物質(zhì)的量概念教學(xué)的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)和思維建模策略

施建梁

【摘 要】采用化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)視角下的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)策略和建模策略，將物質(zhì)質(zhì)量到微觀粒子數(shù)的計(jì)算作為一個(gè)結(jié)構(gòu)化的整體，從宏觀具象建模遷移到微觀抽象模型，引導(dǎo)學(xué)生基于最近發(fā)展區(qū)基礎(chǔ)上建構(gòu)概念，內(nèi)化相關(guān)概念間的關(guān)系，對(duì)突破難點(diǎn)起到良好效果。

【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)化；具象模型；抽象模型

物質(zhì)的量是高一化學(xué)的第一個(gè)理論重點(diǎn)，也是學(xué)生從初中上高中接觸到的第一個(gè)抽象的理論知識(shí)難點(diǎn)。學(xué)好本概念對(duì)學(xué)生從微觀粒子角度理解物質(zhì)的組成及結(jié)構(gòu)，計(jì)算微觀粒子數(shù)目，實(shí)現(xiàn)宏觀質(zhì)量和微觀粒子數(shù)目間的相互轉(zhuǎn)化，建立宏微結(jié)合觀念，為化學(xué)后續(xù)學(xué)習(xí)提供必要的計(jì)量方法具有重要意義。但因概念本身的抽象性造成學(xué)生學(xué)習(xí)的困難，而化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)視角下的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)策略和建模策略為建構(gòu)概念突破難點(diǎn)、發(fā)展核心素養(yǎng)起到良好教學(xué)效果。

一、物質(zhì)的量教學(xué)的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)策略

教師在組織教學(xué)內(nèi)容時(shí)應(yīng)高度重視化學(xué)知識(shí)的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，充分認(rèn)識(shí)知識(shí)結(jié)構(gòu)化對(duì)于學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展的重要性，尤其是應(yīng)有目的、有計(jì)劃地進(jìn)行“認(rèn)識(shí)思路”和“核心觀念”的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，逐步提升學(xué)生的化學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)化水平，發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

現(xiàn)有的物質(zhì)的量第一課時(shí)在教學(xué)實(shí)踐中常是這么設(shè)計(jì)的：利用一課時(shí)完成物質(zhì)的量、阿伏加德羅常數(shù)、和微粒數(shù)三個(gè)物理量的概念及三者之間的公式，將摩爾質(zhì)量與氣體摩爾體積放在第二節(jié)。教材引導(dǎo)學(xué)生從一滴水中含多少個(gè)水分子入手，通過文本引導(dǎo)學(xué)生掌握抽象的物質(zhì)的量概念，在單個(gè)概念的文字與公式中糾纏，學(xué)生死記文字和公式，然后花大量時(shí)間訓(xùn)練計(jì)算以強(qiáng)化公式記憶。該設(shè)計(jì)存在三個(gè)問題：1.缺乏基于知識(shí)關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)化，割裂知識(shí)的整體性，未按照知識(shí)之間的邏輯關(guān)系來組織，是一種孤立的教學(xué)；2.未挖掘?qū)W生的元認(rèn)知，微觀粒子是抽象的不可觸摸和不可見的，直接強(qiáng)加一個(gè)物質(zhì)的量對(duì)學(xué)生的理解會(huì)產(chǎn)生困難；3.糾纏于文字與公式理想化的認(rèn)為學(xué)生基于教師講述或文本描述就能很好的理解概念通過重復(fù)強(qiáng)化公式的記憶。這是一種低效的、碎片化的教學(xué)。學(xué)生不理解知識(shí)的本質(zhì)，沒建立該有的知識(shí)結(jié)構(gòu)無法實(shí)現(xiàn)遷移應(yīng)用，是一種基于表層的淺層教學(xué)，未挖掘概念的知識(shí)結(jié)構(gòu)與學(xué)生原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)的結(jié)合點(diǎn)，而思維建模策略可以有效突破這難點(diǎn)。

二、物質(zhì)的量教學(xué)的思維建模策略

1.具象模型建構(gòu)與原認(rèn)知激發(fā)階段

在宏觀可視問題解決過程中形成問題解決的思維模型：從學(xué)生熟悉的、宏觀的生活經(jīng)驗(yàn)（原有知識(shí)結(jié)構(gòu)）入手，引導(dǎo)學(xué)生理清如何利用量米杯簡化從米的質(zhì)量計(jì)算米粒數(shù)量過程中，引出兩個(gè)實(shí)現(xiàn)不同物理量間相互轉(zhuǎn)化的工具——轉(zhuǎn)化因子模型——杯子，只要解決每杯米的質(zhì)量和每杯米的數(shù)量，就能解決從米質(zhì)量到米粒數(shù)目的簡捷計(jì)算，并得出一個(gè)新的重要物理量“杯數(shù)”即物質(zhì)的量概念原型。在學(xué)生理清這個(gè)宏觀而又具體的問題解決過程中建立物質(zhì)的量概念學(xué)習(xí)的宏觀思維模型。

摩爾概念模型——量米杯：一定數(shù)量米粒的集合；物質(zhì)的量概念模型——量米杯的杯數(shù)：一定質(zhì)量的米能分為幾杯；摩爾質(zhì)量模型：每杯米的質(zhì)量；阿伏加德羅常數(shù)模型：每杯米的米粒數(shù)。

問題1：今天中午你家煮飯用了多少米？

生：3碗、5杯、6杯……

師：到底用了多少米？用了3碗的會(huì)比用了5杯的少嗎？

生：不一定，因?yàn)橥?、杯子大小不一樣?/p>

師：能否用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來衡量所用米的多少？通常用質(zhì)量，如我家用了一斤米，你家用了兩斤。也就是說我們通常用質(zhì)量來表達(dá)物質(zhì)的多少。質(zhì)量是個(gè)宏觀可見、可測的物理量。但每餐煮飯我們不可能總用秤去稱用了多少米，所以我們常用一個(gè)工具“杯子”，假如統(tǒng)一規(guī)定杯子的大小，只要知道每杯米的質(zhì)量，就可根據(jù)你家用了幾杯米知道你家用米的質(zhì)量。

問題2：如何計(jì)算今天中午你家煮飯用了多少粒米？

生：計(jì)算一杯米有多少粒。

師生小結(jié)：杯子是解決問題的一個(gè)好工具，杯子可認(rèn)為是一定數(shù)量米粒的集合，杯子數(shù)量和米粒數(shù)量成正比，杯子數(shù)量越多所含米粒越多；杯子數(shù)量又和米的質(zhì)量成正比，可實(shí)現(xiàn)米的質(zhì)量與米粒數(shù)目間的轉(zhuǎn)化。建立如下計(jì)算模型：

杯子數(shù)量=米的質(zhì)量/每杯米的質(zhì)量

米粒數(shù)目=杯子數(shù)量×每杯的米粒數(shù)

本階段教學(xué)應(yīng)用學(xué)生生活中非常熟悉的量米煮飯場景，抓住米質(zhì)量與米粒這種類似宏觀質(zhì)量與微粒數(shù)目關(guān)系的原有認(rèn)知模型的充分激發(fā)，引出一個(gè)新的物理量“杯子數(shù)量”，并指出兩個(gè)中介量“每杯米的質(zhì)量”和“每杯米含米粒的數(shù)目”在實(shí)現(xiàn)質(zhì)量和米粒數(shù)轉(zhuǎn)化過程中的重要地位，為物質(zhì)的量概念學(xué)習(xí)建立具體形象知識(shí)的附著點(diǎn)，成為物質(zhì)的量概念學(xué)習(xí)的牢固支架，體現(xiàn)深度學(xué)習(xí)理念的重要要素：聯(lián)系與構(gòu)建，化陌生為熟悉，化抽象為直觀，由最近發(fā)展區(qū)出發(fā)、讓抽象學(xué)習(xí)成為已有認(rèn)知基礎(chǔ)上的拓展和延伸，為微觀概念建構(gòu)及計(jì)算打下基礎(chǔ)。

（下轉(zhuǎn)第47頁）（上接第45頁）

2.抽象模型建構(gòu)與概念建構(gòu)階段

通過相似性問題遷移由一定質(zhì)量米的米粒數(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)化成一定質(zhì)量水中水分子數(shù)計(jì)算，將具象模型問題解決過程中建構(gòu)的問題解決思維模型遷移到微觀抽象問題中，形成物質(zhì)的量概念建構(gòu)思維模型。

教學(xué)實(shí)錄片段

展示一瓶礦泉水（約500g），水是由微觀粒子水分子組成，如何計(jì)算這一瓶水中有多少個(gè)水分子？

師：引入一個(gè)新物理量——物質(zhì)的量：是一定數(shù)量微觀粒子的集合，表示物質(zhì)所含微觀粒子數(shù)目的多少，又能與宏觀質(zhì)量建立聯(lián)系的物理量（符號(hào)n），單位為摩爾（符號(hào)mol）。物質(zhì)的量相當(dāng)于量米模型中杯子數(shù)量。則摩爾即杯子，那如何規(guī)定這杯子的大小呢？請(qǐng)閱讀課本。

通過以上模型構(gòu)建和模型遷移應(yīng)用，學(xué)生對(duì)號(hào)入座，摩爾相當(dāng)于杯子，摩爾質(zhì)量就是每杯微粒集體的質(zhì)量，阿伏加德羅常數(shù)是每杯的微粒數(shù)。對(duì)照建立三者之間的關(guān)系為：

物質(zhì)的量（n）=質(zhì)量（g）/摩爾質(zhì)量（M）

微粒數(shù)目（N）=物質(zhì)的量（n）×阿伏加德羅常數(shù)（NA）

本節(jié)物質(zhì)的量概念教學(xué)通過這種思維模型建構(gòu)策略，學(xué)生從已有宏觀認(rèn)知模型出發(fā)，構(gòu)建微觀抽象模型，通過量米杯模型理解宏微轉(zhuǎn)化的重要工具物質(zhì)的量概念，掌握計(jì)算方法，將知識(shí)內(nèi)化為自身知識(shí)結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點(diǎn)有三：①將抽象概念化為基于已有認(rèn)知知識(shí)結(jié)構(gòu)的拓展，是已有知識(shí)結(jié)構(gòu)上生長出來的新知識(shí)結(jié)構(gòu)，有牢固的附著點(diǎn)，徹底掙脫對(duì)物質(zhì)的量概念的死記硬背；②從認(rèn)識(shí)思路的結(jié)構(gòu)化角度看，這種宏觀質(zhì)量與微觀粒子間實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化的學(xué)習(xí)過程是一個(gè)結(jié)構(gòu)化的整體，有完整的前因后果有利于學(xué)生建立完整的知識(shí)結(jié)構(gòu)；③從宏觀物質(zhì)處理辦法遷移到微觀粒子處理辦法，體現(xiàn)宏觀物質(zhì)與微觀粒子的認(rèn)識(shí)過程具有共通的本源，微觀粒子表達(dá)方式是宏觀物質(zhì)表達(dá)方式的進(jìn)一步深入與概括，有利于學(xué)生從宏微結(jié)合的視角來分析和解決問題，形成宏微結(jié)合的化學(xué)核心觀念。

【參考文獻(xiàn)】

[1]中國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[M].人民教育出版社，2018.01

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