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摘 要:从化学的视角看,我们身边有着太多的“规律和异常”(“普遍和独特”)。在化学教学中,当学生察觉到一些“异常”,又不能用已有“规律”来同化,从而产生好奇心和求知欲,进而质疑、发问(或者出现错误)时,教师要具备顺水推舟(以学定教)的生成导向意识,解决教学难点,进而帮助学生拓展视野、理顺思路、构建体系、内化知识。具体实践有:解答“异常”现象,强化实证观念;解答“异常”物质,提升微观认识;解答“异常”结论,培养科学态度。
关键词:化学教学 “异常”疑问 以学定教
综观化学学科的发展历程,人们针对众多自然变化、各式实验现象,进行整理、归纳,反复检验、论证,力求得到规律的形成,进而反复预测、解释,以求得到规律的应用。质量守恒定律、波义耳定律、盖斯定律等规律的形成、应用无一不是如此。可以说,规律的探寻是人类对世界本质上稳定的渴望。但在化学变化中,任何溶液的浓缩或稀释、任何电子的得失或偏移、任何作用力的此消彼长等,都会引起异乎寻常的现象。可以说,我们身边有着太多的“规律和异常”(“普遍和独特”)。恰是这种矛盾的存在,才让世界有了多样的变化,也有了多样的物质。
在初中化学教学中,当学生察觉到一些“异常”,又不能用已有“规律”来同化时,就会产生好奇心和求知欲,进而质疑、发问(或者出现错误)。对此,教师除了应该庆幸学生能有细腻的观察、独特的思考以及真实的表达,更应具备顺水推舟(以学定教)的生成导向意识,解决教学难点,进而帮助学生拓展视野、理顺思路、构建体系、内化知识,从而提升教学深度
。
一、解析“异常”现象,强化实证观念
在做“铜的灼烧”实验时,如果取一块打磨过的紫红色光亮铜片,用酒精灯的外焰充分加热,就会在加热初期观察到铜片受热部位呈现红橙黄绿青蓝紫等多种色彩。这种“异常”现象自然引发了学生的疑问:“老师,金属铜在空气中加热后,为何有如此多的色彩出现?不是应该生成黑色的CuO吗?”教师解惑:“不错,你非常熟悉CuO是黑色的!但你知道吗?赤铜矿之所以名‘赤’,在于其主要成分Cu2O是红色的。作为变价元素铜的氧化物,黑色的CuO和红色的Cu2O相互作用和影响,就有了这样七彩斑斓的效果。通常情况下,如果铜是粉末状态,则在空气中充分加热确实是生成黑色的CuO。但是如果铜为片状,则加热生成的CuO会附着在铜片表面,与内部未被氧化的Cu紧密接触。在氧化剂(CuO)和还原剂(Cu)均具备且加热的条件下,就会发生反应生成Cu2O。其反应过程可以表示为
Cu+O2△CuO+Cu△Cu2O。又由于铜片表面的温度不均匀,CuO和Cu2O的相对厚薄程度不尽相同,故而呈现出多样的色彩。也就是说,Cu在空气中加热后生成黑色的CuO还是红色的Cu2O,受反应的温度、铜的物质状态等因素的影响。所以,在化学实验中,我们首先应该相信自己的眼睛,根据现象寻找证据加以解释。”
其实,化学实验中还有不少“离经叛道”的案例存在。比如,“能溶解于水且能与水反应”的CO2气体可用排水法收集,而且比用传统的向上排空气法,集满现象更为明显,收集速率更快,气体纯度更高。再如,学生一直被告知“(大理石和稀硫酸)反应会生成微溶性的CaSO4,附着在大理石表面,阻碍反应的持续进行”,却可用细粉状的石灰石与通过分液漏斗滴入的稀硫酸混合来制取CO2。这与传统的用稀盐酸和大理石制取相比,不仅可以控制反应的速率,而且所制得的CO2气体中不会混有HCl酸雾,不必水洗即可通入石灰水中进行实验观察。更深入的,教师可充分利用“有悖常理”的实验,或因势利导解答问题,或巧妙创新设计实验,强化学生的实证观念。
二、解答“异常”物质,提升微观认识
在学习“物质的组成”的过程中,有学生提出了疑问:“老师,氯化钠、氯化镁等物质的形成是由于各元素原子得失电子,形成阴阳离子,进而相互吸引,形成化合物。但水是由水分子构成的,氢、氧原子为何以2∶1的比例形成水分子?还有,氢、氧原子又如何以1∶1的比例形成过氧化氢分子?”教师解惑:“你能充分结合原子结构来看待物质的形成过程,非常科学!化合物的形成过程有两种情形。第一种是由于各原子的原子核对最外层电子的吸引力有明显的强弱之分,通过最外层电子的得失来达到各自的稳定结构。通俗来讲,每一个电子的得失好比一元硬币的流通,要么是你的,要么是我的。如NaCl的形成:
;CaCl2的形成:。第二种则是由于各原子获得电子的能力大致相当,都不能把对方的电子占为己有,结果双方各提供最外层的1个电子组成电子对共同使用,也能达成稳定结构。这好比我有笔芯,你有笔套,都拿出来,拼装在一起,你用,我也用。如HCl的形成:。由此可推知,H2O的电子式为,过氧化氢的电子式为。不难发现,通过电子对的共用,上述每种元素原子的最外层电子均具有了稳定的结构。在化学变化中,若以得失电子形式形成化合物,则构成微粒是阴、阳离子,这类化合物称为离子化合物。在离子化合物中,元素化合价的数值就是该元素的原子得失電子的数目;失电子的原子(正离子)带正电,元素呈正价;得电子的原子(负离子)带负电,元素呈负价。若以共用电子对形成化合物,则构成微粒是分子,这类化合物称为共价化合物。在共价化合物中,元素化合价的数值就是该元素的原子参与形成的共用电子对的数目;电子对偏离的一方显正电性,呈正价;电子对偏向的一方显负电性,呈负价。可见,原子重组成分子过程中电子的‘交易’关系非常类似人与人交往所遵循的互惠互利准则。离子化合物中强调的是‘舍得’,共价化合物中注重的是‘平等’。当然,不论是离子化合物还是共价化合物中,正负化合价的代数和都等于零。”
所有化学反应的微观本质都是基于化学键的重新组合(原子重组),而化学键(无论是金属键、离子键、共价键,还是广义的化学键所包括的分子间作用力)的本质是静电作用,各种化学键的形成其实是不同原子追求类似稀有气体的稳定结构时所表现出的得失电子倾向的自然组合。尽管 初中教材出于对学生认知水平的考量和兴趣的呵护,将单质分子、共价化合物的形成留到高中阶段学习,但是针对学生的疑问,可采用如描述水分子的电子式、结构式、球棍模型、比例模型等的化学学科独特的符号语言,清晰直观地进行表达,简明扼要地解决问题,从而提升初中学生对微观本质的认识,构建更为形象、准确的微观世界。
三、解答“异常”结论,培养科学态度
学生解答“钡餐”的相关题目时,会根据Ba2+能使蛋白质变性的性质得出“Ba2+是重金属离子”“钡盐是重金属盐”的结论。此时,教师要帮助学生明确:“可溶性钡盐能使蛋白质变性。因此,很多人会将Ba2+与Ag+、Hg2+、Cu2+归为一类,将中毒机理视为重金属离子使蛋白质变性。然而,Ba并非重金属。
虽然Ba为第6周期、第Ⅱ主族元素,其相对原子质量比较大,但是金属钡的密度并不大,20℃时仅为3.62 g/cm3。
而重金属的相对密度要在5 g/cm3以上。实际上,虽然原子序数从23(V)至92(U)的60种天然金属元素中,有54种的相对密度都大于5 g/cm3,但是在进行元素分类时,其中有的属于稀土金属,有的被归为难熔金属,真正在工业上划入重金属元素的只有10种:铜、铅、锌、锡、镍、钴、锑、汞、镉和铋。”
此外,教师可适当拓展钡盐中毒的相关知识:“可溶性钡盐会被人体迅速吸收,进入血液1小时即达血药浓度高峰并运转全身。以氯化钡为例,摄入0.2~0.5 g即会产生中毒。钡盐中毒临床比较少见,但也曾有X线造影用的硫酸钡不纯或将氯化钡误作白矾用于制作食品等事故发生。急性钡盐中毒会出现体液中钾离子流失现象,并迅速发展为低钾血症。所以有效治疗应先静注或静滴硫酸钠或硫代硫酸钠溶液,并及时补充足量的钾元素。在所有硫酸盐中,硫酸钠最安全”。以此培养学生正确使用化学用品的科学态度,以及正确看待化学与社会关系的科学眼光。
参考文献:
[1] 刘怀乐.值得重新審视的几个化学问题[J].中学化学教学参考,2008(7).
[2]唐隆健.“电子和电磁作用”是化学学科之魂——兼论高三化学“话题式”复习[J].中学化学教学参考,2017(4).
[3]田英平,李星海,石汉文等.急性钡盐中毒10例临床分析[J].临床荟萃,1997(14).
关键词:化学教学 “异常”疑问 以学定教
综观化学学科的发展历程,人们针对众多自然变化、各式实验现象,进行整理、归纳,反复检验、论证,力求得到规律的形成,进而反复预测、解释,以求得到规律的应用。质量守恒定律、波义耳定律、盖斯定律等规律的形成、应用无一不是如此。可以说,规律的探寻是人类对世界本质上稳定的渴望。但在化学变化中,任何溶液的浓缩或稀释、任何电子的得失或偏移、任何作用力的此消彼长等,都会引起异乎寻常的现象。可以说,我们身边有着太多的“规律和异常”(“普遍和独特”)。恰是这种矛盾的存在,才让世界有了多样的变化,也有了多样的物质。
在初中化学教学中,当学生察觉到一些“异常”,又不能用已有“规律”来同化时,就会产生好奇心和求知欲,进而质疑、发问(或者出现错误)。对此,教师除了应该庆幸学生能有细腻的观察、独特的思考以及真实的表达,更应具备顺水推舟(以学定教)的生成导向意识,解决教学难点,进而帮助学生拓展视野、理顺思路、构建体系、内化知识,从而提升教学深度
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一、解析“异常”现象,强化实证观念
在做“铜的灼烧”实验时,如果取一块打磨过的紫红色光亮铜片,用酒精灯的外焰充分加热,就会在加热初期观察到铜片受热部位呈现红橙黄绿青蓝紫等多种色彩。这种“异常”现象自然引发了学生的疑问:“老师,金属铜在空气中加热后,为何有如此多的色彩出现?不是应该生成黑色的CuO吗?”教师解惑:“不错,你非常熟悉CuO是黑色的!但你知道吗?赤铜矿之所以名‘赤’,在于其主要成分Cu2O是红色的。作为变价元素铜的氧化物,黑色的CuO和红色的Cu2O相互作用和影响,就有了这样七彩斑斓的效果。通常情况下,如果铜是粉末状态,则在空气中充分加热确实是生成黑色的CuO。但是如果铜为片状,则加热生成的CuO会附着在铜片表面,与内部未被氧化的Cu紧密接触。在氧化剂(CuO)和还原剂(Cu)均具备且加热的条件下,就会发生反应生成Cu2O。其反应过程可以表示为
Cu+O2△CuO+Cu△Cu2O。又由于铜片表面的温度不均匀,CuO和Cu2O的相对厚薄程度不尽相同,故而呈现出多样的色彩。也就是说,Cu在空气中加热后生成黑色的CuO还是红色的Cu2O,受反应的温度、铜的物质状态等因素的影响。所以,在化学实验中,我们首先应该相信自己的眼睛,根据现象寻找证据加以解释。”
其实,化学实验中还有不少“离经叛道”的案例存在。比如,“能溶解于水且能与水反应”的CO2气体可用排水法收集,而且比用传统的向上排空气法,集满现象更为明显,收集速率更快,气体纯度更高。再如,学生一直被告知“(大理石和稀硫酸)反应会生成微溶性的CaSO4,附着在大理石表面,阻碍反应的持续进行”,却可用细粉状的石灰石与通过分液漏斗滴入的稀硫酸混合来制取CO2。这与传统的用稀盐酸和大理石制取相比,不仅可以控制反应的速率,而且所制得的CO2气体中不会混有HCl酸雾,不必水洗即可通入石灰水中进行实验观察。更深入的,教师可充分利用“有悖常理”的实验,或因势利导解答问题,或巧妙创新设计实验,强化学生的实证观念。
二、解答“异常”物质,提升微观认识
在学习“物质的组成”的过程中,有学生提出了疑问:“老师,氯化钠、氯化镁等物质的形成是由于各元素原子得失电子,形成阴阳离子,进而相互吸引,形成化合物。但水是由水分子构成的,氢、氧原子为何以2∶1的比例形成水分子?还有,氢、氧原子又如何以1∶1的比例形成过氧化氢分子?”教师解惑:“你能充分结合原子结构来看待物质的形成过程,非常科学!化合物的形成过程有两种情形。第一种是由于各原子的原子核对最外层电子的吸引力有明显的强弱之分,通过最外层电子的得失来达到各自的稳定结构。通俗来讲,每一个电子的得失好比一元硬币的流通,要么是你的,要么是我的。如NaCl的形成:
;CaCl2的形成:。第二种则是由于各原子获得电子的能力大致相当,都不能把对方的电子占为己有,结果双方各提供最外层的1个电子组成电子对共同使用,也能达成稳定结构。这好比我有笔芯,你有笔套,都拿出来,拼装在一起,你用,我也用。如HCl的形成:。由此可推知,H2O的电子式为,过氧化氢的电子式为。不难发现,通过电子对的共用,上述每种元素原子的最外层电子均具有了稳定的结构。在化学变化中,若以得失电子形式形成化合物,则构成微粒是阴、阳离子,这类化合物称为离子化合物。在离子化合物中,元素化合价的数值就是该元素的原子得失電子的数目;失电子的原子(正离子)带正电,元素呈正价;得电子的原子(负离子)带负电,元素呈负价。若以共用电子对形成化合物,则构成微粒是分子,这类化合物称为共价化合物。在共价化合物中,元素化合价的数值就是该元素的原子参与形成的共用电子对的数目;电子对偏离的一方显正电性,呈正价;电子对偏向的一方显负电性,呈负价。可见,原子重组成分子过程中电子的‘交易’关系非常类似人与人交往所遵循的互惠互利准则。离子化合物中强调的是‘舍得’,共价化合物中注重的是‘平等’。当然,不论是离子化合物还是共价化合物中,正负化合价的代数和都等于零。”
所有化学反应的微观本质都是基于化学键的重新组合(原子重组),而化学键(无论是金属键、离子键、共价键,还是广义的化学键所包括的分子间作用力)的本质是静电作用,各种化学键的形成其实是不同原子追求类似稀有气体的稳定结构时所表现出的得失电子倾向的自然组合。尽管 初中教材出于对学生认知水平的考量和兴趣的呵护,将单质分子、共价化合物的形成留到高中阶段学习,但是针对学生的疑问,可采用如描述水分子的电子式、结构式、球棍模型、比例模型等的化学学科独特的符号语言,清晰直观地进行表达,简明扼要地解决问题,从而提升初中学生对微观本质的认识,构建更为形象、准确的微观世界。
三、解答“异常”结论,培养科学态度
学生解答“钡餐”的相关题目时,会根据Ba2+能使蛋白质变性的性质得出“Ba2+是重金属离子”“钡盐是重金属盐”的结论。此时,教师要帮助学生明确:“可溶性钡盐能使蛋白质变性。因此,很多人会将Ba2+与Ag+、Hg2+、Cu2+归为一类,将中毒机理视为重金属离子使蛋白质变性。然而,Ba并非重金属。
虽然Ba为第6周期、第Ⅱ主族元素,其相对原子质量比较大,但是金属钡的密度并不大,20℃时仅为3.62 g/cm3。
而重金属的相对密度要在5 g/cm3以上。实际上,虽然原子序数从23(V)至92(U)的60种天然金属元素中,有54种的相对密度都大于5 g/cm3,但是在进行元素分类时,其中有的属于稀土金属,有的被归为难熔金属,真正在工业上划入重金属元素的只有10种:铜、铅、锌、锡、镍、钴、锑、汞、镉和铋。”
此外,教师可适当拓展钡盐中毒的相关知识:“可溶性钡盐会被人体迅速吸收,进入血液1小时即达血药浓度高峰并运转全身。以氯化钡为例,摄入0.2~0.5 g即会产生中毒。钡盐中毒临床比较少见,但也曾有X线造影用的硫酸钡不纯或将氯化钡误作白矾用于制作食品等事故发生。急性钡盐中毒会出现体液中钾离子流失现象,并迅速发展为低钾血症。所以有效治疗应先静注或静滴硫酸钠或硫代硫酸钠溶液,并及时补充足量的钾元素。在所有硫酸盐中,硫酸钠最安全”。以此培养学生正确使用化学用品的科学态度,以及正确看待化学与社会关系的科学眼光。
参考文献:
[1] 刘怀乐.值得重新審视的几个化学问题[J].中学化学教学参考,2008(7).
[2]唐隆健.“电子和电磁作用”是化学学科之魂——兼论高三化学“话题式”复习[J].中学化学教学参考,2017(4).
[3]田英平,李星海,石汉文等.急性钡盐中毒10例临床分析[J].临床荟萃,1997(14).