分子模型的科学探究

探究学习即从学科领域或现实社会生活中选择和确定研究主题,在教学中创设一种类似于学术(或科学)研究的情境,学生通过自主、独立地发现问题、实验、操作、调查、信息搜集与处理、表达与交流等探索活动,获得知识与技能、发展情感与态度,特别是探索精神和创新能力的学习方式和学习过程。经历探究过程以获得理智和情感体验、建构知识、掌握解决问题的方法,是探究学习要达到的三个目标。开展探究学习十分有利于学生的思维发展,学生作为学习者主动地参与课堂活动,积极性更容易被激发,也能很有效的掌握所学的知识。探究活动的主题很多，模型便是其中一个方面。

一、分子模型探究模式

事物的模型是对事物的简化模拟，人类认识知识可以借助模型加深对事物的理解。布鲁纳认为，在人类认知过程中，有三种表征系统在起作用，那就是“动作表征、肖像或映象表征和符号表征??即通过动作或行动、肖像或映象，以及各种符号来认识事物。这三种表征系统的相互作用，是认识生长或智慧生长的核心”（Bruner,1973）。这三种表征，具有抽象程度之别，一般由行动?形象?符号表征这样一个认知过程发展，但并不是无严格意义上的先后顺序之分。它们是相互作用的，科学合理的抽象符号表征，可以更真实形象地表征事物的特征，使动作表征的方向更明确，动作更符合实际而有成效。比如我们探讨分子模型，它是认识化学宏观物质组成与微观构成的中介，人们可以通过情景创设，观察宏观物质组成的具体模型，运用一定方法，展开心理运作表征，关注其某种外观特征入手，提出“为什么具有这种特征？”探究的问题，在探究者已有知识基础上，展开从宏观物质到微观构成的分析推演运作，形成科学猜想或假设，然后，在目标明确、方案具体情境下，进行实证性的操作表征，这种宏观与微观相结合的思考，可以更本质的探究和理解知识，建构物质概念和原理。

二、探究活动过程

以C60分子结构模型为例说明图1分子模型的探究过程模式。

1探究情景创设

向学生展示富勒烯C60分子结构模型，引导学生仔细观察模型表观特征，用言语来描述感知现象，并自主联系已有相关知识，如C的同素异形体??金刚石、石墨等的联系。比较异同。

2以分子模型切入，寻找相关信息

以C60分子结构模型为基点，辅以一个实物??足球作参照物，引导学生通过各种手段（如教材、科普读物、教育电视节目、网络资源等）寻找相关的信息。让学生交流感受，在原有知识基础上提出自己的疑问、想法或问题。

3对模型的探究

（1）观察模型：引导学生从“整体?部分?整体”的方式来观察模型有那些特点，首先认识事物整体结构框架，形似足球，但又不是足球的替代物，有哪些直接信息，是否有隐藏信息？其次分析模型的组成结构，从方法上引导学生，将C60分子结构分解为各个小单元来认识，如点、线、面的认识，它们之间是如何联结的？了解这些单元，然后整合回归到分子模型整体，以理解C60等原子团簇分子，何以具有特有的物理和化学性质。

（2）提出问题：通过观察、分析C60分子结构模型，引导学生探讨分子模型的变量参数，如碳原子最外层有四个电子，它是如何成键的？，模型中顶点意味着什么？有多少个面？多少单键和双键？C60分子何以稳定？等相关问题。

（3）分析推论：引导学生联系原有知识，分析①碳原子是如何成键的？②每个碳原子拥有多少条C?C单键和多少条C=C双键才能满足碳原子的成键方式？画出碳原子的成键方式图。③每个碳C?C单键为几个原子所拥有？计算C60分子中共有多少条C?C单键？同理计算每个碳C=C双键为几个原子所拥有？计算C60分子中共有多少条C=C双键？④基于C60分子中只含有五边形、六边形的事实，依据多面体的顶点数、面数、和棱边数的关系遵循欧拉定理：顶点数+面数-棱边数=2；则C60分子中有多少个五边形、六边形？

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