基于微觀分析與假設(shè)的“水的組成”探究教學(xué)

朱少祥

（花都區(qū)秀全外國(guó)語(yǔ)學(xué)校 廣東 廣州 510800）

教育部《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》在“前言”部分指出：“化學(xué)是在原子、分子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其應(yīng)用的一門基礎(chǔ)自然科學(xué)，其特征是研究物質(zhì)和創(chuàng)造物質(zhì)?！币虼?，在初中化學(xué)教學(xué)中，教育學(xué)生用微觀的視角對(duì)化學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行分析和解釋，對(duì)物質(zhì)的變化做出猜想和假設(shè)，應(yīng)成為教師努力的方向。

如何操作？ 人教版教材修訂兩年來(lái)，筆者進(jìn)行了積極探索，下面以“探究水的組成”課堂教學(xué)為例說(shuō)明，以期拋磚引玉。

一、探究水的組成的課堂架構(gòu)

探究水的組成是“水的組成”課題的一部分。在人教社《化學(xué)（九年級(jí)）上冊(cè)》中，“水的組成”課題被安排在第四單元課題3， 該課題在上下單元以及前后課題之間都起著承前啟后的作用。

探究水的組成包括氫氣的驗(yàn)純與燃燒、電解水實(shí)驗(yàn)、水分解的微觀分析三部分?？紤]到“氫氣驗(yàn)純”是中學(xué)階段學(xué)生學(xué)習(xí)可燃性氣體驗(yàn)純的唯一素材，筆者將該部分內(nèi)容處理成學(xué)生實(shí)驗(yàn)， 后移到第2 課時(shí)，與純凈物的分類一起學(xué)習(xí)。將“微觀分析與假設(shè)”放在“氫氣的燃燒”和“電解水實(shí)驗(yàn)”之間，以突出微觀建構(gòu)的核心地位。課堂由五個(gè)模塊構(gòu)成，基本架構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1 “探究水的組成”課堂架構(gòu)

以上設(shè)計(jì)，體現(xiàn)了“提出問(wèn)題→實(shí)驗(yàn)求證→做出結(jié)論”的科學(xué)探究過(guò)程，凸顯利用微觀模型對(duì)宏觀現(xiàn)象進(jìn)行分析和假設(shè)的化學(xué)研究特色。

二、探究水的組成各模塊的實(shí)施

1．“情景導(dǎo)入”模塊：將學(xué)生的思維導(dǎo)向探究水的組成這一課堂主題

有效的課堂情景要蘊(yùn)含學(xué)科問(wèn)題，要有利于學(xué)生建立起認(rèn)識(shí)脈絡(luò)，并實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移。在“情景導(dǎo)入”模塊中，教師先投影相關(guān)實(shí)驗(yàn)圖片，讓學(xué)生回憶空氣組成的測(cè)量、過(guò)濾操作的原理、蒸餾水（純水）的制取，然后提出問(wèn)題：“水是由哪些元素組成的？ ” 當(dāng)學(xué)生輕松地做出回答后，教師接著追問(wèn)：“你判斷的依據(jù)是什么？ ”“如何用實(shí)驗(yàn)來(lái)證明？ ”當(dāng)學(xué)生的注意力高度集中，頭腦中有一絲想法卻又無(wú)法回答清楚時(shí)，教師及時(shí)點(diǎn)題，進(jìn)入新課。

以上情景，幫助學(xué)生將新課學(xué)習(xí)建立在已有認(rèn)知的基礎(chǔ)之上，并通過(guò)適時(shí)追問(wèn)、反問(wèn)，誘發(fā)學(xué)生的思維沖突，從而消除了學(xué)生因知識(shí)本身過(guò)于淺顯而產(chǎn)生的懈怠情緒，起到了良好的課堂導(dǎo)入效果。

2．“水的生成”模塊：重視氫氣燃燒的認(rèn)知脈絡(luò)和實(shí)驗(yàn)的證據(jù)價(jià)值

對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)， 氫氣是一種既熟悉又陌生的物質(zhì)。熟悉是因?yàn)榇蠹叶加袃簳r(shí)玩氫氣球的經(jīng)歷，陌生則因?yàn)樗坝^無(wú)影，聞無(wú)味，尋無(wú)蹤”。因此，必須通過(guò)必要的情景以過(guò)渡到氫氣的燃燒實(shí)驗(yàn)。

教學(xué)中，教師先用氫氣流吹肥皂泡，根據(jù)肥皂泡向上運(yùn)動(dòng)認(rèn)識(shí)“輕（氫）氣”；再用燃燒的木條引燃肥皂泡，說(shuō)明氫氣可燃后提出問(wèn)題： 氫氣燃燒的產(chǎn)物可能是什么？ 怎樣用實(shí)驗(yàn)證明？ 學(xué)生在充分思考、設(shè)計(jì)和論證的基礎(chǔ)上， 用冷而干燥的燒杯進(jìn)行檢驗(yàn)， 最后分析得出“水是由氫、氧兩種元素組成”的結(jié)論。教學(xué)流程見(jiàn)圖2。

圖2 “水的生成”教學(xué)流程圖

以上處理，較為清晰地體現(xiàn)了“生活常識(shí)→化學(xué)物質(zhì)→性質(zhì)探索→實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)→做出結(jié)論” 的學(xué)習(xí)脈絡(luò)，突出了化學(xué)學(xué)習(xí)的生活性和探究性。

3．“微觀建構(gòu)”模塊：突出微觀模型在探究水的組成中的分析與假設(shè)功能

模型化是初中化學(xué)微粒觀教育的基本方法，是幫助學(xué)生建立微觀想象的重要手段。本課時(shí)“微觀建構(gòu)”模塊包括“微觀分析”和“微觀假設(shè)”兩個(gè)環(huán)節(jié)，基本流程是：學(xué)生利用微觀模型先對(duì)水的生成過(guò)程進(jìn)行解釋和分析，再將水分子拆分、重組，對(duì)水的分解產(chǎn)物做出猜想和假設(shè)，教學(xué)流程見(jiàn)圖3。

圖3 “微觀建構(gòu)”教學(xué)流程圖

在“微觀分析”環(huán)節(jié)，學(xué)生首先討論氫氣燃燒時(shí)導(dǎo)管口主要存在哪些分子， 其中哪些分子參加了反應(yīng)；然后從教師提供的模型（含H2、O2、N2、H2O 分子）中，選擇氫分子和氧分子， 模擬氫氣燃燒的微觀過(guò)程；最后，師生一起將上述過(guò)程簡(jiǎn)化、小結(jié)成“選擇（選擇參加反應(yīng)的分子）→拆解 （將分子拆分成原子）→重組（將原子重組成新分子）”三個(gè)階段（圖4）。

圖4 氫氣燃燒微觀模型圖

在“微觀假設(shè)”環(huán)節(jié)，學(xué)生利用微觀模型將水分子拆分后，再嘗試將氫原子和氧原子進(jìn)行重組，猜想可能的產(chǎn)物，討論如何證明，進(jìn)而非常自然地轉(zhuǎn)入“水的分解”模塊的學(xué)習(xí)。

以上微觀建構(gòu)活動(dòng)，既是上一單元分子、原子、元素知識(shí)的鞏固和深化， 也是下一單元理解質(zhì)量守恒、配平化學(xué)方程式的認(rèn)知基礎(chǔ)，而在課堂學(xué)習(xí)中則體現(xiàn)了從直觀到抽象、從宏觀到微觀、從感性到理性的認(rèn)知過(guò)程，突出了微觀分析與假設(shè)在化學(xué)研究中的核心作用。

4．“水的分解”模塊：體現(xiàn)“驗(yàn)證微觀假設(shè)”和“探究水的組成”的雙重功能

電解水是初中化學(xué)的典型實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程蘊(yùn)含著有序觀察、準(zhǔn)確描述、定性與定量分析等豐富的學(xué)習(xí)素材，有賴于通過(guò)探究任務(wù)的驅(qū)動(dòng)加以利用。

在“微觀建構(gòu)”模塊通過(guò)微觀模型對(duì)水的分解做出假設(shè)，論證了分解水的條件以及可能的產(chǎn)物的基礎(chǔ)上，學(xué)生先認(rèn)識(shí)電解水裝置，接通電源，觀察和描述現(xiàn)象： 兩電極上產(chǎn)生大量氣泡……負(fù)極端產(chǎn)生氣泡多……氣體在刻度管頂端聚集，水面逐漸下降……正負(fù)兩極氣體體積比約為1∶2； 然后根據(jù)原猜想設(shè)計(jì)氣體檢驗(yàn)方法并實(shí)驗(yàn)；最后論證原微觀猜想的正確性。教學(xué)流程見(jiàn)圖5。

圖5 “水的分解”教學(xué)流程

這樣， 學(xué)生帶著證明微觀猜想的任務(wù)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，目的更加明確，思考性更強(qiáng)，體現(xiàn)了變教為誘、變學(xué)為思、以誘達(dá)思、促進(jìn)發(fā)展的教學(xué)思想。

5．“課堂小結(jié)”模塊：通過(guò)問(wèn)題回應(yīng)探究主題，強(qiáng)化微觀想象

課堂小結(jié)是對(duì)當(dāng)堂所學(xué)內(nèi)容的梳理和歸納，目的在于突出學(xué)習(xí)重點(diǎn)，促進(jìn)知識(shí)遷移。在“課堂小結(jié)”中，教師提出兩個(gè)問(wèn)題：

［問(wèn)題1］在氫氣燃燒和電解水實(shí)驗(yàn)中，哪些現(xiàn)象和事實(shí)能說(shuō)明水是由氫、氧兩種元素組成的？

［問(wèn)題2］假如將你縮小成實(shí)驗(yàn)中的水分子，在這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中你將看到發(fā)生了什么？

問(wèn)題1 讓學(xué)生從課堂探究主題的高度審視本節(jié)課所學(xué)習(xí)的內(nèi)容，有利于對(duì)知識(shí)架構(gòu)形成整體印象；問(wèn)題2 則讓學(xué)生變換視角，從原子、分子的微觀層面，用自己的語(yǔ)言，描述微觀的變化，培養(yǎng)了學(xué)生的想象能力。

因此，以微觀分析和假設(shè)為核心的“水的組成”探究教學(xué)，教學(xué)過(guò)程不再是教材文本內(nèi)容的簡(jiǎn)單復(fù)述和實(shí)驗(yàn)過(guò)程的照單呈現(xiàn)，課堂探究主題更加鮮明，也在一定程度上順應(yīng)了現(xiàn)代化學(xué)從原子、分子層面進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)與合成的研究趨勢(shì)。

［1］中華人民共和國(guó)教育部．義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn) ［M］．北京：北京師范大學(xué)出版社，2011，（1）：5－11

［2］人民教育出版社課程教材研究所化學(xué)課程教材研究開(kāi)發(fā)中心．義務(wù)教育教科書(shū)化學(xué)（九年級(jí)上冊(cè)）［M］．北京：人民教育出版社，2012，（5）：79－82

［3］朱少祥．初中化學(xué)“水的組成”教學(xué)文獻(xiàn)綜述［J］．中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2014，（11）：68－71