冯 姗

(浙江省春晖中学 312300)

在《普通高中化学课程标准(2017年版)》中明确指出“宏观辨识与微观探析”的核心素养，提出学习者从元素及分子、原子水平认识物质的组成、结构、性质和变化，形成结构决定性质的观念，能从宏观和微观结合的视角分析与解决实际问题.在学习抽象概念时，学习者因缺少实际经验，碍于微观化学世界无法直接观测和接触，进一步加大了抽象概念学习的难度.分子间作用力普遍存在，学习者在初步学习时经常无法掌握其概念，无法辨析哪类物质中存在，在应用阶段无法正确判断哪些宏观性质与分子间作用力相关，经常陷入常考常错，常错常考的尴尬境地.利用数字化实验现象显著，直观性强，将其引入分子间作用力的学习，帮助学习者更直观、高效地掌握知识，提升用化学思想认知化学物质的性质，建立结构决定性质的科学观念，提升利用实验解决化学问题的化学学科素养.

一、基于化学视角，宏观认识分子间作用力的存在

立足于研究物质的组成、结构这一平台，借助化学视角，宏观认识冰可以聚集在一起而不散，想要改变冰既有的外形比较困难，冰在受热后可以融合，形成水或水雾(水蒸气)，二者化学组成相同，此过程需要吸收能量，形成的水或水雾的既有外形改变较容易.提问至此，学习者可以从化学角度解释生活中的问题，从而强化化学视角，从宏观性质的角度感知分子间作用力的存在.

二、通过可视实验，微观表征分子间作用力的存在

从组成化学物质的基本微粒角度分析，分子与分子之间存在的相互作用力是分子间作用力.一般分子由若干原子组成，化学键可以将原子结合在一起，而将分子聚集在一起，形成液体或固体的作用力则为分子间作用力.

1.数字化实验基本原理

一定量液体敞口放置相当长一段时间后，宏观体积即将减少，液体的这种性质称为挥发性.这种液体变成气体的过程就是蒸发，从微观的视角分析，当一个分子(液体环境中)运动到接近液体表面，此时其兼具合适的运动方向和足够的动能，该分子(液体环境下)就能挣脱邻近分子的作用力(分子间作用力)，脱离现有环境，该分子就从液相变为气相，显然，液态物质挥发性强弱，受分子间作用力影响，因为该过程伴随着失去高能量分子，使余下分子的平均动能逐渐降低，宏观表征为体系温度逐渐降低，挥发速率也随之减慢.

分子间作用力的强弱与液体挥发性相关，即分子间作用力越强，液体挥发得越慢，液体物质温度下降得越慢.因此，学习时通过直观性测量不同液体挥发过程的温度变化来比较液体分子间作用力的强弱，提高抽象概念学习的可视性.

2.数字化实验基本装置

将封闭的试管、温度传感器、数据采集器与计算机相连接，如图1所示，4支试管中分别盛装10mL甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇.

图1

3.数字化实验基本步骤

连接电脑终端，打开苏威尔数字化实验系统，当显示温度示数稳定后点击开始检测20秒以上，确保液体初始温度平稳，将4个温度传感器同时脱离试管并固定在铁架上，观察软件中所呈现的温度变化曲线(如图2所示).图中曲线①～④依次为甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇四种液体挥发时的温度变化情况.

图2

4.数字化实验基本结论

根据直观检测，利用曲线可清晰看到不同的纯液体在挥发时温度下降幅度并不一致.利用生成资源，调动学习者研究化学问题的积极性，设置问题串(见表1)，以接力的形式带动课堂氛围.

表1 分子间作用力学习问题串设置

在分析问题时，给出4种物质的球棍模型，对比甲醇、乙醇、正丙醇、正丁醇这四种醇的分子结构得出结论：组成或结构相似的分子，随着相对分子质量的增加，挥发变得越来越困难，也就是说相对分子质量增加，分子间的作用力增大，挥发变慢，温度下降变慢.分子间作用力存在于分子与分子之间，但凡分子间距离发生变化，就需要克服分子间作用力.挥发性如此，三态变化如此，溶解性也此.

三、利用认知冲突，直观分析特殊分子间作用力——氢键的存在

利用课堂成功经验，继续设计探究实验利用数字化实验，揭示特殊分子间作用力——氢键的存在.取2只温度传感器探头分别深入与正丁醇与正己烷中，同时取出后，采用与上述同样的方法观察正丁醇与正己烷挥发时温度的变化差异，得到温度变化曲线(见图3所示).

图3

同样，利用生成资源与基本认知的冲突，引导从化学角度思考问题，提升学习者解决化学问题的能力，设置问题串(见表2)，以接力的形式带动课堂研究.

表2 分子间作用力学习问题串设置表

正丁醇和正己烷挥发时，温度变化曲线差异极大，分别计算正己烷和正丁醇，相对分子质量分别为74或86，按照之前所讨论的结果，正己烷相对分子质量大，故分子间作用力大，理应挥发得慢，但实验的结果恰恰相反，对比正己烷与正丁醇的分子结构差异，可以推出正丁醇分子结构中存在氢键，且氢键其作用力强于分子间作用力.利用化学视角分析，何时会有氢键存在，为什么水的沸点比硫化氢高等问题.

化学的学习过程中，需要关注学科知识本身的属性，即兼具知识属性、辩证属性和实践属性.在学习过程中，多维度分析知识，多视角思考问题，有助于化学学科素养的培养.在学习分子间作用力时，从基本概念出发，从化学组成出发分析原来认知，接受分子间作用力的存在；随着学习的深入，借助数字化实验，直接感受分子间作用力的存在，分析影响分子间作用力的因素，进而提升分析问题的能力，拓展至分子间作用力的存在判断及对物质性质的影响判断；在升华阶段，利用认知冲突，对原来认知提出挑战，在分子间作用力的认知上补充特殊的氢键，利用实际问题感知氢键的作用力强于分子间作用力.通过分析组成出发，回归到分析组成，构建和强化分析化学问题的基本思想——组成决定结构，结构决定性质.

化学知识是有关物质的本质规定和基本判断标准，学习者在学习时要逐步认识科学，了解科学，领悟、体验科学真谛，形成科学精神、态度等，提高科学素质，培养科学品性.