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现代教学丨浅析中学化学学科素养之微观与宏观

发布时间:2017-12-13 20:44  作者:极品课件站  点击数:

现代教学丨浅析中学化学学科素养之微观与宏观关系

2017-08-19 20:50 来源:第一教育 化学

原标题:现代教学丨浅析中学化学学科素养之微观与宏观关系

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对于物质的宏观辨识与微观探析是中学化学学科素养中最为基础的素养。上海市中学化学特级教师徐晓燕从当前民众对化学产生误解的一些社会现象出发,围绕化学学科教学中微观辨识与宏观探析进行了深入浅出的分析。

浅析中学化学学科素养之微观与宏观关系

文/上海市金山中学 徐晓燕

“本产品是绿色环保的,不含任何化学物质”。每每听到类似的广告词,作为一名中学化学教师,我心里很是难受。我们所教的化学,是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质、变化及其应用的一门基础学科,其特征是从微观层面认识物质,以符号形式描述物质,在不同层面创造物质。所以,对于物质的宏观辨识与微观探析是中学化学学科素养中最基础的素养。

宏观与微观相互联系是化学学科的基本素养

地球上所有的物质都是由元素组成的,自然存在的元素有94种,人造元素有24种。人体内所含有的元素,目前已知的达到六十多种。也就是说,没有化学元素,便没有地球和人类。我们认识的纯净物也都是由分子、原子、离子等微小粒子构成的。比如,水是由许许多多的水分子构成的;氯化钠是由许许多多的钠离子和氯离子构成的。元素是具有相同的核电荷数(即核内质子数)的一类原子的总称。元素是一个宏观的概念,我们一般在描述宏观物质时使用它。在微观世界中,我们更多的是用原子、分子、离子等微粒来描述物质。学习化学,就是要能通过观察、辨识一定条件下物质的形态及变化的宏观现象,初步掌握物质及其变化的分类方法,并能运用符号表征物质及其变化。能从物质的微观层面理解其组成、结构和性质的联系,形成“结构决定性质,性质决定应用”的观念。能根据物质的微观结构预测物质在特定条件下可能具有的性质和可能发生的变化。在学习化学后,要明白“几乎所有物质都是化学物质”和“所有物质都是由化学元素组成的”这些常识。“本产品是绿色环保的,不含任何化学物质”,就是犯了上述科学常识性的错误。

课堂教学中如何做到“见宏思微,以微窥宏”

宏观和微观是观察事物的两个方面,两者既有联系又有区别。宏观是微观的表现,人类认识事物总是先从宏观的现象开始。微观是宏观的基础,要弄明白宏观的事物必先搞清楚它的微观构造世界。两者之间,既有互为因果的关系,也有科学的逻辑推理关系。化学教学总是在宏观和微观两领域中上下翻飞、来回穿梭。原子交换、化合价、化学键、电子转移等微观概念与化学反应、实验现象、物质性质、化学能量等宏观事物息息相关、因果联系。作为化学教师,在教授化学知识时,要时刻理清两者的关系,不可混淆。

1.理清概念的起源和归属

元素是宏观描述物质组成的概念,原子等微粒是微观描述物质组成的概念,不能混用。在宏观描述水的组成时,我们用“水是由氢元素和氧元素组成的”,这里用元素概念,尽可能避免用分子、原子等微观的概念。实在不能避免时,也可以用“水是由许许多多的水分子构成的”,这里的“许许多多”就是宏观和微观的桥梁,“许许多多”这一数量形容词是不能省略的。化学表述越规范,越能理清宏观和微观这两个层面间的逻辑关系。化学键是一个微观的概念,用来描述纯净物分子内或晶体内相邻两个或多个原子(或离子)间强烈的相互作用力的统称,使离子相结合或原子相结合的作用力通称为化学键。化学键的强弱与物质的稳定性、化学反应时需要和释放多少能量等有关系。物质的稳定性和化学能量是宏观的现象,其变化与化学键这一微观的概念有关联。

理清宏观、微观化学概念,梳理知识之间的逻辑关系,也能使学生在学习化学知识的过程中内化为化学学科素养。

2.结构决定性质

结构决定性质,是连接宏观和微观的最直接纽带。在元素化合物知识的教学中,尤其是有机化学知识的教学中,“结构决定性质,性质决定应用”是一个重要学习策略和知识逻辑。

卤族元素,其原子的最外层有7个电子,由于容易得到1个电子达到最外层8个电子的稳定结构,所以具有很强的氧化性。碱金属元素,其原子的最外层只有1个电子,由于很容易失去这一电子达到次外层的稳定结构,所以具有很强的还原性。氧化性和还原性是化学物质很重要的两大性质,有广泛的用途。

在有机化学中,烃基与羟基组成的醇,和烃基与羧基组成的酸相比,在性质上有很大的差异,而其差异主要取决于羟基与羧基的结构不同。“双键”“叁健”“羰基”“氨基”“氰基”等,不同的基团由于原子组成不同或结构不同,具有不同的性质。在烃基上,连接的基团种类不同,有机物就会呈现不同的性质。在有机合成中,也常常会根据所需的性质去“嫁接”相应的基团,以达到人类所需要的用途。

3.量变引起质变的规律

量变是事物在数量上的增加或减少,质变是事物根本性质的变化。唯物辩证法认为,量变和质变是事物发展变化的两种基本的状态。任何事物的发展变化都不可能没有量变,也不可能没有质变,而是量变和质变的统一。量变是质变的准备,质变是量变的必然结果,量变与质变可以相互转化。

例如,当硫酸浓度极低的时候,它主要体现的是水的性质,甚至对人体也不会造成影响。当硫酸浓度增加,它主要体现酸的性质,具有酸的五大共性。当硫酸的浓度达到70%以上,我们称它为浓硫酸,开始具有浓硫酸所特有的强氧化性、吸水性和脱水性。整个过程,有两次量变引起质变的过程。

上述案例给我们的启示是:有的时候浓度是决定化学反应是否发生和生成什么产物的关键因素。所以,我们在判断化学反应是否发生或生成什么产物时,必须兼顾反应物的浓度。

4.建立微观模型,提出科学假说

在电解质溶液篇章中:有的溶液能导电,有的溶液不能导电;有的溶液导电能力强,有的溶液比较弱;有的导电能力弱的溶液,改变一些条件后,其溶液的导电能力会增强。为了解释这些现象,科学家们提出了电解质电离、电离平衡、电离平衡移动等一系列微观模型和假说。这些模型和假说很好地解释了上述实验现象,帮助学生理解深奥的化学理论,对电解质溶液的应用提供了很好的帮助。宏观现象、微观假说和实验验证正是学好化学理论知识的三大法宝。

用宏观与微观的视角,审视社会热议问题

中学生学习化学的目的之一是增强自身的科学素养,面对林林总总的社会问题,能用学过的科学知识去解释,能用科学方法去推测,能用科学精神去证实。例如,中医和西医的药品风格有很大的不同,在看西药说明书时,我们通常能看到药品的分子式和结构式等信息,而中药却没有。据此有人说,西药是化学试剂,而中药是天然药材。此话当然有误。检索一下西药的发明史,你会发现许多西药也都是从天然植物和动物中提取而成。在治病的时候,人们爱用西药,因为西药更有针对性。在养生和康复调理时,用中药则可起到温和和综合的调理效果。

在一些养生类文章中,我们经常看到“吃某某食品可以预防某某病”这类的表述。表述本身也许没有问题,但是不妨思考一下,这里缺了一个关键的信息,那就是起到预防作用时的该物质的浓度。比如,有每天摄取30毫克番茄红素可以预防前列腺癌等一些病症发生的说法。但仔细思考,吃一只生番茄只能吸收0.05毫克番茄红素,要达到30毫克的标准,必须每天吃600多只番茄。所以,要想预防前列腺癌不能采用吃生番茄的方式,而是应服用番茄红素的提炼品才行。

用宏观微观视角,审议社会热点问题的案例举不胜举。宏观辨识与微观探析是中学化学学科素养中最基础的素养之一,善于“见宏思微,以微窥宏”的思维方式,便能综合分析和应用科学知识,解决自然、社会、生活中的种种问题。

(本文刊载于《现代教学》2017年5A刊)

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