问题驱动型教学设计
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摘要：以“分子间作用力”教学为例，通过问题设置和实验探究营造积极的师生互动学习氛围，帮助学生理解重要概念，体验科学探究的过程，培养运用图表数据分析解决问题的能力，构建联系宏^物质性质和微观结构的桥梁
文章编号：1008-0546（2017）02-0048-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.02.015
化学键和分子间作用力是物理化学部分的核心内容，涉及微观领域的微粒排布和结合方式，比较复杂和抽象，既是学生学习的难点，也是教师的教学难点。一些学生即使能够运用相关概念解释某些现象， 并不能表明学生对概念已经深刻理解和全面掌握， 尤其在分子间作用力的成因和存在对象方面很可能存在迷思概念（misconception）[1]。美国密西根大学的研究者曾要求学习普通化学的学生通过文字描述和绘图的方式来表示分子间作用力，统计结果显示有55%的学生不能正确表示各种分子间作用力， 存在描述含糊或示意图错误等问题[2]。这些问题的存在需要教师思考如何通过合理的教学设计帮助学生形成正确的微观模型， 并能真正理解分子间作用力的形成以及对物质的一些物理性质的影响。高一学生在本课之前已经学习了原子核外电子排布规律、离子键和共价键，在介绍分子间作用力时要注意和化学键的比较， 避免新概念与原有概念的混淆，出现知识网络错乱。针对外国语学校学生本身的语言优势，适度引入一些概念的英文词汇，便于学生在课后查阅英文文本、视频和动画素材进一步巩固对概念的理解，英语专业词汇的引入对学生的长远学习很有帮助。在教学设计中也参考了国外教材的相关内容，力求概念的解释简明清晰，帮助学生理解和运用。
一、教学目标
1. 知识与技能： 了解两种重要的分子间作用力：范德华力和氢键，知道分子间作用力对分子型物质物理性质（熔沸点和溶解性）的影响。
2. 过程与方法：通过观察实验现象和分析图表数据，理解范德华力与氢键的区别和联系、分子间作用力与化学键的区别。
3. 情感、态度与价值观：通过实验感受物质宏观性质和微观结构的辩证关系，培养从科学数据分析推论的务实科学态度
二、问题驱动型教学设计流程
本课内容本身难度较大，所以在课程设计环节上要厘清不同概念之间的逻辑关系，兼顾到高一学生的认知水平和接受能力，本课采用了问题主导式模式层层推进化解教学难点，具体流程如表1所示。
三、教学过程
1. 通过复习提问引入课题
[课题引入] 前面我们已经学习了离子键和共价键。我们知道在分子中原子是通过共价键相互结合，共价键主要影响物质的化学性质，那么分子组成的物质的物理性质由什么决定呢？这就是我们今天要研究的课题。
[课件展示]固体、液体和气体中微粒排布示意图。
[教师] 为什么物态的变化伴随着能量的变化？比如水加热沸腾过程中为什么需要吸收热量。
[学生]吸收的热量使水分子无规则热运动加快，分子间隙增加。
[教师]既然分子间隙增加需要吸收热量，说明什么问题？
[学生]分子之间存在相互作用力。
[课件展示]分子间作用的概念和分类：范德华力和氢键。
2. 通过实验观察思考，探究范德华力
[课件展示] 范德华力是分子聚集在一起的作用力，广泛存在于固、液和气态的各种分子间，比较弱。
[教师]为什么分子间会存在相互作用力？请大家先完成实验。
[学生实验]在滴定管中注入蒸馏水，打开活栓，让水缓慢流下呈直线状，用梳过头的塑料梳子靠近水流，观察现象并给予解释。学生需要记录实验现象于表格中，并通过小组讨论分析观察到的现象。
[教师]实验中观察到什么现象，如何解释？
[学生A]水流向梳子方向偏转，因为梳子摩擦带电后可以吸引水分子，就像带电玻璃棒可以吸引轻小的纸屑。
[学生B]电荷可能从带电的梳子转移到了水分子中。
通过一个简单的实验调动起学生的探究兴趣，课堂气氛立即活跃起来，大家观察到水流的偏转后都异常兴奋和惊奇，并展开讨论。学生在现有知识储备基础上回答这样的问题是有困难的，对现象的观察和思考主要是锻炼学生的科学思维能力，并不要求学生给予完美的解答。教师应该对范德华力的存在原因给予简要解释，但在必修阶段还是不要过度延伸。 在国外同类教材中都会引入电负性的概念，解释分子间作用力会非常方便[3]。
[课件展示]电负性（electronegativity）：电负性是原子在化合物中吸引电子的能力。并给出电负性数据表格。
[教师]因为氧的电负性大于氢，氧原子和氢原子形成的共用电子对偏向于氧， 使氧原子带部分负电荷，氢原子带部分正电荷。 水分子间可以形成相互作用力。
由于范德华力有三种基本类型，比较复杂，学生在现阶段还不知道极性分子与非极性分子的概念，这里不妨以极性分子为例做出解释， 学生很容易理解。万一有学生提出非极性分子之间的范德华力，教师也必须准备做好相关解释， 但注意广度和深度的把握，没有必要加重学生的学习负担。
[教师]物质熔沸点与分子间作用力有什么关系？
[学生]分子间作用力越大，物质熔沸点越高。
[课件展示]卤族元素氢化物的沸点变化图。
[教师]结构组成相似的物质，随着分子质量的增大，范德华力增大。HF为什么分子量最小，但沸点最高？
3. 从HF沸点的“反常”现象引入氢键
[课件展示]氢键定义和HF分子间氢键示意图。
[教师]氢键是与电负性很大、半径很小且含有孤对电子的原子（如N，O和F）成键的氢原子和相邻分子中电负性较大的原子之间的相互作用力。
[学生练习]画出水分子之间的氢键
浼的概念难度较大， 讲解时尽力把握几个要点：（1）是一种分子间作用力。（2）氢原子与相邻分子中电负性较大的原子 （一般只考虑N，O和F）。 （3）电负性较大的原子上一般有孤对电子。学生通过画分子间氢键示意图能够更好地理解氢键的特征，效果好于单纯的文字描述和记忆，教师也可以及时发现学生的问题，并予以指导。
[课件展示]ⅦA、ⅥA、ⅤA族元素氢化物的沸点变化图。
[教师]分子间氢键与范德华力哪个作用力更强？
[学生]分子间氢键。
[教师]HF、H2O、NH3在同族氢化物中分子量最小，范德华力也最小，但沸点却最高，说明分子间氢键比范德华力强，对沸点起决定作用。
[课件展示]ⅦA、ⅥA、ⅤA、ⅣA族元素的氢化物的沸点变化图。
[教师]CH4的熔沸点为什么在第ⅣA族元素的氢化物中最低？
[学生]碳原子上没有孤对电子，不能和氢原子形成氢键。
[教师]为什么氨气在水中的溶解性特别好？
[学生小组]氨分子和水分子间形成氢键，并用示意图正确表示。
学校多媒体教师安装了师生互动平台，各组学生可以把答案写在每组的电子白板上发给主机电脑，其可以在教室前方大屏幕展示。
[教师]为什么形成氢键会导致氨气易溶于水？
这个问题看似简单，但学生却一时不知道如何回答。因为刚学过氢键，学生可能凭直觉认为需要用氢键来解释溶解性，但对于其中的细节问题并没有深入思考。 若老师不补充提问很多学生会忽视，留下教学盲区。教学实践表明用物质的微观结构解释宏观性质始终是化学学习的难点，即使学生能套用概念回答问题也未必完全理解其中的微观原理，教师进一步刨根问底很有必要。
[教师]由于水分子之间可以形成氢键，当氨气分子进入水分子的过程中必须打破部分水分子间的氢键，打破氢键需要能量，这部分能量只有通过水分子和氨分子之间形成的新的氢键予以补偿。
[课件展示]蛋白质多级结构和DNA双链分子中的氢键。 让学生了解氢键在生物分子中的重要作用。
[学生实验]把铝片小心轻放在水面上，预测可能的现象，并观察实际现象，分析可能的原因。
表面张力也是分子间作用力的一种宏观表现，虽然内容本身超过了本课教学要求， 但通过分析思考可以认识到水分子的表面张力对传统浮力定律的挑战，在视觉上有冲击力，可以激发学生深入探究的兴趣。
[教师]在通常情况下，水在100℃沸腾，但要加热到1000℃才会有部分分解， 由此可以得出什么结论？（为帮助学生思考，给出两个变化的微观示意图）
[学生]水分解破坏共价键，而水沸腾克服分子间作用力，分子间作用力比化学键弱。
[课件展示]表中展示了氢键、范德华力的数值范围和水分子内O-H键的键能，用数据予以证明。
4. 通过化学键和分子间作用力的对比完成本课内容总结。
[教师]请同学们完成表2。
学生分组完成表格，基本都给出了正确答案，完成了本课的教学目标。
[教师总结]化学键是原子（离子）间强烈的相互作用力，主要影响物质的化学性质；分子间作用力是分子间存在的较弱的作用力，主要影响物质的物理性质（如熔沸点、溶解性等）。分子间作用力包括范德华力和氢键，氢键比范德华力强。
四、教学反思
本课是一节借班执教的区级公开课，教师同行课后交流中对本课教学思路、实验设计、知识过渡、问题分析、课堂总结等方面予以积极评价。 个人课后多次观看教学录像研究教学的整体设计和细节把握，总结如下：
1. 科学探究本身就是发现和解决问题的过程，通过对课堂问题的精心设计厘清教学思路，也帮助学生在课堂的自然推进中完成了一些复杂抽象概念的学习，并且能够初步运用这些概念解释实际问题。
2. 教师是课堂的引导者，在科学课堂应该给予学生足够的思考时间和空间，让学生自由表达对问题的想法和分析过程，不论是否正确教师都应该予以鼓励和支持。教师的作用是在学生遇到困难时予以必要的指导，但更要注重学生独立思考能力的培养。本课的课程容量其实还可以适当缩减，这样可以给学生更多独立思考分析解决问题的时间，培养科学思维能力。
3. 本课虽然内容涉及微观世界，但还是通过两个简易的实验展示宏观与微观世界的联系。学生在水流偏转实验过程中表现出的兴奋和快乐不仅令我惊讶，也给大家留下了深刻印象。化学实验的魅力永远不能低估，化学实验能给学生带来愉悦的课堂体验，化学实验如何服务于理论教学是课堂实验设计必须考虑的关键问题。
4. 本课使用了多媒体师生互动平台StarC，师生通过平台可以方便地进行交流和点评，学生在分组讨论过程中能够集思广益，相互学习，培养团队协作意识，达到更好的学习效果。先进多媒体技术的使用可以进一步改善化学教学的环境，提升学生的学习兴趣，打造更加民主、充满互动的教学平台。
参考文献
[1] 罗美玲. 学生对化学键与分子间作用力的理解水平研究案例[J].化学教学，2011（1）：36-39
[2] Melanie M. Cooper，Leah C. Williams， Sonia M. Underwood. Student Understanding of Intermolecular Forces： A Multimodal Study [J]. Journal of Chemical Education， 92（8）：1288-1298
[3] Roger Norris et al.. Cambridge International AS and A level Chemistry Coursebook[M]. UK： CambridgeUniversity Press， 2011