深度整合教材资源　切实提升核心素养

林珍珍

［摘 要］化学学科核心素养的培养是高中化学教学活动的重点内容。文章具体阐述如何深入挖掘新人教版高中化学教材选择性必修2中“微粒间的相互作用”的相关知识资源、图片资源、数据资源、章末资源等并用于设计复习教学，以及探讨深度整合教材资源、培养学生学科核心素养的方法途径，为全面落实和发展学生的学科核心素养提供参考。

［关键词］深度整合；教材资源；核心素养；微粒；相互作用

［中图分类号］    G633.8        ［文献标识码］    A        ［文章编号］    1674-6058（2023）23-0060-04

2020年秋季，浙江省开始使用新人教版高中化学教材，其中选择性必修2《物质结构与性质》模块内容时隔多年后再次纳入高考范围。在新教材、新高考形势下，教师需要在把握课程标准和教材的关系的基础上，依据学情对教材进行二次开发［1］，设计有效教学，以优化教学路径。微粒间的相互作用包括离子键、共价键、金属键、配位键以及范德华力和氢键等，是本模块的教学重点，也是教学难点，其内容抽象、关系复杂、题型多变。教师在上“微粒间的相互作用”复习课时，应合理利用教材内容、图片、数据、章末小结等资源，并进行深度挖掘与整合，以充分发挥它们的教学价值，帮助学生形成全面、深刻的微粒观，使学生学会多角度建立分析问题的方法和模型，从而使学科核心素养的培育落地生根。

一、知识资源再融合——模型建构

“模型”是人们为了某种特定目的而对认识对象所做的一种简化的描述，可定性、定量，还可借助于具体实物、其他形象化手段或抽象的形式来表达。在解决化学问题时，使用化学语言和方法，从复杂的化学问题、条件和现象中简化、抽象出化学模型的过程就是化学模型的建构过程。通过对晶体内容的学习，学生已经认识了简单晶体结构模型，但在解决复杂晶体问题时还不能综合应用相关知识。因此，教师需要整合教材内容，帮助学生建立解决复杂晶体问题的结构模型。

在“配合物与超分子”一节中，教材通过设问“无水硫酸铜是白色的，但CuSO4·5H2O晶体却是蓝色的，这是为什么呢？”［2］进而引入实验，并得出结论“呈蓝色的是［Cu（H2O）4］2+”。那么，CuSO4·5H2O晶体中最后一个水分子是如何结合的呢？教师可以利用这一教学素材引导学生进行思考、总结，建构复杂晶体结构模型。教材在介绍“离子晶体”时提到CuSO4·5H2O晶体等大量离子晶体的阴离子或阳离子不是单原子离子，有的还存在电中性分子，这些晶体中还存在共价键、氢键等，启发学生依据微粒间相互作用的类型，推断出H2O与H2O或SO[2-4]间应该是氢键作用，进而将CuSO4·5H2O晶体的微观结构具象化（如图1），引导学生分析并建构模型：2个H2O分子与Cu2+以配位键结合；还有2个H2O分子与Cu2+形成配位键又与第5个H2O分子形成氢键；第5个H2O分子与周围的SO[2-4]和H2O分子形成4个氢键。因此，CuSO4·5H2O也可以写作［Cu（H2O）4］SO4·H2O。

晶体结构决定晶体性质，对此教师可进一步设置相关问题培养学生应用模型的能力。如：CuSO4·5H2O受熱失去结晶水的顺序是怎样的？学生可根据模型中5个H2O分子结合力的不同做出判断：逐步失去2个、2个、1个H2O。那么，此模型是否也适用于其他硫酸盐晶体呢？教师可为学生提供FeSO4·7H2O的晶体结构（如图2），让学生独立分析得出结论：FeSO4·7H2O晶体中，3个H2O分子与Fe2+形成一个配位键，还有3个H2O分子与Fe2+形成一个配位键和一个氢键，最后一个H2O分子只形成4个氢键（图中未画完全），所以也可写作［Fe（H2O）6］SO4·H2O；受热分解情况与CuSO4·5H2O类似，逐步失去3个、3个、1个H2O。在此基础上，教师可向学生提供脱水热重曲线，引导学生从晶体性质的角度印证对晶体结构的判断。至此，学生可抽象、简化出过渡金属硫酸盐晶体结构的基本模型：部分H2O分子作为配体与金属离子结合生成配离子，其余H2O分子则通过氢键结合形成晶体的空间结构。

接着，分析NH3·H2O的结构。在必修第二册教材中提到氨气溶于水时，会与H2O结合成NH3·H2O，那么NH3·H2O分子是通过什么作用力结合的呢？基于氢键的学习，学生已经知道NH3和H2O分子之间会形成氢键，理论上会出现如图3所示的两种结构。哪一种结构更符合真实情况呢？教师引导学生从证据角度进行推理：从实验事实来看，氨水呈碱性，NH3·H2O在水中电离出NH4+和OH-；从结构角度来看，N的电负性比O小，更容易提供孤电子对形成配位键，因此在配离子的稳定性上NH[+4] > H3O+，故结构B更符合真实情况。

以上教学设计通过深度挖掘、整合教材内容，将碎片化的知识转化为网络化、结构化的认知模型，既能充分发挥学生学习的主动性，又能引导学生重组化学知识，形成对知识结构的理解图式，完成对复杂晶体结构模型的自我建构，促进学生深入理解知识及提升化学学科核心素养。

二、图片资源再设问——类比迁移

“类比迁移”是指两个或两个以上的已知对象虽然有差异，但它们之间有着相同的性质和联系，以此作为依据，由已知对象的性质或联系来获取未知对象的性质或联系［3］。简而言之，就是运用解决熟悉问题的方法去解决新问题。“微粒间的相互作用”这部分内容，教材提供了大量的微观模型图片资源，这些图片是对学生进行类比迁移训练的良好素材，然而在实际教学中大部分教师对此只是一带而过，大为可惜。教学中，教师应深入解读图片信息，设置问题链对学生进行类比训练并对相似问题链进行类比迁移，让学生在新旧知识衔接的基础上解决新问题、形成新认知、提升核心素养。

例如，教材中提供了“硅酸盐晶体中的阴离子举例”示意图（如图4-1），对图片信息进行分析可知硅酸盐的阴离子的基本结构单元为硅氧共价键形成的硅氧四面体（如图4-2）。通过共用顶角氧原子可形成有限数目硅氧四面体构建的简单阴离子，也可以形成一维、二维、三维无限伸展的共价键骨架（如图4-3）。这一教学素材简单且生动地将硅酸盐的阴离子的结构特征呈现给了学生。

教师可以设计问题链对学生进行如表1所示的类比训练，启发学生找到各问题的共同要素，理解问题间的区别和联系，进一步提升学生的类比迁移能力。首先引导学生确定结构中的重复单元是有限的还是无限的，然后分析减少氧原子的数目，最后依据各元素化合价不变写出复杂离子的符号。通过对学生进行“少—多—无限”的认知训练，建立解决有关硅酸、磷酸、硫酸、硼酸等易形成各种多聚含氧酸根离子类问题的思维和认知模型，便于学生解决更多类似问题，提升类比迁移能力。例如，教师可以设计如下练习：1.海产品添加剂多聚磷酸钠是由Na+与多聚磷酸根离子组成的（如图5），请写出这种多聚磷酸钠的化学式。2.如图6是链状结构的多硼酸根和硼砂晶体中阴离子的环状结构，请写出多硼酸根和环状阴离子的化学式。

基于教材图片资源进行的类比迁移可以锻炼学生读图、识图的能力，培养学生宏微结合的符号表征技能，更重要的是可以使學生原有的知识、认知结构得到有效的整合，同时又能促进学生类比思维的发展，对学生基本技能的提升及创造性思维的培养都具有重要的意义。

三、数据资源再分析——比较学习

“比较”是现代教学中常用的教学方法，运用比较学习法能够让学生正确区分两种较为相似的物质或知识点之间的异同，加深学生印象，降低知识混淆概率，深化学生的认知。在化学教学中，从宏观角度对物质的性质进行比较是学生较为擅长的，但从微观角度探究物质的差异性，尤其是通过数据资源对宏观性质进行定量表征则是学生比较欠缺的。教材在“微粒间的相互作用”这部分内容中提供了多种数据资源。对数据资源进行分析利用，将其转化为“有效的信息资源”，有利于培养学生宏观辨识与微观探析以及证据推理与模型认知的核心素养。

例如，氢键是影响物质熔沸点和溶解性的重要因素，但高考命题并不局限于“分子间氢键使熔沸点升高，分子内氢键使熔沸点降低”这一内容，常考题型为比较两种或多种物质熔沸点的高低并解释原因。教师可利用2022年浙江6月选考第26题中的“乙醇的挥发性比水的强，原因是             ”，启发学生分别从“定性角度”和“定量角度”进行思考：由挥发性可知乙醇沸点比水低，分析发现两者都能形成分子间氢键，那么两者氢键的强度如何？学生查阅教材数据资料（见表2），发现乙醇分子间氢键的强度大于水，进而想到要比较形成氢键数目的多少：1个H2O分子形成2个氢键，而1个C2H5OH分子只能形成1个氢键，即答案为“H2O之间形成氢键的数目比C2H5OH多”。教师可进一步设计思维容量较大的比较问题，强化学生的数据应用意识，并引导学生建立解决问题的一般思路。如比较CH4、NH3、H2O、HF的沸点大小并解释原因。在解决问题的过程中，学生逐步建立程序化的思维过程：1.判断是否含氢键。CH4不存在分子间氢键，沸点最低；2.比较氢键数目。1个NH3、HF分子各形成1个氢键，1个H2O分子形成2个氢键，H2O的沸点最高。3.比较氢键强度。HF分子间的氢键强度大于NH3，因此HF沸点高于NH3。

又如，CO和N2的相对分子质量相同，两者的成键方式和某些性质有相似之处，可依托教材中的数据资源对两者进行比较学习。对教材中气体的溶解度数据（见表3）进行分析可知，非极性分子（如N2）的溶解度均较小，极性分子的溶解度较大。

反常的是，极性分子CO在水中的溶解度却很小，这是为什么呢？首先引导学生猜测“CO分子极性微弱”，然而查阅数据发现C的电负性为2.5，O为3.5，相差1.0，比HCl（H和Cl相差0.9）还要大，但CO在水中的溶解度远远小于HCl。这一矛盾激发了学生进一步探究的欲望，并得出“这是分子结构不同造成的”的结论：HCl分子中H和Cl原子形成H—Cl单键，而CO分子中C和O原子各提供一个含单电子的2p轨道“头碰头”重叠形成一个σ键，再各自提供一个含单电子的2p轨道，“肩并肩”重叠形成一个π键，最后C的2p空轨道和O的一个含孤电子对的2p轨道形成一个配位π键，可以表示为[C][O] 。这个π配键在一定程度上抵消了因碳和氧之间电负性差所产生的极性，使氧原子端的电子云密度和碳原子端的电子云密度接近，因此CO的极性不大，在水中的溶解度很小。接下来，教师提出问题：CO和N2的物理性质相似，那么化学性质呢？学生已经知道CO比N2活泼，也初步具备了利用数据的证据意识：通过分析表4中的相关键能数据不难发现，CO断裂第一个化学键需要1071.9-798.9=273 kJ/mol，而N2则需要941.7-418.4=523.3 kJ/mol，这造成了CO的键能虽比N2略大，但化学性质却比N2要活泼。最后，强化学生对“结构决定性质”这一化学学科观念的认识：CO和N2分子中三重键的特点并不完全相同。N2分子中负电荷分布是对称的，而CO却是不对称的，C原子略带负电荷，再加上C的电负性比N小，因此CO比N2较易给出电子对向过渡金属原子（离子）配位生成较稳定的配合物。

基于教材数据资源进行比较学习的实例还有很多，如“利用键能比较氢化物的稳定性”“利用溶解度数据解释相似相溶规律”“利用数据比较分子间作用力、共价键、氢键的强度”等。数据资源的合理和有效运用，使得问题的解决宏观有理、微观有据，有助于培养学生科学严谨的数据观和证据意识。

四、章末资源再利用——整理提升

“整理提升”是将教材知识条理化、系统化的过程，既能起到巩固复习、挖掘规律、训练思维的作用，又能帮助学生查漏补缺、构建知识体系，提升知识、能力、情感三重素养。因此，加强整理提升的实效性在复习教学中尤为重要。那么，如何实现行之有效的整理提升呢？在教学设计花样繁多的大环境下，回归教材仍然是教学的起点。新教材的每一章的末尾都会通过框图关系、列表填空、文字说明等形式对本章内容进行小结，帮助学生归纳整理，并提供习题以便学生复习与提高。教师可充分利用章末资源，帮助学生对所学知识进行查漏补缺、梳理知识脉络、构建知识体系，引导学生再认识所学知识，进一步内化化学思想方法，真正提高解决化学问题的能力。

例如，在“微粒间的相互作用”的复习教学中，教师首先可借助教材中的知识网络组织教学环节一“自主回顾——知识梳理”：指导学生明晰“共价键和分子空间结构”的知识主线，自主复习各概念的核心要点，交流讨论，深入理解知识间的逻辑关系，绘制知识网络图，实现知识结构化；然后组织教学环节二“预测解释——典例分析”：学生依据教材提供的“杂化轨道类型”表格填空对分子的空间结构进行预测和解释，梳理不同杂化轨道的特征并学会判断，再利用教材第51页第9题进一步强化、巩固和提升；接着，组织教学环节三“宏微结合——學以致用”：引导学生分析讨论完成“分子结构与物质的性质”一栏的填空，从微观角度分析范德华力、氢键、分子极性对物质宏观性质的影响，强化“结构决定性质、性质反映结构”这一学科基本观念，提升学生“宏观辨识与微观探析”的核心素养；最后，组织教学环节四“归纳总结——巩固提升”：选取教材第66页第12题和第13题作为巩固练习，让学生基于习题的解答对涉及的知识点做深入的总结，并思考如何能进行更有效的应用。为了进一步锻炼学生的思维能力，还可利用教材第66页第14题引导学生分析与水分子结构相似的OF2的极性很小的原因，通过开放性的习题启发学生全面分析两种分子的结构，锻炼学生思维的灵活性和发散性，进而提升学生的综合应用能力。

综上可知，高中化学新教材中蕴含着非常丰富的知识、图片、数据等教学资源。教师要积极地领会新教材的变化，深度挖掘和应用教材资源，积极开发新的教学策略和途径：通过知识资源的再融合建构模型，为学生提供解决复杂问题的方法和抓手；利用类比迁移法对图片资源再设问，激发学生的探究欲望，促进新旧知识的衔接；采用比较学习法对数据资源进行再分析，提升学生“证据推理”“微观探析”的核心素养；利用章末资源的再次整理提升，实现知识关联的结构化、认识思路和核心概念的结构化。同时，教师还要不断开发基于教材整合的其他教学方法和策略，从而切实落实学生核心素养的培养，努力实现当前的教育目标。

［   参   考   文   献   ］

［1］  李勤.化学有效课堂构建中教材资源的二次开发［J］.课程教材教学研究（中教研究），2019（合刊3）：17-19.

［2］  人民教育出版社，课程教材研究所，化学课程教材研究开发中心.普通高中教科书    化学    选择性必修2［M］.北京：人民教育出版社，2020.

［3］  刘宗寅，吕志清.化学发现的艺术：化学探索中的智慧聚合［M］.青岛：中国海洋大学出版社，2003.

（责任编辑 罗 艳）