“宏觀辨識與微觀探析”素養(yǎng)下的高中化學教學策略研究

陳翠云 洪茲田

摘?要：本文分析“宏觀辨識與微觀探析”素養(yǎng)的內(nèi)涵要求及其水平劃分，從制定教學目標、創(chuàng)設(shè)問題情境、開展實驗探究、拓展教學方式、核心概念統(tǒng)領(lǐng)等五個維度提出培育學生“宏觀辨識與微觀探析”素養(yǎng)的教學策略.

關(guān)鍵詞：宏觀辨識與微觀探析;核心素養(yǎng);教學策略;高中化學

基金項目：全國教育科學“十三五”規(guī)劃2017年度教育部規(guī)劃課題“學科核心素養(yǎng)視角下活動教學設(shè)計的行動研究”（項目編號：FHB170580）;福建省“十三五”中小學名師名校長工作室專項課題“基于核心素養(yǎng)的高中化學教與學方式變革的實踐研究”（項目編號：GZS180114）;福建省中學化學嚴業(yè)安名師工作室階段性研修成果.

作者簡介：陳翠云（1990-?），女，福建廈門人，本科，中學二級教師，研究方向：高中化學教育教學研究;

洪茲田（1981-?），男，福建廈門人，本科，中學一級教師，研究方向：中學化學教育教學研究.

普通高中化學課程標準（2017年版）對“宏觀辨識與微觀探析”（以下簡稱“宏微結(jié)合”）素養(yǎng)的具體內(nèi)涵要求如下：能從不同層次認識物質(zhì)的多樣性，并對物質(zhì)進行分類;能從元素和原子、分子水平認識物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化，形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的觀念;能從宏觀和微觀相結(jié)合的視角分析與解決實際問題[1].分析“宏微結(jié)合”素養(yǎng)內(nèi)涵要求和高中化學教材體系特點，以微粒觀建構(gòu)策略為指導，對“宏微結(jié)合”素養(yǎng)培育教學策略進行梳理.

1?深刻理解“宏微結(jié)合”內(nèi)涵，精準制訂教學目標

化學學科核心素養(yǎng)將知識與技能學習、學科思想方法形成與觀念建構(gòu)、科學探究與問題解決能力發(fā)展、創(chuàng)新意識和社會責任感形成等多維融合.其中“宏微結(jié)合”強調(diào)從“宏觀-微觀-符號”這一獨特的思維方式視角對化學學科思維和學科觀念進行描述，是化學學科核心素養(yǎng)中最為基礎(chǔ)的素養(yǎng).它貫穿于整個高中階段化學知識的學習，是學生學習、理解、應用化學的必經(jīng)之路，更是核心素養(yǎng)培育的關(guān)鍵.“宏微結(jié)合”素養(yǎng)在高中化學課程目標中要求如下：通過觀察能辨識一定條件下物質(zhì)的形態(tài)及變化的宏觀現(xiàn)象，初步掌握物質(zhì)及其變化的分類方法，能運用符號表征物質(zhì)及其變化;能從物質(zhì)的微觀層面理解其組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的聯(lián)系，形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定應用”的觀念;能根據(jù)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)預測物質(zhì)在特定條件下可能具有的性質(zhì)變化和發(fā)生的變化，并能解釋其原因[2].

“宏微結(jié)合”素養(yǎng)的培育要遵循循序漸進、逐漸深入、持續(xù)進步的進階性原則.普通高中化學課程標準（2017年版）中將其水平要求劃分為四個水平.從水平1到水平4代表不同的能力要求進階.教師在規(guī)劃和設(shè)計“宏微結(jié)合”教學目標時，應準確定位學生所處的水平層次和可能進一步達到的水平層次，促進學生能力水平進階.

例如，“物質(zhì)的分類”這一核心觀念，是“宏微結(jié)合”思維方式的具體表現(xiàn)形式.可設(shè)計四個學習進階落實該核心觀念的學習.階段1：必修階段要求基于物質(zhì)組成和性質(zhì)對物質(zhì)進行分類.比如，依據(jù)組成物質(zhì)種類不同，可將物質(zhì)分為混合物和純凈物;依據(jù)組成元素種類是否相同，可將純凈物分為單質(zhì)和化合物;依據(jù)分散系微粒直徑大小，可將分散系分為溶液、膠體、濁液等.階段2：必修階段要求能夠從不同視角對典型物質(zhì)及其主要變化進行分類.比如，依據(jù)物質(zhì)在化學反應中得失電子情況，可將物質(zhì)分為氧化劑、還原劑;依據(jù)化合物在水溶液中或者熔融狀態(tài)下的導電情況，可將化合物分為電解質(zhì)、非電解質(zhì)等.階段3：選擇性必修課程“有機化學基礎(chǔ)”模塊和“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”模塊中，要求能從組成、性質(zhì)、官能團、構(gòu)成微粒和微粒間作用力等多維視角對物質(zhì)進行分類.比如，依據(jù)所含官能團種類不同，可將有機物分為醇類、醛類、羧酸類、酯類等;依據(jù)構(gòu)成微粒和微粒間作用力不同，可將晶體分為原子晶體、離子晶體、分子晶體、金屬晶體.階段4：在選擇性必修課程“有機化學基礎(chǔ)”和“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”模塊的學習中，要求能依據(jù)物質(zhì)的類別、組成等說明或預測物質(zhì)的性質(zhì)，評估所做說明或預測的合理性.總之，以“宏微結(jié)合”素養(yǎng)的不同水平要求為指導，結(jié)合教學內(nèi)容和學情實際，精準制訂教學目標，循序漸進推動學生能力進階，有利于“宏微結(jié)合”素養(yǎng)的高效達成.

2?緊密聯(lián)系生產(chǎn)生活實際，創(chuàng)設(shè)真實問題情境

化學是在微觀層次上研究物質(zhì)，教學中往往涉及到較多的立足微觀視角探析宏觀物質(zhì)的內(nèi)容.這一部分內(nèi)容往往既是教學重點，又是學生學習的疑難點.教學中應從生產(chǎn)生活實際創(chuàng)設(shè)真實且富有價值的問題情境，引導學生將抽象的、難以感知的微觀知識轉(zhuǎn)化為日常生活中看得見、摸得著的實際問題.這樣不僅能激發(fā)學生的學習興趣，使學生主動參與學習;還能培養(yǎng)學生問題意識、質(zhì)疑及科學探究能力，提高運用化學知識解決實際問題的能力，促進學生“宏微結(jié)合”素養(yǎng)的形成和發(fā)展.

例如，“物質(zhì)的量”這一核心概念是高中生學習的難點，很多學生對此“望而卻步”.通過生活中“一打雞蛋有12個”、“一盒粉筆有24支”、“一雙鞋子有兩只”、“一令紙有500張”這些生活中的實際例子，感知“一打、一盒、一雙、一令”這些表征宏觀物質(zhì)數(shù)量的集合體，再通過“一滴水中有多少個水分子？”引出“6.02×1023個微觀粒子集合體為1mol”.幫助學生立足微觀視角審視宏觀物質(zhì)，建立物質(zhì)的宏觀量與微觀粒子數(shù)量二者的聯(lián)系，進一步提升和發(fā)展“宏微結(jié)合”素養(yǎng).又如，在進行“氧化還原反應”的教學的時候，學生很難理解氧化還原反應的微觀本質(zhì).因此通過列舉身邊的氧化還原反應，如鋼鐵生銹、煤和石油的燃燒、次氯酸殺菌消毒、干電池提供電能等這些真實而富有價值的情境，讓學生思考這些反應的共同本質(zhì).由真實的問題情境，引發(fā)學生思考，建立起微觀層面對氧化還原反應實質(zhì)的認識.通過汽車尾氣污染處理案例，引發(fā)學生思考“如何運用氧化還原反應原理對汽車尾氣進行綠色化處理”，發(fā)展學生“宏觀-微觀-符號”三重表征的思維方式與運用該思維方式解決實際問題的能力.

3?開展實驗探究，啟迪學生科學思維

“科學探究與創(chuàng)新意識”是化學核心素養(yǎng)的核心，實驗是科學探究的重要途徑.落實學生發(fā)展核心素養(yǎng)要求，要重視在實驗探究中啟迪科學思維和培養(yǎng)創(chuàng)新精神.“宏微結(jié)合”是“科學探究與創(chuàng)新意識”的化學視角.通過實驗探究，對宏觀實驗現(xiàn)象進行觀察、分析、推理，從微觀本質(zhì)探析現(xiàn)象背后的本質(zhì)，并用化學用語進行符號表征.通過實驗探究，借助“宏觀-微觀-符號”三重表征，不僅發(fā)展“宏微結(jié)合”素養(yǎng)，也兼顧“證據(jù)推理”“變化守恒”等素養(yǎng)的發(fā)展.

例如，在“可逆反應”的教學中，學生對于可逆反應概念的理解往往停留在“似懂非懂”的程度.為了更好地建構(gòu)“可逆反應”的概念，設(shè)計如下教學過程.首先，通過回顧2Fe3++2I-=2Fe2++I2這一氧化還原反應，引發(fā)學生思考：用2mol的Fe3+和1mol的I-充分反應，反應完全后溶液中還有Fe3+剩余嗎？學生根據(jù)反應方程式容易得出過量的Fe3+與少量的I-反應，有Fe3+剩余.而如果是2molFe3+和2molI-充分反應，學生則認為二者恰好完全反應，反應后溶液中沒有Fe3+剩余.保持Fe3+的物質(zhì)的量不變（仍為2mol），繼續(xù)增加I-的物質(zhì)的量（如變?yōu)?mol、4mol，甚至更多），學生都認為反應之后溶液中沒有Fe3+剩余.事實果真如此嗎？接下來進行實驗探究，取1mL?0.1mol·L-1?FeCl3溶液，加入4mL?0.1mol·L-1?KI溶液，使其充分反應.學生觀察到溶液變成棕黃色，說明有I2生成，反應已向正方向進行.為了排除I2對后續(xù)實驗的干擾，往溶液中加入CCl4，將生成的I2完全萃取到CCl4層.接下來往上清液中滴加KSCN溶液，溶液變紅，說明在I-過量的情況下，充分反應后，溶液中仍有Fe3+剩余.通過引導學生辨識反應的宏觀現(xiàn)象，結(jié)合證據(jù)推理，探析出該反應不僅向“正方向”進行，生成I2，而且在相同條件下，“正方向”生成的Fe2+也繼續(xù)和I-發(fā)生反應生成Fe3+，即反應也同時向“反方向”進行.因此，再過量的I-與少量的Fe3+反應，最終溶液體系中都還會有Fe3+的存在.總之，通過實驗探究引導學生辨識宏觀現(xiàn)象，結(jié)合證據(jù)推理，探析微觀實質(zhì)，建構(gòu)“可逆反應”概念，有效地突破該概念理解的瓶頸.

4?巧用多樣化教學方式，拓展學生學習途徑

隨著互聯(lián)網(wǎng)和計算機技術(shù)的不斷發(fā)展以及移動終端設(shè)備的日益普及，人與人的交流方式和知識傳播方式發(fā)生了巨大的變化，教師的教學方式也越來越多樣化.教師除了可以通過在線學習平臺，向?qū)W生推送圍繞“宏微結(jié)合”這一核心素養(yǎng)的學習資源、發(fā)布學習任務、提供作業(yè)展示和交流的空間，還可以在課后制作答疑型微課視頻，幫助學生解決疑難問題.微課視頻作為一種新型的課程形式和教育資源，可以突破時間和空間的限制，隨時隨地對學生進行“答疑解惑”.特別能將微觀世界的窗戶紙捅破，從而使微觀世界可視化，抽象知識形象化、具體化[4].

例如，在進行“化學鍵”這一核心概念教學時，可設(shè)計如下微視頻（見表1），幫助學生從宏觀視角認識構(gòu)成物質(zhì)的微粒和微觀角度認識構(gòu)成物質(zhì)的微粒之間存在相互作用，從而建構(gòu)化學鍵的概念.

5?基于核心概念統(tǒng)領(lǐng)，促進“宏微結(jié)合”素養(yǎng)落地生根

在日常的教學過程中，很多老師都有這樣的體會：對于講授過的問題，學生并沒有真正理解所學的知識，所以只能進行比較簡單的模仿，稍微改變一下問題情境，學生就無從下手，更不用說提升學生關(guān)鍵能力，落實學科核心素養(yǎng).特別是對于繁雜的宏觀表征和抽象的微觀知識，學生在學習過程中往往感到困難，甚至因此對化學失去興趣.有學者提出基于核心概念統(tǒng)領(lǐng)設(shè)計教學的理念，將居于學科中心、具有遷移價值的核心概念作為學生需要持久理解的教學目標.利用核心概念統(tǒng)領(lǐng)有關(guān)事實和概念，使學生站在更高認知層面理解某些概念，為學生終身發(fā)展提供支持[5].文獻《我國中學化學教科書中核心概念的百年變化特點》中研究總結(jié)出了中學化學5方面的24個核心概念.其中關(guān)于“宏微結(jié)合”素養(yǎng)維度的核心概念有：單質(zhì)、化合物、溶液、電解質(zhì)、酸堿鹽、膠體、元素、分子原子、原子結(jié)構(gòu)、元素周期、化學鍵、官能團、質(zhì)量守恒、氧化還原反應、離子反應、物質(zhì)的量.

例如，“原子結(jié)構(gòu)”這一核心概念是“宏微結(jié)合”思維方式的具體表現(xiàn)形式.在化學2（魯科版）有關(guān)“原子結(jié)構(gòu)”涉及如下內(nèi)容：原子核的構(gòu)成、同位素概念和核外電子排布規(guī)律，兩個等量關(guān)系（質(zhì)量數(shù)=質(zhì)子數(shù)+中子數(shù)，核電荷數(shù)=質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù)）.在選修3“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”（魯科版）第一章有關(guān)原子結(jié)構(gòu)涉及如下內(nèi)容：從原子軌道、電子云角度了解原子核外電子的運動狀態(tài);了解原子結(jié)構(gòu)的構(gòu)造原理;知道原子核外電子的能級分布，并能用電子排布式表示常見元素原子核外電子的排布.通過分析必修和選修教材內(nèi)容體系，梳理出“原子結(jié)構(gòu)”核心概念關(guān)系圖（見圖1）.電子云、核外電子排布規(guī)律等是事實性知識，其上位概念是原子核和核外電子.通過統(tǒng)整有關(guān)事實和概念，得出“原子結(jié)構(gòu)”這一核心概念.原子結(jié)構(gòu)這一核心概念是對物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)本質(zhì)和其認識過程的進一步抽象，使學生能夠在更高的認知層面上理解相關(guān)概念，為提升學生的“宏微結(jié)合”素養(yǎng)提供強有力支持.

總之，發(fā)展學生“宏微結(jié)合”核心素養(yǎng)，需要在深刻理解“宏微結(jié)合”內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，精準制訂教學目標.在教學內(nèi)容上，要凸顯出化學學科核心觀念，聚焦學科大概念.在教學過程中要緊密聯(lián)系生產(chǎn)生活實際，創(chuàng)設(shè)出真實且富有價值的問題情境，并通過實驗探究活動，啟迪學生科學思維，培養(yǎng)學生“宏微結(jié)合”的化學思維方式.在課后可以使用微課等多樣化的教學方式，拓展學生學習途徑，讓學生更加充分領(lǐng)悟“宏微結(jié)合”的思想觀念，形成關(guān)鍵能力和必備品格，促進“宏微結(jié)合”素養(yǎng)落地生根、開花結(jié)果.

參考文獻：

[1]-[3]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[4]?錢華.微課在高中化學教學中的實踐應用和思考[J].化學教與學，2014（11）：52-53+96.

[5]?周玉芝.以核心概念為統(tǒng)領(lǐng)設(shè)計化學教學[J].化學教育，2012，33（06）：27-29+32.

（收稿日期：2019-06-10）