi)容變得生動活潑和豐富多彩，使學(xué)生在一種輕松

9、愉快的氣氛中掌握知識。三、課后練習(xí)中強化知識應(yīng)用，拓寬空間思維前兩種做法可以使學(xué)生在腦海里建立較為形象的空間模型，但可能會對這些模型產(chǎn)生依賴心理，一旦離開了具體模型可能會不知所措，所以在學(xué)習(xí)了晶體結(jié)構(gòu)后，教師要有意識地引導(dǎo)學(xué)生利用課余時間在腦海里進行空間思維訓(xùn)練，回憶晶體的微觀結(jié)構(gòu)，也可用筆在紙上構(gòu)畫它的示意圖，假想自己就站在晶胞的旁邊或鉆在晶胞內(nèi)部，甚至可以假想自己就是晶胞中的某個粒子，這時整個人完全沉浸在晶胞知識的海洋中，與之相關(guān)的粒子個數(shù)、粒子的成鍵情況、粒子間的距離等問題基本就迎刃而解了，學(xué)生在感受這種化學(xué)美的同時加深了對物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的印象。長此以往，學(xué)生的空間思維能力自然就上到了一個

10、新的臺階。為了讓學(xué)生更好地掌握相關(guān)空間知識，教師還要根據(jù)學(xué)生掌握的情況精心編制典型試題，促使其靈活應(yīng)用所積累的空間知識，進一步拓寬三維空間思維。例如：近年來科學(xué)家發(fā)現(xiàn)有100個碳原子構(gòu)成具有完美對稱性的C100原子團，最內(nèi)層是由20個碳原子構(gòu)成的正十二面體（即每個碳原子與其它3個碳原子相連），外層的60個碳原子形成12個獨立的正五邊形，處于中間層次的20個碳原子將內(nèi)、外層碳原子連接在一起，有關(guān)C100的空間結(jié)構(gòu)教師可以引導(dǎo)學(xué)生在腦海里構(gòu)建模型：最內(nèi)部的正12面體是由12個五邊形構(gòu)成的，每個C與另外3個C形成3條鍵，中間層的20個C正好和這20個C一一對應(yīng)相連使內(nèi)部的C全部滿足4價，外層的60個

11、C形成獨立的正五邊形，此時每個C已經(jīng)有兩條鍵，中間層的C只用了一條鍵與內(nèi)層相連，每個C還能形成3條鍵，共60條鍵，恰好與外層的60個C分別成一鍵，這樣只有外層的C不滿足4價，每個C還差一條鍵才飽和，還可以再接一個原子。再如在學(xué)完晶體結(jié)構(gòu)之后，可設(shè)計下面一道綜合題讓學(xué)生進行對比分析：右圖表示一個晶胞，該晶胞為立方體型，原子（或分子、離子）位于正方體的頂點和面心。試回答下列問題：若這是一個分子晶體的晶胞，其代表物質(zhì)是_；若這是一個金屬晶體的晶胞，其代表物質(zhì)是_；若這是一個不完整的金剛石晶胞，則晶胞中其他碳原子的數(shù)目和位置是：_；若這是一個不完整的NaCl晶胞，且頂點和面心的實心球表示Na，則晶胞中