屏幕上首先是一個白色的大圓球,中間是一個小黑點,分別代表原子和原子核,有一個紅點(代表電子)在原子內部做無規則的運動,每一瞬間出現的位置都不同。圖像的下方有兩個按鍵,一個是“拍照”,當點到它時,就相當於給核外電子拍照,電子會出現在核外的某一處,得到一張照片;再點一下,電子就又開144始運動;另一個按鍵是“規律”,點到它時,會看到多張照片疊加的規律,有5張、20張、100張、10000張等不同的選項。照片疊加得越多,就越能發現核外電子運動的規律,最後還有一個選項是“結論”,指出人們對核外電子的運動狀態的描述與宏觀物質不同,不可能確定某一時刻它的位置,隻能描述它在空間某位置出現機會的多少,紅點的稠密度代表它在這個位置附近出現機會的多少。從圖片上看,電子在核外空間一定範圍內出現,好像帶負電荷的雲霧籠罩在核的周圍,人們形象地稱之為電子雲。這樣,學生對電子雲形狀的形成就有了一個非常感性的認識,就比較接受並理解了這個概念。
在高一的化學教學中,學生反映最強烈、最不適應的一部分可能就是“物質的量”這一章。初中化學中,學生對於化學的概念完全是具體的、感性的,而這一章的學習對他們來說,是一個很大的難點,“物質的量”是什麼?看不見,摸不著。它太抽象
了,而且與以前學過的知識沒什麼聯係,因此,在這一章的教學中,教師應盡量采用一些比較形象的手段來加以解釋。例如在學到氣體摩爾體積的概念時,首先可以先給學生展示樣品:1摩爾金屬錫、1摩爾金屬鋅、1摩爾金屬鉛、1摩爾水、1摩爾硫酸,發現它們有很大的差別,這時讓學生思考,同樣都是1摩爾,為什麼它們的體積有很大差別?學生可能會想到跟它們的密度有關,那麼密度又與什麼有關呢?這時學生就猶豫,不能確定了。教師可以適當地提示學生:我們這一章學習的目的就是尋求將宏觀與微觀連接的橋梁,因此,大家應該有一種思考問題的習慣,即宏觀物質是數量巨大的微粒的集合,它的各種表現也是無數個微粒共同表現出來的。於是學生會想到,體積的大小應該與微粒個數、微粒的大小和微粒排列的緊密程度(也就是微粒間距離)有關。在此基礎上去思考,既然是1摩爾物質的體積,微粒數是一樣多的,那就看微粒的大小和微粒間距離了。對於固體、液體和氣體,它們的排列方式分別有什麼特征呢?給學生播放分別代表固體、液體、氣體中微粒的運動狀態的動畫,學生會發現,固體、液體的微粒是緊密堆積在一起的,微粒間距離很小;液體比固體稍大,它們的體積主要由微粒的大小決定;而氣體則不然,氣體分子間的距離很大,在常溫常壓下大概為分子大小的10倍,因此氣體的體積主要由微粒間距離決定。接下來還可以舉液態水和水蒸氣為例來分析:在1001時,1摩爾液態水和1摩爾水蒸氣的體積分別為1毫升和1700毫升,而水分子大小和水蒸氣分子間的距離分別為4X10——115米和4X10——9米,由此可見,氣體的體積主要由微粒間距離決定,而不是分子大小。在此基礎上再討論:物質的量相等的氣體,隻要分子間距離相同,體積就相同。因此,氣體體積的影響因素主要為分子間距離,而分子間距離主要與溫度、壓強有關。在此基礎上再引出氣體摩爾體積的概念,就比較簡單,學生容易接受。
化學理論教學中難點的突破。化學基礎理論大多是比較抽象的知識,難於直接感知,因此教師在教學中應該在注重它們的邏輯性、思想性的同時,盡量地使這部分知識形象化、直觀化。
例如,在化學鍵的教學過程中,針對化學鍵的形成理論,可以采用計算機模擬化學鍵的形成。古希臘的哲學家曾經用“愛憎說”來說明物質的化合與分解。德國文學巨匠歌德發表的惟——部長篇小說《親和力》就是以化學鍵理論的隱喻為基礎的。在書中有這樣一段對話:
“隻有對離異這樣的事,親密才有意義。”“在時下,人們很不高興聽到離異這個悲哀的字眼,它難道也會出現在自然科學中嗎?”
“肯定地說,化學家而言,把它們稱為離異事物的藝術家,他們感到是一個很高尚的頭銜。”“可是他們現在不再這樣認為了,這樣倒也好。聯合是一門絕妙的藝術,一個美德。能把任何客觀對象聯合起來的藝術家會受到全世界的歡迎。”
相對於電子雲來說,化學鍵的抽象程度有過之而無不及。電子雲不管怎麼說,還可以畫出示意圖,還可以假設有一個微型的照相機給電子不停地拍照,是很多張照片疊加的結果,而化學鍵是一個抽象的概念——直接相鄰的兩個或多個原子之間強烈的相互作用稱為化學鍵。它是一種相互作用,看不見、摸不著,虛無飄渺的東西。兩個原子怎麼就結合在一起了?這時教師的語言顯得多麼無力呀!但是計算機就不同了。
在講到化學鍵的概念時,給學生播放這樣一個課件:兩個白色的球,分別代表兩個氫原子,兩個氫原子從遠到近逐漸接近,旁邊有一張圖,是一個坐標係,橫坐標為兩個原子核間的距離,縱坐標為體係的能量。我們可以看到,隨著兩個原子的距離不斷接近,體係的能量逐漸降低,當兩個原子發生碰撞的時候,體係的能量降到最低點;若兩個原子的核再進一步接近的話,體係的能量反而開始升高了。這時學生比較容易利用他們已學過的物理知識來理解這種“相互作用”,實際上就是兩個原子之間引力、斥力的一種綜合作用的結果。它包括兩個原子之間的引力,核與核之間的斥力,電子與電子之間的斥力,核與電子之間的引力,化學鍵是這些力達到平衡時的結果。
以上是關於共價鍵的形成,在講到離子鍵的形成時,屏幕上顯示出一個鈉原子和一個氯原子的模型,其中鈉原子的半徑大於氯原子的半徑。當它們發生反應時,鈉原子失一個電子給氯原子,自己變為鈉離子,半徑變小;而氯原子得電子形成氯離子後,半徑增大,然後陰陽離子由於靜電作用相互吸引在一起,這就是離子鍵的形成過程。從屏幕上可以非常清楚地看到這個過程。化學反應從微觀的角度來看,就是舊鍵斷裂、新鍵形成的過程,因此明確離子鍵、共價鍵的含義,對於認識化學反應的本質是非常重要的。
化學鍵中還有一種特殊的情況,就是關於氫鍵。氫鍵的內容是選學內容,但是它可以用來解釋物質一係列的物理性質,因此我們講到這裏時,一般情況下都給學生介紹氫鍵的概念,以加深他們對一些物質的熔、沸點,溶解性的理解。但是氫鍵又是個比較抽象的內容,本來化學鍵就比較抽象,而氫鍵又是一種特殊的相互作用,因此僅僅靠語言來解釋氫鍵的概念就顯得比較困難,這時,老師可以播放一個非常有趣的課件:畫麵上有兩個水分子,一個水分子中的氫原子與另一個水分子中的氧原子相鄰,屏幕上出現一條虛線,代表氫鍵,然後有兩個小人跳出來,拚命推這兩個原子,想把它們分開,結果兩個小人推得滿頭大汗,也沒有把這兩個原子分開,學生看得很開心,一下子就明白了,氫鍵是一種較強的相互作用,比通常的分子間作用力要強幾倍,因此,水分子之間由於存在氫鍵,使得它的熔點比同族其他元素形成的氫化物的熔點要高。這時,可以給學生提一個問題:如果水分子之間沒有氫鍵,地球上將會是什麼樣子呢?這個問題對學生來說,是一個非常新穎的問題,留給他們充分的想象空間。可以引導學生結合化學知識,從氧族元素氫化物的沸點變化規律來看如果水分子間沒有氫鍵,上麵的三條曲線都應該是呈現遞增的趨勢,與最後一條曲線的變化趨勢一致,做氧族元素氫化物沸點的延長線與周期數2相交於一點,那麼水的沸點將在0——80度左右。地球上生存著的各種動植物是依存於當地的自然環境和氣候條件的,而水的變化能直接影響自然環境和氣候。這時,教師可以播放一段錄像:在熱帶草原上,小象在河邊戲水,長頸鹿在水邊悠然漫步,斑馬在追逐嬉戲,一片生機盎然的景象;而在冰天雪地的北極,憨態可掬的北極熊正在水中捕食,這一切看上去都是那麼自然,那麼和諧。但是,如果水分子間沒有氫鍵存在,水的沸點會降低為——801左右,這時占據地球表麵70。以上的浩瀚的海洋、川流不息的江河和湖泊及其他地表上的水,幾乎全要變成水蒸氣。此刻,插一張圖片:湖麵上升騰著大量的水蒸氣。即使是終年冰雪覆蓋的極地,也隻有極少量液態的水存在極地個別地方溫度可能在一701以下),這一切美好的景象都不複存在,於是地表會幹涸龜裂(這裏再給出一張土地表麵幹裂的圖片、,動植物要滅絕,地球將失去生機,成為不毛之地。