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魏樟庆1 包朝龙2(1. 浙江乐清中学 2. 浙江衢州第一中学)
摘要 化学观念是当化学事实性知识和具体性知识遗忘后,在学生头脑中留存的基本的概括性认识,化学主要观念的建构是新课程理念之一。从科学主题出发,阐释了高中化学课程标准中的主要观念,以新课程苏教版高中《化学1》《化学2》为例描述了化学主要观念的建构体系。
化学观念不是具体的化学知识,也不是化学知识的简单组合,它是学生通过化学学习后在头脑中留存的,在考察相关的化学问题时所具有的基木的概括性认识。
R.J.吉利斯皮将大学普通化学中的主要观念[1]归纳为:“原子、分子、离子”;“化学键:是什么使原子在分子和晶体中结合在一起”;“分子的几何形状:三维化学”、“动力学理论”、“化学反应”、“能和熵”。
学生通过初中化学课程的学习己初步形成了“元素观”、“微粒观”、“化学反应与能量”、“物质分类”等基本化学观念。在此基础上,高中化学课程标准通过精心选择有关核心知识和具体知识,以及涉及多种多样的探究活动,引领学生进一步丰富和发展“物质的微粒性”、“化学反应与能量”、“物质结构与性质”、“化学反应的限度”等化学基本观念[2]。
在共同或共通的概念中,提炼出一些跨越学科界限,将各分支学科统一起来的关键性概念或核心概念称之为科学主题。科学主题具有普适性,可以揭示科学知识的本质及其相互联系,能够将不同学科、不同分支的信息片段融入广阔的、有逻辑内聚力的结构中,在这样的结构中,信息片段的关系被凸显出来。
在科学教育中,将“能量”、“演化”、“变化的形式”、“尺度与结构”、“稳定性”、“系统与相互作用”提炼为科学主题[3]。
1 化学中的主要观念
1.1 化学研究的物质层次(尺度与结构)
尽管现代化学研究的物质形式多种多样,但涉及的物质层次大体上有几个维度:组成原子的原子核和电子,原子、分子(离子)、以及化学物质,化学物质可分为单质和化合物,也可分为气体、液体和固体。固体分为无定型体和晶体等。有2种或2种以上的物质组成的分散体系,主要为溶液、胶体和浊液,其中溶液是均匀、稳定的分子(离子)分散系,胶体是具有某种尺寸的质点从形成的稳定的分散体系,浊液是更大质点形成的不稳定的分散体系等。
物质层次不同,物质组成的基木结构单位不同,原子的基本结构单位是原子核和电子,分子的基木结构单位是原子,胶体的基本结构单位是胶粒,晶体的基本结构单位是晶胞。
物质化学组成结构单位之间相互关系(位置关系、结合关系等)就是物质的结构。化学正是通过研究微观结构——分子-原I层次的化学组成、几何空间结构,以求解决物质的宏观化学性质、物理性质以及物质的特性与用途等问题。物质化学结构的变化必然引起物质的化学性质的变化,通过物质所反映出的化学反应和性质,可以认识和确定它的结构。
引领学生学习这部分内容,可逐步建立以下化学观念:
(1)物质是山不同层次的微粒(原子、分子,离子)构成的,不同的微粒具有不同的结构。
(2)物质的组成、结构决定物质的性质,物质的性质反映物质的结构。
(3)物质的性质与它在自然界中的存在状态及用途是直接联系着的。
1.2 化学中的相互作用(系统与相互作用)
尽管物质的形态和种类多种多样,从化学元素组成来说,都是有百余种元素所组成;从结构上,都有统一的基木粒子结构。所谓结构就是物质的组成要素之间的关系,如原子是怎样形成分子和晶体的?分子与分子之间是如何影响的?这种关系,反映着物质分子中原子之间直接或间接的相互作用。用化学术语来说,这种关系就是“键”。物质分子中直接联结的原子之间因形成离子键或共价键而发生相互作用;不直接联结的原子之间通过分子间相互作用。力、氢键等发生相互作用。
学生学习这部分内容,可逐步建立以下的化学观念:
(1)物质是由元素组成的。
(2)化学主要研究原子-分子的运动,组成分子的原子与原子之间、分子与分子之间是相互影响、相互作用的。
(3)化学反应就是原子的重新组合,它的本质是旧化学健的断裂与新化学键的形成。
1.3 化学反应的方向和限度(稳定性)
物质的化学变化是原子之间化合、分子的分解或分子内原子的再组合的结果。化学变化的过程可分为不可逆过程、平衡过程、循环过程和演化过程。变化与稳定是互相对立的,化学变化需要在一定条件下进行。物质的性质、外界条件影响反应速率,可逆反应进行的限度即化学平衡问题,化学平衡又可以分为溶解平衡、电离平衡、水解平衡等。化学平衡是一种动态平衡,当浓度、温度等条件改变时,化学平衡即被破坏,并将在新的条件下建立新的平衡状态。
组织学生学习这部分内容,可逐步建立以下化学观念:
(1)化学变化是有方向和限度的,许多化学反应都能够自发进行。
(2)勒夏特列(H.Le Chatelier)原理对绝大多数的动态平衡都适用,如果改变影响平衡的某个条件,平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。
(3)在化学研究与化工生产中,只考虑化学反应速率是不全面的,还需要考虑化学反应所能够到达的最大限度。
1.4 化学变化的形式(变化的形式)
化学变化是通过物质之间的相互作用进行的,根据反应物和生成物的类别以及反应前后物质种类的多少,化学反应可以分为化合、分解、置换、复分解4种基木类型;从粒子(电子和质子)转移角度,化学反应可分为氧化还原反应、酸碱中和反应等;从反应是否有离子参加,化学反应可分为离子反应和非离子反应,从反应是否有电子发生转移,可以将化学反应分为氧化还原反应和非氧化还原反应。
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