例析基于想象力培养的化学教学

颜标峰

摘要：微观结构决定宏观性质，结构与性质的关系通常通过静态呈现的方式予以建构。文章关注此关系建构过程中的想象过程，以碳单质结构和大分子链状结构为知识栽体，凸显化学教学中想象力的培养，促进学生化学想象力的长远发展。

关键词：想象力；结构；性质

文章编号：1008-0546（2017）12-0023-02 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.12.007

微观结构决定宏观性质，这是化学学习的核心观念之一。在教材文本中，物质的微观结构通常以图片等静态形式呈现，教师在解读文本时，在静态呈现的观念下，更为侧重的是结构决定性质、性质反映结构的化学结论，却忽视了这一观念的动态形成中最生动、最有趣的想象过程。

微观结构是学生难以直接观察到的，需要借助想象力去感受，在感受物质微观结构的过程中，学生可以体会到想象的乐趣、化学的神奇和大自然的魅力。因此，在化学教学的过程中，教师要有意识地引导学生关注实验过程，通过宏观现象的展现，想象和理解微观结构的特征。这种动态想象的微观结构教学，对促进学生化学想象力的长远发展有重要的意义。

笔者在碳单质结构和大分子链状结构的教学过程中，尝试动态想象的教学形式，引导学生通过想象，感受宏观的性质与微观结构的对应关系。

一、化学想象力与碳单质的结构

大小相同的木块和海绵，同时放入水中，一段时间后，将两者取出，发现木块表面润湿，海绵充分吸水。通过这一对比实验，可以得出什么结论？学生发挥想象力，体会到海绵孔隙多，吸附水的效果更好，物质的吸附性与疏松多孔的结构有关。为了更好地感受疏松多孔的炭的吸附性，笔者现场制备多孔炭：在烧杯中加入少量白糖，滴加数滴水，加入浓硫酸，搅拌，烧杯内物质体积迅速膨胀，制备得到“黑面包”，即疏松多孔的炭。取一小块多孔炭，放在盛装有二氧化氮红棕色气体的集气瓶中，一段时间后，红棕色褪去，证明多孔炭具有较好的吸附性。

在平面几何图形中，什么图形的稳定性最好？三角形。如果四个面都是稳定的三角形，稳定性也会很好，所以，立体几何中的正四面体非常稳定。无数个正四面体连接在一起，就是碳单质中赫赫有名的金刚石的结构。学生从三角形到无数正四面体连接在一起的空间网状结构，不断发挥想象力，感受金刚石结构的稳定性。

通过观察石墨单质的形态，学生注意到石墨是一种细鳞片状的固体。细鳞片状的固体，在微观上对应的结构具有什么特点？正像鳞片叠合一样，石墨是层状结构。一层一层的结构，如同一叠纸，层与层之间可以滑动，石墨具有滑腻感在这种结构的想象下，不难理解。

足球烯是新型碳单质的代表物，60个碳原子形成闭合笼状结构。这样中空的球体结构会对应哪些性质？球体易滚动，抓一把足球烯在手上，一定无比润滑，“分子滚珠”名副其实；中空结构，好似微型的小籠子，可以装入分子，表现一定的吸附性。C₆₀分子极小，虽不能直接观察，但通过化学想象力，学生“看”到了它的性质。

以物质的宏观性质为认识基础，学生在化学想象力的作用下，感受到物质的微观结构。在这一过程中，学生不断发出惊叹，惊叹于化学结构的精妙，更惊叹于化学学习中想象空间的魅力。

二、化学想象力与大分子链状结构

在讲解“蛋白质”时，把鸡蛋敲开，将蛋清缓缓倒入盛有水的烧杯中，在整个过程中观察到的现象有哪些？学生注意到烧杯中的蛋清与水分层，并且在水的下层，蛋清密度比水大；此外，下层的蛋清呈浅黄色，是一种透明、粘稠的液体。表观的物理性质通过简单的实验即可完整呈现，很多教师至此戛然而止，殊不知，这一实验中蕴含丰富的化学想象空间。

教师引导学生调动生活经验，将一碗大米和一碗面条分成两份，操作时的情形是否相同？学生发现，米粒倾倒时比较顺利，一颗一颗完全脱离开；面条的黏连现象严重，彼此牵扯，难以分开。同理，如果将水倾倒入烧杯，停止倾倒的动作后，水流立刻终止，可以想象，一颗一颗如米粒一样的水分子在倾倒时完全脱离；如果将鸡蛋清倒入烧杯，停止倾倒时，蛋清会拉扯出细丝，不会戛然而止，可以想象，一线一线如面条的蛋白质分子彼此黏连。以此类比，学生在想象中可以领会到水分子的“颗粒”状和蛋白质分子的链状结构。透过一个简单的实验和类比，学生在化学想象力的作用下，可以清晰地“看”到蛋白质大分子的长链。

在化学想象力的眼光下，学生会发现一个更为美妙和神奇的物质世界。糯米和粳米的主要成分都是淀粉，在熬粥时，粳米粥和糯米粥都会变粘稠，当中万千缠绕的长链分子仿佛就在学生的眼前不断游动。糯米的粘性比粳米要强，糯米中淀粉的长链比粳米中淀粉的长链要更易黏连，支链淀粉和直链淀粉的区别呼之欲出。

链状结构不仅存在于有机物中，很多无机物也有链状结构。将稀盐酸滴加到硅酸钠溶液中，会生成硅酸，出现沉淀，当硅酸浓度较大时，沉淀逐渐聚合为软而透明的、胶冻状的硅酸凝胶。大部分沉淀是颗粒状的，例如碳酸钙沉淀，将其蒸干并提纯后，得到的是白色粉末；硅酸的凝胶状沉淀，粘稠度更高，学生不难想象，当中存在硅酸的链状结构。

加热单质硫至融化，缓缓将其倒入水中，形成弹性硫，分子结构由原来的环形结构转变为长链结构；生活中非常熟悉的蔗糖晶体，加热后会逐渐变为糖稀，随着温度升高，糖稀的粘稠度不断增大，蔗糖的变化是否类似于硅酸？分子间脱水后，形成长链形分子。这些结构转化的新视角，学生在发挥化学想象力的前提下，都可以充分体验。

爱因斯坦说：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推动着进步，而且是知识进化的源泉。”积极引导学生发挥化学想象力，对化学中的一些现象进行创造性的思考，感受化学中宏观世界与微观世界的联系，是当代创新型教师的重要历史责任。endprint