指向“宏观辨识与微观探析”的元素化合物复习策略——以“铝及其化合物的二轮复习”为例

浙江 成则丰

宏观辨识与微观探析是化学学科认识世界的独特方式，反映化学学科的本质特征，依据《普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)》提出的关于“宏观辨识与微观探析”素养的描述，确定与之相对应的学习层次及目标指向(见图1)。宏微结合是化学学科最具特征的思维方式，是“宏观—微观—符号”三重表征的基础与重点，体现了“结构决定性质，性质决定应用”的化学基本思想，在学生的学习过程中具有重要的作用。

图1 学习层次与学习目标水平描述

一、问题的提出

在铝及其化合物的一轮复习过程中，教师按教材的课时编排引导学生进行知识点的复习，并对知识进行系统地梳理，但由于元素化合物知识点本身的繁杂性，加之铝及其化合物在化学性质上的特殊性，学生在复习过后也存在一些普遍性问题：基础知识遗忘率高，对化学性质的本质理解不到位，综合运用知识的能力不强等。造成这些问题的原因，可能是学生在平时学习过程中只注重表观性质的记忆，并没有用宏微结合的思维方式去分析问题、解决问题。

随着浙江高考改革的不断深入，浙江省高考自2020年1月份开始进入学考和选考的分卷模式，在新的模式下，选考试卷对铝及其化合物性质和用途的考查不再局限于加试题部分，试题中所涉及的分值也逐渐增多，笔者对分卷模式下涉及考查铝及其化合物的试题整理见表1。

表1 近四次浙江选考中铝元素及其化合物考查统计

笔者通过分析这四次选考试题的考查内容发现，铝及其化合物的考查覆盖面广，涉及化学性质与用途，试题考查角度也偶有创新，如AlCl3与NH3的络合反应、对铝硅酸盐型分子筛的认识与理解。面对高考新变化，教师需要在二轮复习中有新策略，笔者尝试从物质的原子、分子结构层面对铝及其化合物进行分析，找出它们在微观结构上的共性，从结构角度解释相应的化学性质和用途，使学生加深对该部分知识点的理解，提升他们综合运用知识的能力。

二、课堂教学设计与设计意图

基于对化学学科核心素养的认识和自身的教学实践，笔者在本节课中设置“真题引领→宏观辨识→微观探析→素养提升”四个教学环节(见图2)，目的是让学生知道现在高考在考些什么(教学方向)、学生目前已经会什么(学习状态)、教师该教些什么(教学内容)、通过一堂课的教学活动学生收获了什么(目标达成)，教师通过这四个环节的教学互动，培养学生的思维模式，提高教学有效性。

图2 “宏观辨识与微观探析”二轮复习模式

1.真题引领，明确复习方向

【设计意图】如何根据题目所给信息进行提取、吸收与整合，并书写陌生情境下的化学方程式一直是教学上的难点。本环节的教学从高考真题入手，让学生了解当下高考考查动向，更有针对性的进行二轮复习。学生对化合反应并不陌生，但对NH3与HCl的反应原理却并不一定完全理解。教师通过描述反应过程中微观结构上电子的流动方向阐明反应成键本质，确定该反应原理是“有空轨道物质+有孤对电子物质=化合物”，引导学生从分子结构进行类比，得出AlCl3就是有空轨道物质，教师在此基础上，可适当拓展酸碱电子对理论，让学生体会化学学科理论与思维的发展历程。

2.宏观辨识，梳理基础知识

【教学任务2】教师引导学生从“物质类别—元素化合价—物质的应用”三个维度绘制铝元素的三维坐标图，梳理常见物质间的相互转化关系，并阐述这些物质在生产生活中的应用，对一些重要化学反应的宏观现象进行描述，教师作出点评。

图3 铝元素的“价—类—用”三维图

【设计意图】教师引导学生建立铝元素的“价—类—用”三维图，对基础知识进行查漏补缺，并再一次将知识结构化和显性化，启发学生应用此模型来复习其他元素及其化合物的相关知识，达到“建模”“用模”的目的。教师引导学生对实验现象进行描述，有助于学生认识物质的性质，掌握化学变化的机理，也为后续从微观结构进行理论解释打下基础。

3.微观探析，树立宏微意识

图4 Al(OH)3与NaOH反应机理

【教学任务4】教师引导学生回顾Al(OH)3胶体的制备方案，组织学生讨论方案的可行性，接着给出相关原子半径数据，让学生估算一个氢氧化铝分子直径的大小，学生通过估算得知一个Al(OH)3分子直径达不到胶体粒子的范畴，教师再从分子聚集可使分散质粒子直径变大的角度引导学生分析胶体与沉淀的生成(见图5)，最后师生讨论导致Al(OH)3聚集在一起的作用力。

Al(OH)3的比例模型

Al(OH)3分子模型

Al(OH)3胶体模型

【设计意图】学生对Al(OH)3胶体的认识一直很模糊，经常与Al(OH)3沉淀混淆在一起，甚至误认为Al(OH)3胶体在净水的同时还有杀菌消毒作用。本教学环节教师通过分子模型展示以及数据计算，让学生从微观结构认识到Al(OH)3胶体与Al(OH)3沉淀这两种分散系是不同但又有相互联系的，同时对Al(OH)3胶体制备方案的选择和净水原理的认知也起到了教学辅助的作用，可谓一举多得。

4.宏微结合，提升核心素养

【教学任务5】师生围绕2021年1月浙江选考第26题“GaF3熔点比GaCl3熔点高很多的原因”展开讨论。教师引导学生分析题目所给数据，并结合高中课本知识中工业制备铝用的是Al2O3而不是AlCl3进行可能原因阐述，对学生的回答作出点评。

【设计意图】Ga和Al同为ⅢA族金属元素，其金属性比Al要强，而F的非金属性比Cl要强，从微观结构上分析，GaF3所形成的化学键中离子键成分比GaCl3的更高，两者晶体类型不同导致GaF3破坏键所需能量更多。教师引导学生在解释宏观现象的时候，也要想到其微观结构，帮助学生建立宏微结合的学科思想，提升其化学学科的核心素养。

三、教学反思

本节课以高考真题作为切入点，教师通过引导学生梳理已有知识，并从结构角度去解释元素化合物的性质和用途，最后通过小组讨论的方式又回归真题，让学生在复习过程中用当堂所学思考方式去解决实际问题，体会学习的获得感与成就感。二轮复习的任务是指向高考，目标是解决学生“从哪儿想”和“怎么想”的问题，这是基于化学认识视角和化学认识思路的思考。要落实化学学科核心素养的培育，笔者认为可以从以下几个方面入手：

1.改变观念，强化结构与性质之间的联系

笔者通过梳理最近几年的选考真题发现，元素化合物的性质与应用、氢键的形成与作用、酸碱强弱判断、非金属性大小判断、有机大题推断等知识点的考查均与物质微观结构密切相关，学生的解题思路也是先了解物质的结构再进行性质阐述，所以教师在课堂教学的过程中，根据学生层次的不同，可适当拓展物质微观结构方面的知识，使学生在解决物质性质相关问题时先想到物质的微观结构，学会用这种特殊的思维方式学习化学，能够提升学生对化学学科的理解、对知识的掌握和对问题的分析。

2.强化认识，凸显宏微结合的意义

基于陌生情境下物质性质的考查，一直是学生学习中的难点，面对设问，学生需要先吸收、整合、消化题给信息，然后再应用于实际问题的解决中。面对这样的能力题，教师需要培养学生运用宏观思维与微观思维结合的方法去分析问题，分析出是什么内在因素导致了表观的性质，培养学生在解决问题过程中结合宏微思想。

3.转变思维，积极培养学生的微观想象力

化学反应的本质是旧键的断裂与新键的生成，教师在解释宏观实验现象的时候，应注意培养学生从微观展开想象，旧键是怎么断裂的，新键是怎么生成的，过渡态是怎么样的，反应有没有中间产物，尤其是有机化合物的反应，教师可以适当地从反应机理角度来阐述物质间的转化。