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中学化学能量观建构的策略  

2014-03-04 21:07:35|  分类: 教材与教学 |  标签: |举报 |字号 订阅

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                                                      中学化学能量观建构的策略

化学能量观的建构应该遵循以下3个基本原则:

理解性原则 “观念”是一种深层理解力,是可迁移的概念性观念,因此观念建构需要理解性学习。从能量观的角度理解物质结构及其转化是化学的基本视角。化学能量观中需要理解的核心要点是:核外电子运动本身就是一种能量的反映,核外电子按照能量高低分层运动。原子之间通过强烈的作用形成单质或化合物可使原子处于能量较低的稳定状态。物质转化过程的实质是旧化学键的断裂和新化学键的生成,物质转化过程伴随有能量变化。化学能量观形成的基础是理解,标志性认识是形成核外电子运动的能量思维方式。没有理解性学习,就谈不上科学观念的形成,更谈不上观念的指导价值。所以,化学能量观的建构应该注重理解性。

观念形成和具体事实学习相结合原则 事实不仅对知识内容的形成具有重要作用,而且可作为概念性观念发展的工具。具体事实的学习是化学能量观形成和发展的基础,没有一定的事实积累,很难形成一定的化学能量观。一定层次的化学能量观又能指导物质及其物质转化的研究。化学能量观不是一个简单的概念,具有丰富的内涵。化学能量观的建构不可能一次形成,需要经过螺旋式递进,在事实积累和化学能量观发展的交互过程中形成。

结构化原则 从化学能量观的内涵可以看出,化学能量观是一个不断深化、有机联系的结构化内容,因此学生的化学能量观建构应该注重认识和理解的完整性。完整性认识和理解是一个相对状态,不仅是最后一个阶段的任务,而是在各个阶段不断结构化的过程。

根据化学能量观的内涵以及上述建构原则,结合教学实践,提出化学能量观建构的教学建议:

1在物质的微粒性认识学习中形成物质的微粒具有热能

化学的基本视角就是从微观的角度认识物质及其转化。物质的微粒性认识是化学学习的基本认识。教师应该通过日常生活经验和实验事实的分析,使学生形成物质微粒性的初步认识:物质是由肉眼看不见的微粒构成的;微粒总是在无规则地运动着的;微粒间有一定的间隔;微粒间存在着相互作用。以微粒的无规则运动性认识为切入点,推论出构成物质的微粒具有热能。通过解释温度变化对物质存在状态的影响,进一步确信物质的微粒具有热能。在解释过程中,建立微粒的运动所具有的热能与物质的微粒间的间隔以及微粒间的作用之间的基本关系。

2在原子结构学习中形成核外电子运动的能量思维方式

原子结构学习是形成核外电子运动的能量思维方式的关键内容。迄今为止,原子结构是无法观察到的,人们对原子结构的认识是以一系列实验事实为基础的,如电子的发现、α散射实验、原子的稳定性、电子衍射实验结果以及多电子体系的光谱等。用牛顿经典力学描述电子运动是不能解释这些事实的,需要用量子力学来描述电子运动才能很好地解释相关事实。中学阶段不可能引入量子力学的内容,更不可能让学生从量子力学的角度理解性解释相关的事实,但是可以强调微观粒子的运动不同于宏观物体的运动,微观粒子的运动不能用牛顿经典力学来描述。在原子结构的学习过程中,主要把握核外电子高速运动的能量特征,即核外电子分层运动是按照能量高低及其在一定能量区域出现几率多少来描述的。实际上,学生学习原子结构的过程,也是一个思维范式转变的过程,需要实现由牛顿式思维向电子运动的能量式思维的转变。

3在元素及其化合物学习中发展高能量的最外层电子不稳定的认识

元素化合价是元素的主要性质。元素的原子之所以与别的原子化合就是为了使元素原子最外层高能量电子达到一种较低能量的稳定状态。因此,在学习元素化合价的时候,不能只停留在化合价的记忆性学习水平,更重要的是使学生理解元素的原子为什么要与别的原子化合,建立元素化合价与元素最外层电子有关的认识。

与元素化合价性质紧密相关的就是元素的金属性或非金属性。在进行元素及其化合物学习的时候,尽可能从原子结构的角度解释或预测元素的性质,使学生逐步建立元素原子得失电子的能力与最外层电子的能量有关。在元素的单质及其相关化合物转化关系学习中,既要将元素性质与物质的性质加以区别,又要将元素性质与物质的性质紧密联系。

4在化学变化现象的积累学习中强化物质转化伴随有能量变化的认识

物质转化过程中伴随有化学能与热能、光能等的相互转化,这种认识不是通过告知的方式形成的,而需要在化学变化现象的不断积累中得到强化。在化学变化概念建立的时候,不仅要注意到有新物质生成的关键特征,也要注意到所伴随的热能、光能等现象。在具体物质转化的事实学习中,要关注所伴随的能量变化现象。

燃烧现象的发展性理解也是强化物质转化伴随有能量变化认识的重要内容。在可燃物与氧气发生的剧烈氧化反应层次上的燃烧概念,使学生在事实水平上认识了燃烧现象及其对燃烧的理解。当学生对于原子结构有了一定的理解性认识以后,在氧化还原水平上认识燃烧现象,就可以将发光、发热与原子得失电子能力联系起来。

5通过化学键概念及其理论学习理解物质转化过程中伴随有能量变化

化学键概念的引入主要是进一步从微观角度认识化学反应。就中学生来说,在化学键概念学习以前,对于化学反应的认识已经历了三个阶段:(1)基于化学变化概念的理解,化学反应是一个有新物质生成的过程,同时伴随有发光、发热等现象;(2)基于分子概念的理解,化学反应是一个有新分子生成的过程;(3)基于原子概念的理解,化学反应是原子之间重新组合的过程。化学键概念学习是对化学反应深入认识的第四个阶段。化学键理论具有解释化学反应本质的功能。通过化学键的学习,使学生进一步认识到原子之间的重新组合与原子的结构有关;化学反应的本质是旧键断裂和新键生成的过程;化学反应伴随的能量变化取决于破坏旧键吸收的热量和生成新键放出的热量。

6在影响化学反应速率的条件讨论中深化理解有效碰撞理论

影响化学反应速率的条件有反应物浓度、温度、压强(主要对有气体参加的反应)、催化剂等。对于影响化学反应速率的条件应该从两个方面进行讨论:一是从宏观实验事实归纳得出的规律性认识,一是从微观角度所进行的理论性解释。在解释性讨论中,应该以微粒性认识的基本要点以及“化学变化是旧键的断裂和新键的形成”为基础,引导学生提出或认同“化学变化都是通过反应物分子(或离子)的相互碰撞来实现的,即反应物分子(或离子)间的碰撞是反应发生的先决条件。” 在利用碰撞理论解释一些化学变化的基础上,进一步提出或认同“有效碰撞”,“活化能”、“活化分子”等有效碰撞理论的基本解释。

7在化学热力学问题研究中进一步理解能量守恒

化学热力学主要研究的问题是:如何定量研究伴随化学反应的能量变化?两个或更多的物质放在一起时,能否发生反应?可以发生的化学反应在一定条件下达到的平衡状态如何?化学热力学研究的基本方法是将热力学的基本定律和方法用来研究化学反应过程以及伴随化学过程而发生的物理变化。热力学的基础主要是能量守恒定律。在定量研究化学反应热的学习过程中,要以能量守恒定律为基础引出焓变,使学生认识到盖斯定律实质上是能量守恒定律的延伸。在学习判断一个反应在一定条件下能否自发发生的判据吉布斯自由能变化△G的时候,也要说明△G=△H-T△S是以能量守恒定律为基础推导而来的。

8利用概念图技术帮助化学能量观的建构

概念图技术是科学观念建构的一种有效技术,教师可以在不同的学习阶段,利用概念图技术,使学生对于化学能量观的理解不断发展和深化,并能够表现出内化的完整性、结构性。下面给出的是一个较为完整的化学能量观概念图:

 

论化学学习中的能量观建构 - chemistry.zhang -     CHEMINIWEB

 

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