“晶体的常识”教学设计赏析*

周继敏 黄 军

（1 开封市教研室 河南 开封475001；2 河南大学附属中学 河南 开封 475001）

人教版选修三 《物质结构与性质》“晶体的常识”一节，内容要求不高，但由于学生对晶体的自范性、各向异性等概念感到既抽象又陌生，存在一定的理解障碍。本节课通过两组学生实验使学生对自范性、各向异性等概念有了亲身体验， 取得了良好的教学效果。获2014年全国高中化学优质课（武汉）第二组说课一等奖第一名。笔者认为这节课之所以获得成功，关键在于实验的创新设计和难点的巧妙突破。下面是对这节课的设计过程的赏析。

一、富有人文气息的课堂引入

【教学设计】教师通过古人《韩诗外传》“凡草木花多五出，雪花独六出”对雪花的描述，《新修唐本草》“光明盐，大者如升，正方光砌”对食盐的描述引入本节课。

【评析】无论是古代中国还是西方化学，人们总是先注意到天然晶体的规则几何外形，进而发现晶体的其他性质，并尝试从结构的角度进行解释。以古人对晶体的描述和学生对生活中常见固体的认识引出本节课，这既引起了学生的兴趣又使理论联系了实际。

二、创新的实验设计融入课堂教学过程

1．晶体的自范性是通过三个角度来体现的

【教学设计】首先，展示老师制作的精美的KNO3晶体树（见表1）和播放500 万倍快镜头下老师拍摄的该晶体树的生长视频，使学生对晶体的自范性有了初步的体验，激发学生探索晶体自范性的热情。其次，学生分组实验：快速制备KNO3、CuSO4晶体（见表2），学生通过该实验对晶体的自范性中“自发”过程有了动态的体验。实验结束后， 教师展示课前制作好的KNO3、CuSO4晶体树（见表1），引导学生对比老师30min制作的晶体和学生3min 制作的晶体， 分析得出结论：影响晶体的自范性的条件之一是适当的晶体生长速率。最后，播放现代4K 高清技术下拍摄的晶体生长视频。

表1 制作KNO3、CuSO4 晶体树［1］

表2 快速制备KNO3、CuSO4 晶体

分别称量5g KNO3、CuSO4固体于两根大试管中，向KNO3试管中加入4．8mL 蒸馏水， 向CuSO4试管中加入3．7mL 蒸馏水，分别加热使其溶解，趁热倒入表面皿中，自然冷却、结晶，观察并记录实验现象。

常温下，3min 内就可以观察到晶体的生长过程。可以观察到明显的“针状”KNO3晶体和“多面体”CuSO4晶体

【评析】 学生对晶体自范性的认识经历了感性、体验、震撼过程。在以上教学过程中，通过汇报实验成果，学生获得了表现自我的机会， 与其他同学分享学习的幸福。该阶段的设计体现了化学的生活性、人文性和科学性，也让学生体验了晶体的自范性之美。

2．晶体各向异性的体验之旅

【教学设计】晶体的各向异性是通过一块

CaCO3的天然晶体“方解石”和一块玻璃片来体现的。“方解石”是早期科学家研究晶体时常用的天然晶体之一，而玻璃因其晶莹剔透和多种外形经常被学生误认为晶体。学生对晶体的各向异性是通过3 组学生实验（表3）来体验的。

【评析】 课本对各向异性是通过描述水晶柱的表面“石蜡”融化的快慢来体现的。实验看似简单，但操作困难且现象不明显。该阶段的设计不仅让学生对各向异性有了切身的体验，也让学生对比了晶体与非晶体的差异。

【教学设计】各向异性的应用是利用“光学的各向异性”来鉴别水晶眼镜和玻璃眼镜［2］，实验过程中采用了自制教具。自制教具如下：将两片“偏光太阳镜”的镜片垂直放置， 用一束手电筒光透过两片垂直镜片。实验操作如下： 将一副水晶眼镜放在偏光镜的中间，缓慢旋转一定角度， 再用一副玻璃眼镜做相同的操作。现象是用水晶眼镜实验，在旋转的过程中，透过偏光太阳镜能观察到光的明暗交替现象，而玻璃眼镜则无此现象。该原理［3］在宝石行业上经常用来鉴别真假宝石，如：偏光仪。

表3 方解石的各向异性体验实验

图1

图2

图3

【评析】该教学过程不仅理论联系了生活，也使抽象的概念“各向异性”形象、生动起来了。

3．晶体的微观结构

【教学设计】教师引导学生回顾“方解石”的碎裂实验中的碎片大小不同但形状相似，并进一步提出问题：方解石无限敲击碎裂下去会怎样？ 引导学生阅读科学史话：1781年法国科学家阿雨（Hauy）闯了一个幸运的祸。他把一块他朋友收藏的方解石掉在地上，摔成了几小块，他感到很遗憾。使他的窘境稍稍得到宽慰的是，他发现那些碎块歪斜的“立方体”，可以无限的劈成越来越小的菱面体。他提出假设：晶体是由无数个“单元晶”聚集而成的。引导学生通过类比方阵、士兵的关系，蜂巢、蜂室的关系，砖墙、砖块的关系，使学生完成了对晶体微观结构的假设——晶体中的粒子是周期性有序排列的。

随着科学技术的发展，20 世纪初德国人劳埃创始的X－射线衍射技术证实了： 晶体中的粒子是周期性有序排列的。直到现在X－射线衍射实验研究晶体结构常见方法，也是鉴别晶体与非晶体最科学、最可靠的方法。

【评析】 根据宏观的晶体外形做出微观假设是本节课的难点。为了突破这个难点，本节课引用了“阿雨”的科学史话，通过图片对比方阵、士兵的关系，蜂巢、蜂室的关系，砖墙、砖块的关系使学生水到渠成地完成了对晶体微观结构的假设，这也为下节课晶胞的学习做出了铺垫。

三、以学生为中心升华课堂思维

【教学设计】

教师利用微观结构（图4）解释晶体的宏观性质。在晶体内部的不同方向上，粒子的数目、粒子间距、粒子间作用力大小都不同，导致“方解石”不同方向上的硬度不同、断裂抗力不同（沿特定方向碎裂）。不同方向上的光速不同导致折射率不同，一束光透过方解石被折射为两束光，这既是透过方解石能看见“重影”的原因，也是能用太阳镜片鉴别水晶眼镜和玻璃眼镜的原因。同时，当把晶体加热到一定温度时，晶体吸收的热量全部用来破坏晶体粒子的规则排列，此时晶体的温度不再升高，这是晶体具有固定熔点的原因。

【评析】

图4

学生通过分组实验和视频等体验了晶体的自范性之美； 通过分组活动亲身感受了晶体的各向异性；通过疑问、假设、证实等过程知道了晶体的微观结构。此时学生思维处于兴奋状态，如何使本节课升华成为有机整体呢？ 教师提出问题：结构决定性质，如何用晶体粒子的周期性有序排列来解释宏观的性质呢？

四、让学生体验晶体之美

【教学设计】

最后，向学生展示现代晶体学的成果：哈佛大学的晶体学教授维姆·诺度因在烧杯中制备的 “晶体玫瑰花”（果壳网）。

【评析】

通过最后的“小高潮”让学生意识到，随着晶体学的发展，人们已经能制备精美的、有特殊功能的晶体。

本节课以晶体的发展史为暗线，不仅让学生了解了晶体学的发展史， 也体会了科学研究的一般思路。这节课的成功之处是让学生体验了晶体之美、化学之美。从发现晶体的自范性之美，到体验晶体的各向异性之美，再到制备精美的晶体。整堂课以“美”贯穿始终，改变了学生心目中化学就是“污染”、“有毒”等观念，让学生意识化学是美好的、有用的。

［1］刘水英．快速制取硫酸铜晶体的方法［J］．化学教育，1995，（8）：12

［2］陈宝甫，温应春．巧用偏振法鉴别水晶石眼镜［J］．物理教学，2008，（2）：51

［3］束炳如，何润伟．普通高中课程标准试验教科书·物理选修3－4［M］．上海：上海科学教育出版社，2010：86－76