物质结构探究教学中培养学生空间思维能力的几点做法

1、PAGE PAGE 4物质结构探究教学中培养学生空间思维能力的几点做法徐小健江苏省如皋中学（226500） 【摘要】空间思维能力是学生诸多素质中十分重要却又是培养难度相对较大的基本素质，在课堂教学时可以利用现代教学手段，提高教学效果，也可以让学生在学习小组内开展探究活动，积累丰富素材，还可以引导学生在课后练习中强化知识应用，以拓宽空间思维。【关键词】空间思维 探究活动 现代教学手段 课后练习空间思维能力是学生诸多素质中十分重要却又是培养难度相对较大的基本素质，它受制于三大因素个体本身的形象思维和抽象思维能力、个体在进行想象前所积累的知识和已经具有的空间概念、将要被定位的事物本身具有的某些空间特

2、征。前两个因素，既受先天禀赋的制约，也受后天培养的影响，它属于个体本身的因素，也是个体本身素质的体现，是培养空间思维能力的内因。第三个因素是外因，是教师发挥作用的主要方面。“将要被定位的事物”本身的特征中，对空间思维能力的形成起主导作用的，是事物本身所具备的直观性的大小，它主要决定于事物形体的大小和它的客观性与抽象性的之间的“比值”，一般说来，形体太大或太小都不利于空间思维能力的形成。物质内部的微观结构正是“比值”太小的情况，学好这部分的关键是学生要具有良好的空间思维能力，相应地，教师正可以利用这部分内容的教学加强这种能力的培养。一、学习小组内开展探究活动，积累丰富素材虽然学生已学过立体几何，

3、初步具备了一定的空间想象、思维能力，在大脑中建立了一些几何体的表象。但这些表象还是不清晰、不稳定、不全面的，在遇到具体问题时，学生不会识图，有些学生甚至看不出空间元素的前后位置关系。为了更好地在教学过程中解决这一难题，教师可以根据具体内容在学习小组内开展探究活动，让学生通过亲手搭建模型、近距离观察模型或讨论交流等形式，把物质微观结构化小为大，化抽象为直观，形成更丰富的表象，促进空间思维能力的形成。例如在教学金属晶体的原子堆积模型时，为使学生认识更为深刻，可设计下列探究过程：活 动探究过程探究活动一：探究等径球在平面上的排列方式4人一组，每组16个乒乓球，将它们在平面上排成4排，每排4个球，球与

4、球相互接触，探究这些球在平面上有几种排列方式。（1）用平面圆表示球, 将你的探究结果图示出来。（2）上述排列方式那种比较紧密？探究活动二：探究非密置层的空间堆 积方式将非密置层一层一层地在三维空间堆积，探究有几种堆积方式。（1）非密置层在三维空间堆积有几种堆积方式？每个原子的配位数分别是多少？（2）上述堆积方式那种比较紧密？（3）从上述堆积方式中各找出一个最小的正方体（球心连线围成的正方体）作为晶胞，每个晶胞实际占有的原子数（球数）是几个？探究活动三：探究密置层的空间堆积方式4人一组，先将7个球和3个球分别用海绵胶粘成两个密置层(如下图所示)，然后将两个密置层密置堆积（一层球放入另一层球的空隙

5、上），看有几种堆积方式。 再将3个球用双面胶粘成一个密置层，置于7个球的密置层的另一面，看看有几种堆积方式，每个原子的配位数分别是多少？探究活动四：观察与实践（1）观察镁型原子堆积模型图，体会为什么图是这种堆积方式的晶胞，用乒乓球和海绵胶将这样的晶胞粘贴出来。 （2）用海绵胶和12个乒乓球做两个6原子的密置层（如图），将它们与另外2个乒乓球按图所示步骤堆积并用双面胶粘贴好，通过图体会铜型堆积中的晶胞。通过这样的系列探究活动，既让学生体验合作的优越性、探究的乐趣和成功的喜悦，激发学习化学的兴趣，又提高了学生动手能力、空间思维能力和“建模”能力。二、课堂教学中利用现代手段，提高教学效果现代教学手段

6、通过其独有的、神奇的表达和表现能力，把许多抽象的事物淋漓尽致地展现出来，使人们的视野极大地拓宽，对学生认识微观世界、形成空间思维能力尤其有用。在众多的现代教学设备中，尤以计算机多媒体课件的作用最大，它把文字、声音、图像、动画集于一身，生动、形象、感染力强，能引起学生对所学知识的兴趣和注意，为学生提供一个生动、逼真的教学环境，使学生在兴趣盎然的情境下去接受知识，对提高课堂教学的效果能够起到事半功倍的作用。许多令化学教师伤透脑筋的、讲破了嘴皮而学生仍是如坠云烟的教学难点，在它的手下却迎刃而解，学生的空间思维能力也能得以空前的提高。由于微观粒子运动和排列的不可感知性，多数学生对物质微观结构的相关知识

7、都感到比较抽象、难于理解。而多媒体课件可以反映事物的内在规律性，在增强学生对物质微观结构的化学、物理现象直观、形象认识的同时，也增加了学生对事物理性的认识，使教与学更易于开展。例如：晶体结构、电子云等内容比较抽象，讲授时描述也比较困难，需要学生具有较强的空间想象力和抽象思维能力，学生较难理解。利用三维动画，可将NaCl、二氧化硅、石墨、金刚石等晶体结构生动形象地演示出来，这些立体结构课件的使用，可使学生看到了放大了的“原子世界”，并且可有效地帮助学生形成对化学物质的空间想象、思维能力，学会从量的角度来分析物质的微观组成。电子云的形成，虽然我们可以通过课本上的照片来解释，也可以用相关模型进行直观

8、教学，但实际效果并不理想。前者由于缺乏动感而使学生误以为电子的运动有一定的规律，后者则会让学生认为原子是一些实心的几何体。为了能让核外电子动起来，可以制作核外电子运动的动画课件。可用小黑球代表电子，稍大的红球代表原子核，小黑球在红球附近可伴随乐曲声一闪一闪地出现，随着闪现次数的增多，使学生看到这样一种规律：离红球(原子核)越近，小黑球(电子)出现的概率越大，然后用模拟照像技术将这些图片按比例叠加，逐渐显示出电子的模型。从而让学生能真切地感受物质各种不同速率下的视觉印象，认识并理解电子运动的特点及其描述的方法。这样，通过多媒体把原来抽象、难以理解的教学内容变得生动活泼和丰富多彩，使学生在一种轻松

9、愉快的气氛中掌握知识。三、课后练习中强化知识应用，拓宽空间思维前两种做法可以使学生在脑海里建立较为形象的空间模型，但可能会对这些模型产生依赖心理，一旦离开了具体模型可能会不知所措，所以在学习了晶体结构后，教师要有意识地引导学生利用课余时间在脑海里进行空间思维训练，回忆晶体的微观结构，也可用笔在纸上构画它的示意图，假想自己就站在晶胞的旁边或钻在晶胞内部，甚至可以假想自己就是晶胞中的某个粒子，这时整个人完全沉浸在晶胞知识的海洋中，与之相关的粒子个数、粒子的成键情况、粒子间的距离等问题基本就迎刃而解了，学生在感受这种化学美的同时加深了对物质内部结构的印象。长此以往，学生的空间思维能力自然就上到了一个

10、新的台阶。为了让学生更好地掌握相关空间知识，教师还要根据学生掌握的情况精心编制典型试题，促使其灵活应用所积累的空间知识，进一步拓宽三维空间思维。例如：近年来科学家发现有100个碳原子构成具有完美对称性的C100原子团，最内层是由20个碳原子构成的正十二面体（即每个碳原子与其它3个碳原子相连），外层的60个碳原子形成12个独立的正五边形，处于中间层次的20个碳原子将内、外层碳原子连接在一起，有关C100的空间结构教师可以引导学生在脑海里构建模型：最内部的正12面体是由12个五边形构成的，每个C与另外3个C形成3条键，中间层的20个C正好和这20个C一一对应相连使内部的C全部满足4价，外层的60个

11、C形成独立的正五边形，此时每个C已经有两条键，中间层的C只用了一条键与内层相连，每个C还能形成3条键，共60条键，恰好与外层的60个C分别成一键，这样只有外层的C不满足4价，每个C还差一条键才饱和，还可以再接一个原子。再如在学完晶体结构之后，可设计下面一道综合题让学生进行对比分析：右图表示一个晶胞，该晶胞为立方体型，原子（或分子、离子）位于正方体的顶点和面心。试回答下列问题：若这是一个分子晶体的晶胞，其代表物质是_；若这是一个金属晶体的晶胞，其代表物质是_；若这是一个不完整的金刚石晶胞，则晶胞中其他碳原子的数目和位置是：_；若这是一个不完整的NaCl晶胞，且顶点和面心的实心球表示Na，则晶胞中