促進學生微觀認識發(fā)展的“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題教學研究

周冬冬+王磊+黃燕寧+王嚴+趙志平+蔣俊波+陳濤+耿茜

摘要：在梳理“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題教與學的已有研究的基礎(chǔ)上，挖掘?qū)W生問題產(chǎn)生的根源，將“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題的教學定位于促進學生微觀認識發(fā)展，并提出“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題的認識模型，在初三年級進行該主題新授課的單元整體結(jié)構(gòu)化教學設(shè)計與實施研究，并對教學效果進行了檢驗。在此基礎(chǔ)上，提煉促進學生微觀認識發(fā)展的“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題的有效教學策略。

關(guān)鍵詞：物質(zhì)構(gòu)成奧秘；認識模型；單元整體教學；微觀認識發(fā)展；教學策略

文章編號：1005–6629（2015）2–0024–06 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 問題的提出

“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”是義務教育化學課程標準[1]規(guī)定的5大主題之一，包含化學物質(zhì)的多樣性、微粒構(gòu)成物質(zhì)、認識化學元素和物質(zhì)組成的表示4個二級主題。該主題教學對學生有兩大發(fā)展點：（1）幫助學生建立正確的微粒觀；（2）應用微觀認識描述物質(zhì)的組成和構(gòu)成，對物質(zhì)進行分類，解釋物質(zhì)性質(zhì)和變化。

日常教學中，很多教師反映：學生基于日常生活常識以及小學科學和初中物理的學習對“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題有一定的認識，他們對原子、分子、元素等概念并不陌生，但是經(jīng)過“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題的學習后，仍然會出現(xiàn)一系列的錯誤，如：概念混淆、物質(zhì)分類出錯、概念應用錯誤、宏觀與微觀分不清楚、對變化的本質(zhì)把握不準。已有研究[2]提出學生在本主題存在一些認識偏差，如表1?？梢哉f，學生并沒有形成基于微粒的認識方式，不能基于微粒去認識物質(zhì)組成/構(gòu)成、性質(zhì)和變化。

已有研究[3～5]中關(guān)于“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題教學研究主要集中在：如何創(chuàng)設(shè)生動的情景增強教學的直觀性，如何創(chuàng)設(shè)聯(lián)系學生生活實際的情景增強教學的趣味性，如何利用科學史實培養(yǎng)學生嚴謹求實的科學態(tài)度，如何創(chuàng)設(shè)豐富的情景探查學生微觀認識本身的認識偏差，如何通過任務活動落實化學基本觀念等。綜上教學現(xiàn)象究其關(guān)鍵，本主題教學中存在的問題有：（1）概念建構(gòu)孤立，不能結(jié)構(gòu)化設(shè)計和整合安排教學；（2）以定義為中心教授概念，不重視概念之間的聯(lián)系，不重視概念的功能價值。如：教師重視講授原子和分子的區(qū)別，進行很多是非判斷練習，但不關(guān)注學生學習原子和分子后對物質(zhì)和微粒關(guān)系的認識，以及化學反應和物質(zhì)性質(zhì)的認識。

本研究針對“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”的教學價值以及教與學的現(xiàn)狀分析，力圖構(gòu)建“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題的認識模型，促進學生的微觀認識發(fā)展；基于此，設(shè)計并實施促進學生微觀認識發(fā)展的“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題的單元教學；并進一步反思、提煉促進學生微觀認識發(fā)展的“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題的有效教學策略。

2 “物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題的認識模型

義務教育教科書（2012版）[6]在單元小結(jié)處呈現(xiàn)了“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”單元的知識內(nèi)容結(jié)構(gòu)，總結(jié)了概念之間的關(guān)系，如圖1。

然而，在日常教學中，圖1常被一線教師作為單元知識總結(jié)圖。為了讓圖1從表達來看更加功能化，我們將圖的形式和認識功能整合起來，構(gòu)建并提出“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題的認識模型，如圖2。該認識模型有3大功能：（1）明確了認識對象和認識角度；（2）體現(xiàn)了概念之間的關(guān)系；（3）落實了概念的功能價值。

在“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題的認識模型中，可以看出本主題的認識對象是物質(zhì)組成/構(gòu)成、物質(zhì)分類、物質(zhì)性質(zhì)及變化，認識角度是物質(zhì)、分子、原子、元素，認識角度之間的關(guān)系可以成為學生認識特定對象、分析和解決特定問題時的推理路徑和認識思路。由于認識角度之間是相互聯(lián)系的，需要學生基于概念關(guān)系建構(gòu)，發(fā)揮概念的認識功能價值，多角度系統(tǒng)分析和解決問題。這些概念的認識功能價值體現(xiàn)在：分子可用于區(qū)分物質(zhì)，在此基礎(chǔ)上可用于區(qū)分混合物和純凈物、區(qū)分物理性質(zhì)和化學性質(zhì)、區(qū)分物理變化和化學變化；原子可用于認識物質(zhì)的構(gòu)成、解釋和區(qū)分分子、解釋不同分子間的轉(zhuǎn)化關(guān)系；元素是基于原子水平的概括，可用于區(qū)分單質(zhì)和化合物、建立不同物質(zhì)之間的聯(lián)系、找到不同物質(zhì)之間的異同之處。

3 促進學生微觀認識發(fā)展的“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題的教學設(shè)計與實施

如何通過本主題的教學設(shè)計與實施促進學生的微觀認識發(fā)展？即如何幫助學生建構(gòu)“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題的認識模型，能夠基于微粒認識物質(zhì)組成/構(gòu)成、性質(zhì)和變化，形成基于微粒的認識方式？

3.1 單元整體結(jié)構(gòu)化設(shè)計

本主題的單元整體結(jié)構(gòu)化設(shè)計主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）將分子、原子、元素等概念基于整體關(guān)系去建構(gòu)，通過引導學生討論靜態(tài)的物質(zhì)組成/構(gòu)成和分類，幫助學生建構(gòu)這些概念。如給學生一組物質(zhì)（混合物、純凈物），讓學生進行分類，學生自然就建立了分子的概念；再讓學生對其中的純凈物（單質(zhì)、化合物）進行分類，學生自然就建立了元素的概念。（2）基于認識模型，通過認識物質(zhì)組成/構(gòu)成的變式任務、認識物質(zhì)分類的變式任務、解釋物質(zhì)性質(zhì)和變化等任務不斷引出新概念并彰顯概念的認識功能，促進學生微觀認識發(fā)展。如讓學生解釋宏觀的現(xiàn)象或反應，通過解釋性問題的驅(qū)動，體會概念的認識功能。

3.2 教學設(shè)計

根據(jù)“促進學生微觀認識發(fā)展”的基本教學理念，單元整體結(jié)構(gòu)化設(shè)計教學，具體見表2。

3.3 教學實踐與檢驗

我們選取北京市某示范校初三年級進行4節(jié)課的教學實踐，并全程跟蹤了其中一位授課教師關(guān)于該主題的日常教學。為了調(diào)查教學效果，分別在“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題授課的前、后對學生進行側(cè)重微觀認識發(fā)展的問卷測查和訪談。由于本次教學中該校所有初三班級均參與了教學研究，故研究者在同等級學校安排對比班測試。

對比班教學首先分別進行分子、原子、元素等概念教學，再利用所學的概念從宏觀和微觀角度去認識物質(zhì)和變化。具體教學過程是通過酒精揮發(fā)引入教學主題，提出假說“物質(zhì)是由更小的物質(zhì)構(gòu)成，物質(zhì)是由小微粒構(gòu)成”；通過化學史實和物質(zhì)的掃描隧道圖證明“物質(zhì)是由分子等微粒構(gòu)成的”；通過氨水遇酚酞變紅、酒精與水混合、比較壓縮空氣和水三個實驗進行分子特征的教學，然后讓學生從微觀的角度分析宏觀現(xiàn)象；通過物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)模型讓學生認識到分子由原子構(gòu)成，再從微觀角度看物質(zhì)、純凈物和混合物以及變化，總結(jié)分子和原子的區(qū)別與聯(lián)系；通過化學史上原子模型認識的發(fā)展進行原子結(jié)構(gòu)的教學；通過多種含鐵元素的物質(zhì)引出元素概念，觀察元素周期表得出“決定元素種類的是質(zhì)子數(shù)”，解讀元素周期表，從宏觀和微觀角度結(jié)合看物質(zhì)及其變化；最后進行化學式的意義、化學式的書寫、簡單化合物的命名、化合價的原則、化合價的標法和含義、化學式的計算、混合物中元素含量計算等教學。

測查及訪談具體安排如表3。

調(diào)查問卷為自編測試題，針對已有測驗的探查點都是指向?qū)W生對微觀概念本體認識的具體偏差，而沒有探查學生建立微觀概念后能夠解釋什么宏觀的現(xiàn)象、事實或變化，即沒有關(guān)注學生是否基于微觀概念發(fā)展了相應的認識方式和能力。因此本測查問卷中設(shè)置描述性任務和解釋性任務，測查學生如何分析和解釋所看到宏觀的現(xiàn)象、事實或變化，然后我們通過學生的答題情況進行賦分，看學生是否建立了微觀認識角度，形成了微觀認識方式。

用單維Rasch模型對學生樣本的前后測數(shù)據(jù)進行量化分析，得到學生信度是0.78，試題信度是0.95，具體數(shù)據(jù)如表4。

根據(jù)表4，我們可以看出實驗班與對比班學生在主題授課前差異性不顯著，授課后實驗班學生的平均能力值高于對比班學生，且存在顯著性差異。

本研究進一步對學生概念關(guān)系、概念功能價值認識兩個方面的情況進行了統(tǒng)計分析。對學生概念關(guān)系認識的測查主要看學生是否能夠主動建立并應用“物質(zhì)-微?！?、“分子-原子”、“物質(zhì)-元素”、“元素-原子”、“原子-離子”間的關(guān)系來分析和解決問題，如表5所示的后測問卷中的第2題。對概念的功能價值認識的測查主要看學生能否建立認識角度去描述物質(zhì)的組成/構(gòu)成，對物質(zhì)進行分類，解釋物質(zhì)性質(zhì)和變化，如表6所示的后測問卷中的第4題。

分析結(jié)果見表7和表8。問卷測查和學生訪談結(jié)果表明，實驗班學生對概念關(guān)系認識高于對比班學生，實驗班學生多角度描述物質(zhì)的組成/構(gòu)成的能力優(yōu)于對比班學生，但實驗班學生多角度對物質(zhì)進行分類、解釋物質(zhì)性質(zhì)和變化的能力與對比班學生基本一致。同時，我們也可以發(fā)現(xiàn)，實驗班和對比班學生解決問題時均很難自主做到宏微觀結(jié)合，如表6所示的題目，大部分學生基于物質(zhì)、元素的角度，或者基于分子、原子的角度。

4 “物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題的有效教學策略

反思“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題的教學設(shè)計與實施過程，可以提煉出以下有助于促進學生微觀認識發(fā)展的“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題的有效教學策略。

4.1 基于概念關(guān)系整體建構(gòu)相關(guān)知識

該主題的有效教學策略之一是基于概念關(guān)系整體建構(gòu)有關(guān)知識，形成系統(tǒng)的認識模型，推進教學進程。在該主題教學的第一課時中，我們利用認識物質(zhì)的組成/構(gòu)成和物質(zhì)分類任務驅(qū)動學生基于概念關(guān)系建立分子、原子、元素的概念，借助相對非定義性的概念理解找到分子、原子、元素與物質(zhì)的關(guān)系，初步建構(gòu)“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題的認識模型；在教授完原子的構(gòu)成后再次理解分子、原子、元素和物質(zhì)的關(guān)系；整個教學過程中通過認識物質(zhì)的組成/構(gòu)成、物質(zhì)分類、解釋物質(zhì)性質(zhì)和變化等任務，反復多次從不同的視角梳理分子、原子、元素、物質(zhì)這些概念之間的關(guān)系，系統(tǒng)建構(gòu)“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題的認識模型。

4.2 基于核心概念認識功能和價值設(shè)計驅(qū)動性任務

該主題的有效教學策略之二是基于核心概念認識功能和價值設(shè)計驅(qū)動性任務，實現(xiàn)學生原有認識的探查、相應概念模型的建立、有關(guān)知識的應用。已有概念教學會先觀察分子的存在，直接給出掃描隧道圖，讓學生體會原子的存在，完全是為了得出概念，而上述教學策略路線是學生學了分子、原子、元素的概念之后能幫助學生解決哪些任務，就將那些任務作為驅(qū)動性任務，激起學生學習的需求，驅(qū)動學生建立概念?；诖?，我們在教學中設(shè)置了一系列驅(qū)動性任務，主要包括如何看物質(zhì)的不同與相同、如何看物質(zhì)的分類、如何看物質(zhì)的性質(zhì)和變化這3組任務，如表9。

4.3 基于“宏觀-微觀-符號”三重表征設(shè)計學生活動

本主題的有效教學策略之三是基于“宏觀-微觀-符號”三重表征設(shè)計學生活動，發(fā)展認識方式類型。教學中，利用宏觀的現(xiàn)象、反應、事實、信息等創(chuàng)設(shè)情景，將微觀的概念外顯，并使用化學用語分析、表達化學宏觀的現(xiàn)象等。如在物質(zhì)分類任務的學生活動中，不同小組的學生拿到不同表征方式的卡片；再如認識物質(zhì)變化的任務中，從多個角度表征反應。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部制定.義務教育化學課程標準（2011年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2012.

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