基于“问题串”设计的高中化学概念教学研究*

高中化学概念教学一直是高中化学教学的重点和难点问题。在高中化学概念教学过程中，教师通常采取直接讲授的方式，学生处于被动接受的地位，缺少思维的碰撞和互动，教学效果并不理想。以苏教版必修2《从微观结构看物质的多样性》为例，设计了五个“问题串”，充分激发师生的思维碰撞，调动学生的课堂参与积极性，促使学生参与到概念的生成与建构中，从而有效落实教学目标。

问题串;化学概念;思维;建构

“问题串”是指在一定学习范围和主题内，围绕一定的目标，按照一定的逻辑结构，精心设计的一组问题。教师根据预设的三维目标，将教学内容设置成一个个看似独立，却彼此联系的问题，每个小的知识点下的多个问题成一组，整节课的几个知识点之间的问题就形成了“问题串”。在“问题串”的引导下，学生的思维能够由表及里、由浅入深，也能够清晰地把握住整节课的主线与思路，再通过自身的主动探索，可以实现对化学知识的理层理解，从而提高化学教学的有效性。近年来，国内的学者和一线教师们对“问题串”教学进行了广泛的探讨，本文以苏教版必修2《从物质结构看物质的多样性》为例，从实践层面对基于“问题串”设计的化学概念教学进行研究，以期对中学化学概念教学实践有所帮助。

一、背景分析

《从微观结构看物质多样性》第一课时主要围绕“同素异形”现象与“同分异构”现象来解释物质多样性的原因。引起这两种现象的主要原因是微观粒子在微粒种类、原子间连接方式等方面的多样性。渗透微粒观比简单的让学生懂得何为“同素异形”现象与“同分异构”现象更为重要。而微观粒子是学生看不到摸不着的东西，因此渗透微粒观需要的就是教师的引导。通过“问题串”的设计，让学生实现从宏观到微观、微观到宏观的思维转换，体会微观粒子成键方式的不同，从而有效落实教学目标。

二、教学目标及重难点

1.教学目标

知识与技能：从金刚石、石墨、足球烯等碳的同素异形体以及C4H10、C2H6O等同分异构体为例认识同素异形现象和同分异构现象以及定义。认识微观结构不同引起的物质多样性。

过程与方法：通过多媒体图片展示、问题串的设计以及学生的讨论和动手实践等方法认识同素异形现象和同分异构现象。

情感、态度与价值观：从微观角度探究物质世界的本质，认识物质的多样性，形成正确的世界观。

2.教学重点

以金刚石、石墨、足球烯等碳的同素异形体以及C4H10、C2H6O等同分异构体为例认识由于微观结构不同而导致的同素异形现象和同分异构现象。

3.教学难点

同位素、同素异形体、同分异构体三个概念的辨析。

三、教学过程设计

1.第一个问题串的设计：新课引入

【问题1】构成物质的微粒有哪些？

【学生】原子、离子、分子。

【问题2】化学变化的最小微粒是什么？

【学生】原子。

【问题3】为什么构成物质的微粒有原子、离子、分子，而化学变化的最小微粒却只有原子呢？

【学生】因为原子可以通过得失电子形成离子，也可以相互结合或直接形成分子。

【问题4】原子转化成离子或者分子，又可以形成什么样的物质呢？

【学生】原子若变化成离子可以形成离子化合物，原子也可以形成共价化合物和单质。

【问题5】通过分析我们知道了：宏观物质都是由微观粒子结合而成的。物质又分为单质和化合物。那你们知道目前存在的化合物大概有多少种？

【学生活动】讨论可能的答案。

【补充资料】美国《化学文摘》统计数据

【学生活动】猜测与推断：微观粒子与物质多样性有着怎样的联系？

设计意图：通过第一组问题串的设计，引导学生从宏观物质出发，进入微观世界，挖掘潜在意识中的微粒观，为后续课程做好铺垫。

2.第二个问题串的设计：同位素

【问题1】元素周期表中现有的元素种类是多少呢？

【学生】113种。

【问题2】元素的种类会无限多吗？

【学生活动】讨论可能的答案。

【补充资料】现在已经发现了113种元素了，其中天然元素94种，人造元素19种，在人类现有的条件下应该还能发现几种， 然后就差不多达到极限了。因为当核子数增大时，原子核会越来越不稳定，当核子数达到一定数目时，它们无法形成一个稳定的“集团”，就不能构成一个原子，也就不能有无限种元素 。

【问题3】目前发现的原子种类有多少种呢？

【补充资料】目前发现的原子种类大约有3500多种，但是有一大部分仅仅短暂存在于实验室。

【问题4】元素种类只有113种，即使再发现几种也与原子的种类数差距很大，为什么二者的数目不相等呢？

【学生活动】讨论相关问题，给出可能适合的答案

【问题5】原子是如何构成的？

【学生】由原子核与核外电子构成。

【问题6】原子核内又有什么微粒？一定有？还是可能有？

【学生】原子核内一定有质子，可能有中子。

【问题7】决定元素种类的微粒是什么？决定原子种类的微粒又是什么？

【学生】决定元素种类的微粒是质子，决定原子种类的微粒是质子和中子。

【问题8】如果原子中出现质子数相同但中子数不同，这些原子是什么关系呢？

【学生】是同种元素的不同的原子。

【小结】我们把质子数相同，但中子数（或质量数）不同的这些原子互称为同位素。这一现象导致了原子的多样性。也是物质出现多样性的原因之一。

设计意图：通过第二个问题串的设计，从元素种类与原子种类数量的巨大差异，引发学生的思维碰撞。再从原子与元素的决定因素分析，得出元素存在同位素现象，理解物质世界多样性原因之一――原子的多样性。 3.第三个问题串的设计：同素异形现象和同素异形体

【问题1】单质分子是如何形成的呢？

【学生】可由单个原子直接形成单原子分子，也可以多个原子形成多原子分子。

【问题2】同种元素的一种原子可否形成原子个数不同的单质呢？举出身边的例子予以说明。

【学生】可以，比如氧元素可以形成双原子分子O2，也可形成三原子分子O3。

【问题3】除了氧元素之外，还有其他生活中的例子吗？

【学生】还有金刚石和石墨，红磷和白磷等。

【问题4】这些物质相互之间是什么关系呢？

【学生活动】讨论相关问题，给出可能适合的答案。

【小结】同素异形现象：同种元素形成几种不同单质的现象。

同素异形体：同一种元素形成的不同单质的互称。

【问题5】同素异形体间的化学性质和物理性质是否存在差异呢？

【补充资料】分别给出碳、氧、硫、磷几种元素存在的同素异形体的结构与性质对比。

【小结】可以看出，同素异形体之间的结构是不同的，物理性质也存在较大差异。同素异形体和同素异形现象的存在造成了单质分子的多样性，也是物质世界多样性的原因之一。

设计意图：通过第三个问题串的设计，从单质与原子个数的关系出发，引导学生理解同素异形现象与同素异形体。分析对比同素异形体之间性质的差异，使学生理解物质世界多样性原因之一――单质分子的多样性。

4.第四个问题串的设计：同分异构现象和同分异构体

【问题1】通过前面的资料我们知道，已发现的化合物中绝大多数都是有机物，请问构成有机物的核心元素是什么？

【学生】碳元素。

【问题2】碳原子能形成几个共价键呢？

【学生】四个。

【问题3】如果将两个碳原子链接在一起形成化合物，可以有几种连接方式？

【学生】可以是碳碳单键、碳碳双键和碳碳三键。

【问题4】它们的区别在哪里？

【学生】碳原子的成键方式不同。

【问题5】如果将四个碳原子用单键连接，又有几种方式呢？

【学生活动】画出不同的连接方式，比较差异性。

【小结】因为没有限定氢原子的个数，仅仅是四个碳原子以单键连接的话，可以是链状连接，分子式为C4H10，也可以是环状连接，分子式为C4H8。每种连接方式下又有两种不同的结构。它们分子式相同，但是结构不同。

【问题6】若给我们确定的分子式还会出现上述情况吗？请以C2H6O为例说明。

【学生活动】利用桌面所给的实物搭建球棍模型得出结论。

【问题7】对比几种情况，造成这些现象的原因有哪些？

【学生】碳原子的成键方式不同，可以以单键、双键和三键连接，也可以以链状连接，还可以以环状连接。

【小结】我们利用小球和短棍可以得到CH3OCH3和CH3CH2OH两种结构，分别称为二甲醚和乙醇。同样，分子式为C4H10的两种结构分别称为正丁烷和异丁烷。它们分子式相同，但是碳原子的连接方式是不同的。

同分异构现象：有机化合物具有相同的分子式，但具有不同结构式的现象。

同分异构体：具有相同的分子式，但具有不同结构的有机化合物。

【问题8】同分异构体之间的化学性质相同吗？

【补充资料】同分异构的两种类型：立体异构与顺反异构的图片及性质对比。

【小结】比较同素异形体和同分异构体的性质，我们不难得出结论：物质的结构决定其性质。结构不同的物质，性质必定存在差异。有机物中原子的连接方式和成键方式的不同，造成了同分异构现象的出现。而同分异构现象的出现又导致了物质世界的多样性。

设计意图：通过第四个问题串的设计，从碳原子的共价键数与成键方式的关系出发，分析C4H10与C2H6O的同分异构体，在学生亲手实践的过程中理解同分异构现象与同分异构体，分析同分异构体的性质差异，结合同素异形体的性质差异，渗透结构决定性质的化学观。让学生理解物质世界多样性原因之一――有机化合物的多样性。

5.第五个问题串的设计：课堂小结

【问题1】除了上述原因之外，我们不妨思考：一种原子可以形成多种离子吗？

【学生】可以，比如Fe2+、Fe3+。

【问题2】相同的原子能形成不同的离子团吗？

【学生】SO42-，SO32-。

【问题3】大家给出的氧原子和硫原子能形成不同的化合物吗？

【学生】SO2，SO3。

【问题4】大家说的这些都是导致物质世界的多样性的原因。回顾这节课，我们发现导致物质世界多样性主要有三个方面的原因：同位素、同素异形体和同分异构体，它们之间又有什么不同呢？

【学生活动】自我小结。

设计意图：通过第五个问题串的设计，使学生能够认识到物质多样性还有其他原因。适当的将三个概念进行小结和对比能够加深学生对知识的理解和掌握。

6.收获与感悟

物质世界丰富多彩的原因：

（1）原子的多样性――同位素;

（2）单质分子的多样性――同素异形现象;

（3）有机化合物的多样性――同分异构现象;

（4）离子的多样性――同种元素形成多种离子;

（5）………

……… ――物质世界的多样性

还有更多的原因期待着我们共同努力去发现！

设计意图：最后的“收获与感悟”对整节课进行升华。

四、反思与收获

整节课上学生因为存在思维的碰撞，因此课堂的参与度大大提高，表现得积极主动。学生的表现充分说明三维目标的达成。他们在“问题串”的引导和驱动下，从大量的补充资料的信息中，实现从宏观到微观、从微观再回到宏观的转化，能够较好地理解微粒的连接方式和成键方式不同对物质多样性的影响。很好地将索然无味的概念课转变成了一节学生积极参与，共同探索得出结论的活动课。