在初中化學(xué)教學(xué)中幫助學(xué)生建構(gòu)微粒觀

張映林

摘要：微粒觀是中學(xué)化學(xué)基本觀念建構(gòu)的核心，微粒觀的教學(xué)是幫助學(xué)生建構(gòu)從微觀視角思考宏觀世界的化學(xué)觀念。以分子原子的教學(xué)為例，運(yùn)用宏觀實(shí)驗(yàn)、模型模擬、多媒體演示以及探尋科學(xué)史等教學(xué)策略幫助學(xué)生建構(gòu)起宏觀與微觀的聯(lián)系。

關(guān)鍵詞：微粒觀；建構(gòu)；分子原子；初中化學(xué)

文章編號(hào)：1005–6629（2014）6–0035–03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》強(qiáng)調(diào)，義務(wù)教育階段的化學(xué)教育“要引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的變化規(guī)律，形成化學(xué)的基本觀念”[1]。化學(xué)教育的一個(gè)重要任務(wù)是使學(xué)生能夠建立物質(zhì)的微粒性認(rèn)識(shí)，能從微觀角度認(rèn)識(shí)一些現(xiàn)象、事實(shí)，形成對(duì)物質(zhì)及其變化的科學(xué)認(rèn)識(shí)。因此，微粒觀是中學(xué)化學(xué)基本觀念建構(gòu)的核心[2]。從微觀視角認(rèn)識(shí)和考察物質(zhì)世界是學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)之后應(yīng)掌握的重要思維方法，微粒觀的形成對(duì)于學(xué)生認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界具有重要的價(jià)值。

在新課改思想的影響下，多數(shù)中學(xué)教師都能認(rèn)識(shí)到微粒觀在化學(xué)教學(xué)中的重要性，但很多時(shí)候還停留在概念的理解方面，沒(méi)有上升到觀念的層面。例如，在分子、原子的教學(xué)中有些教師把教學(xué)的重點(diǎn)放在分析為什么分子是保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小粒子，原子是化學(xué)變化中的最小粒子。事實(shí)上學(xué)生如果沒(méi)有建立對(duì)微粒觀的初步認(rèn)識(shí)，不能在頭腦中形成分子原子的大致形象，這樣生硬地讓學(xué)生理解分子原子的定義，教學(xué)效果肯定會(huì)大打折扣。

分子原子概念的教學(xué)是學(xué)生第一次建立宏觀和微觀的聯(lián)系，是學(xué)生第一次用微觀的觀點(diǎn)思考宏觀現(xiàn)象，也是學(xué)生容易產(chǎn)生分化的學(xué)習(xí)內(nèi)容，在學(xué)生形成系統(tǒng)微粒觀乃至整個(gè)中學(xué)化學(xué)學(xué)習(xí)中具有舉足輕重的地位。本文以分子、原子的主題教學(xué)為例，探討在初中化學(xué)教學(xué)中如何幫助學(xué)生建構(gòu)微粒觀。

1 微粒觀的教學(xué)背景分析

微粒觀不是記住“一切物質(zhì)都是由相應(yīng)的微粒構(gòu)成的；物質(zhì)微粒永不停息地作無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)；物質(zhì)的微粒之間有間隔”等這些結(jié)論，也不可能單以結(jié)論的形式出現(xiàn)在教材中，它是內(nèi)隱于知識(shí)體系中并隨知識(shí)層次的推進(jìn)而深化的一種觀念。化學(xué)知識(shí)是以具體事實(shí)、概念、原理等形式出現(xiàn)，是“有形”的，它可以通過(guò)背誦、記憶的方式去獲得。而觀念是化學(xué)知識(shí)的深層凝聚物，是“無(wú)形”的，它不可以通過(guò)淺層次的思維活動(dòng)和單一的學(xué)習(xí)方式來(lái)獲得，只能是學(xué)生以自己的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)為背景，通過(guò)積極主動(dòng)的思考，在自己頭腦中積淀下來(lái)的一種思維成果。

根據(jù)現(xiàn)代教育理念，微粒觀的教學(xué)重點(diǎn)應(yīng)該是幫助學(xué)生將認(rèn)識(shí)角度從宏觀到微觀、從現(xiàn)象向本質(zhì)轉(zhuǎn)變，豐富和發(fā)展學(xué)生從微觀角度認(rèn)識(shí)和理解物質(zhì)及其變化，逐漸將具體概念知識(shí)的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為學(xué)生的內(nèi)在觀念。通過(guò)學(xué)生對(duì)分子、原子等微粒觀的主動(dòng)建構(gòu)，可以讓他們體驗(yàn)并初步嘗試從微觀角度看待宏觀世界。

2 教學(xué)設(shè)計(jì)思路分析

分子原子的主題包括四個(gè)教學(xué)內(nèi)容，第一是讓學(xué)生相信客觀事實(shí)：物質(zhì)確實(shí)是由微觀粒子——分子、原子等構(gòu)成的；第二是認(rèn)識(shí)分子性質(zhì)：分子的質(zhì)量和體積都很小、分子總是在不斷地運(yùn)動(dòng)著、分子間是有間隔的；第三是了解分子、原子是如何構(gòu)成物質(zhì)的，知道大多數(shù)物質(zhì)是由分子構(gòu)成，而分子又是由原子構(gòu)成；第四是了解物質(zhì)變化的微觀實(shí)質(zhì)，進(jìn)一步了解分子、原子在物理變化和化學(xué)變化中的變化過(guò)程。

由于微觀粒子看不見(jiàn)、摸不著，學(xué)生缺乏認(rèn)識(shí)微粒真實(shí)面貌的直接經(jīng)驗(yàn)，由此造成學(xué)生建構(gòu)微粒觀的困難。突破難點(diǎn)的主要教學(xué)方法是：將微觀概念的學(xué)習(xí)建立在宏觀實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，幫助學(xué)生將宏觀可見(jiàn)的現(xiàn)象與微觀難見(jiàn)的粒子建立聯(lián)系，學(xué)生通過(guò)對(duì)這種聯(lián)系的想象，在頭腦中初步建立微觀粒子模型，然后在運(yùn)用模型和多媒體演示等手段去直觀感受微觀粒子的構(gòu)成與變化[3]。

3 教學(xué)方案設(shè)計(jì)參考素材

3.1 承認(rèn)客觀事實(shí)，物質(zhì)是由微觀粒子構(gòu)成

情景導(dǎo)入：將一段鎂條不斷剪小

設(shè)計(jì)意圖：使學(xué)生感受探究宏觀物質(zhì)的可分性，體會(huì)物質(zhì)是可以分成極其細(xì)小的微觀粒子的。

問(wèn)題：你認(rèn)為分子、原子是真實(shí)存在的嗎？你能將它們畫(huà)出來(lái)嗎？

設(shè)計(jì)意圖：根據(jù)奧蘇貝爾的有意義學(xué)習(xí)理論，有意義學(xué)習(xí)必須以學(xué)習(xí)者原有的認(rèn)知結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，新知識(shí)的學(xué)習(xí)必須以學(xué)習(xí)者頭腦中原有的知識(shí)為基礎(chǔ)，沒(méi)有一定知識(shí)基礎(chǔ)的意義學(xué)習(xí)是不存在的[4]。學(xué)生在物理課上對(duì)分子、原子有了一些印象，通過(guò)學(xué)生的表達(dá)與學(xué)生的相互評(píng)價(jià)，了解學(xué)生頭腦中已有的分子、原子形象，找出學(xué)生對(duì)分子、原子的已知點(diǎn)與不足點(diǎn)，作為新知識(shí)的生長(zhǎng)點(diǎn)及微粒觀的建構(gòu)條件。

多媒體展示：掃描隧道顯微鏡（STM）、原子力顯微鏡（AFM）下的分子、原子照片。

設(shè)計(jì)意圖：用真實(shí)情景有力地證明了分子、原子等微觀粒子的存在不僅是科學(xué)假說(shuō)，更是真實(shí)的。

3.2 用宏觀實(shí)驗(yàn)探究分子的性質(zhì)

學(xué)生實(shí)驗(yàn)：向盛水的燒杯中加入少量品紅

可根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況，設(shè)置成以下幾個(gè)問(wèn)題：從微觀角度，品紅是怎樣構(gòu)成的？你觀察到什么現(xiàn)象？從微觀角度，你能想象出它是怎么變化的嗎？你能將這個(gè)變化畫(huà)出來(lái)嗎？

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并在教師引導(dǎo)下想象出品紅是由一些微觀粒子構(gòu)成，當(dāng)它溶于水向四處擴(kuò)散時(shí)是微粒在不斷運(yùn)動(dòng)，間隔在不斷擴(kuò)大。

學(xué)生實(shí)驗(yàn)：在冷水中和熱水中分別加入品紅

設(shè)計(jì)意圖：再次讓學(xué)生觀察品紅的擴(kuò)散過(guò)程，并且還能感知在熱水中品紅擴(kuò)散得更快。通過(guò)一個(gè)很簡(jiǎn)單的宏觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)生能感知到品紅分子的存在，并且還能了解溫度越高，品紅分子運(yùn)動(dòng)速率越快。

學(xué)生實(shí)驗(yàn)：用注射器比較壓縮相同體積的水和空氣的難易

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)水很難壓縮而空氣較易壓縮，學(xué)生自然形成了分子間存在間隔，氣態(tài)分子比液體分子間隔大的觀念。

教師演示實(shí)驗(yàn)：酚酞與氨水的實(shí)驗(yàn)

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生們觀察、總結(jié)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，依據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出結(jié)論，并從分子、原子的角度分析產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因。這一環(huán)節(jié)建立在學(xué)生新舊知識(shí)的結(jié)合點(diǎn)上，極大地激發(fā)了學(xué)生的興趣，使學(xué)生主動(dòng)地參與到學(xué)習(xí)之中。

3.3 了解分子、原子是如何構(gòu)成物質(zhì)的

設(shè)問(wèn)：你知道分子與原子的關(guān)系嗎？

PPT展示：道爾頓的原子論與阿伏伽德羅的分子論的科學(xué)史[5]。

設(shè)計(jì)意圖：很多學(xué)生頭腦中認(rèn)為原子是最小的粒子，形成的原子觀念和道爾頓的原子論有相似之處。通過(guò)科學(xué)史道爾頓的原子論與阿伏伽德羅的分子論的介紹，讓學(xué)生了解到分子與原子的聯(lián)系與區(qū)別。

舉例：水是由大量水分子構(gòu)成，而每一個(gè)水分子又是由兩個(gè)氫原子和一個(gè)氧原子構(gòu)成。給出水的化學(xué)式，并畫(huà)出水分子的微觀示意圖。

模型模擬：讓學(xué)生將氫原子、氧原子的模型組裝成水分子的模型。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生了解分子與原子是如何構(gòu)成物質(zhì)的，并了解物質(zhì)化學(xué)式的微觀意義，讓學(xué)生初步建立起宏觀世界、微觀世界與化學(xué)符號(hào)三者之間的關(guān)系。通過(guò)模型組裝，讓學(xué)生在體驗(yàn)中形成新的認(rèn)知“分子是由原子構(gòu)成的”。

3.4 了解物質(zhì)變化的微觀實(shí)質(zhì)

問(wèn)題情境：水的三態(tài)變化：8 g冰在4℃時(shí)融化成18 mL水，在1 atm下，將18 mL水加熱到100℃，變成3.06×104 mL的水蒸氣，體積擴(kuò)大約1700倍。你能從微觀角度思考分析水的三態(tài)變化過(guò)程嗎？

設(shè)計(jì)意圖：以具體的宏觀事實(shí)為問(wèn)題情境，引導(dǎo)學(xué)生從微觀角度思考宏觀現(xiàn)象，加深學(xué)生對(duì)水分子在不斷運(yùn)動(dòng)，氣體分子間的間隔更大等微觀粒子性質(zhì)的理解，并為物理變化中分子種類這一微粒觀的形成不變埋下伏筆。

問(wèn)題：請(qǐng)從微觀角度想象水蒸發(fā)和水電解的過(guò)程。

模型模擬：設(shè)計(jì)小組活動(dòng)方案，用白色球代表氫原子、藍(lán)色球代表氧原子，模擬水蒸發(fā)和水電解的過(guò)程，并且用語(yǔ)言將操作過(guò)程加以解說(shuō)和分析。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)學(xué)生模擬分子、原子的變化過(guò)程，使學(xué)生初步將分子、原子在物理變化和化學(xué)變化中的行為具體化。

教師總結(jié)：物理變化和化學(xué)變化中分子、原子的變化。

設(shè)計(jì)意圖：運(yùn)用模型進(jìn)行擴(kuò)展，解釋其他的物理變化和化學(xué)變化中分子、原子的行為，進(jìn)而深化學(xué)生對(duì)分子、原子概念的理解。

問(wèn)題：你能用分子、原子的觀念解釋什么是混合物、純凈物、單質(zhì)與化合物嗎？

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生嘗試用微粒觀思考宏觀物質(zhì)，體會(huì)化學(xué)學(xué)科的獨(dú)特思維方法，也加深學(xué)生對(duì)這些概念的進(jìn)一步理解。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國(guó)教育部制定.義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2011.

[2]莘贊梅.應(yīng)用系統(tǒng)思考整體把握“微粒觀”的建構(gòu)和發(fā)展[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2012，（7）：21～24.

[3]吳俊明.分子概念建構(gòu)的意義、基礎(chǔ)和教學(xué)策略[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2013，（4）：5～7.

[4]施良方.學(xué)習(xí)論（第2版）[M].北京：人民教育出版社，2001：214～428.

[5]《化學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史》編寫(xiě)組.化學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史[M].北京：科學(xué)出版社，1980：94～101.