通過“寫”“做”“畫”建構(gòu)微粒觀

陳俊芳

摘要： 主要針對人教版九年級化學(xué)上冊第三單元“物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”、下冊第九單元“溶液”、第十單元“酸和堿”等教學(xué)難點，通過全區(qū)科普習(xí)作競賽的形式，讓學(xué)生書寫對微觀粒子的想象、拼接微觀粒子的模型、畫出微觀粒子在變化中的存在形式，由此感受、體會微粒，建構(gòu)微粒觀，為后續(xù)階段的深入學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞： 微粒觀; 寫作; 模型制作; 繪畫

文章編號： 1005-6629（2019）8-0038-05 ? ? ? ? ? ?中圖分類號： G633.8 ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼： B

1 ?提出問題

1.1 ?“微粒觀”的內(nèi)涵

作為重要的化學(xué)基本觀念之一，畢華林、盧巍等學(xué)者對中學(xué)化學(xué)微粒觀的內(nèi)涵做了比較全面的闡述。重要觀點如下： （1）物質(zhì)都是由分子、原子、離子等微觀粒子構(gòu)成的。（2）微觀粒子很小，是有能量的、不斷運動的、彼此之間有間隙的。（3）微粒間存在著相互作用，從而使微觀粒子聚集成宏觀物質(zhì)，而物質(zhì)性質(zhì)的千差萬別是由構(gòu)成物質(zhì)微粒的結(jié)構(gòu)不同以及其相互作用方式不同決定的。微粒觀核心就是： 從微觀視角考察和研究物質(zhì)性質(zhì)及其變化，物質(zhì)的變化就是構(gòu)成物質(zhì)的微粒間結(jié)合方式的改變，即物質(zhì)變化的本質(zhì)就是物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。

1.2 ?“微粒觀”建構(gòu)的重要性

化學(xué)是研究物質(zhì)的科學(xué)，世界上的任何物質(zhì)都由不同種類、不同數(shù)量元素的原子按照特定的方式搭接而成的，化學(xué)家們通過對各類分子的結(jié)構(gòu)、形成及性質(zhì)等研究，建立起獨特的探究方法和思維方式。

主題“物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”旨在幫助學(xué)生用微粒的觀念去學(xué)習(xí)化學(xué)，通過觀察、想象、類比、模型化的方法，使學(xué)生初步理解化學(xué)現(xiàn)象的本質(zhì)，從五彩繽紛的宏觀世界步入充滿神奇色彩的微觀世界，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣[1];使學(xué)生初步形成微粒觀也是義務(wù)教育階段化學(xué)教育的一個重要教學(xué)目標(biāo)之一，分子、原子、離子等“微觀粒子”既是化學(xué)教學(xué)的重要內(nèi)容，也是初學(xué)者進入化學(xué)世界的重要工具。

1.3 ?“微粒觀”建構(gòu)的難點分析及應(yīng)對策略

在初中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)五個一級主題中，“物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”是難點最集中的一個主題。它包含了許多抽象的化學(xué)基本概念，如構(gòu)成物質(zhì)的基本微粒分子、原子、離子的概念;與物質(zhì)組成有關(guān)的元素、化合物、化學(xué)式的概念等。由于對抽象思維及空間想象能力要求較高，在初學(xué)分子、原子時學(xué)生很難在腦海中形成形象而完整的圖像。

如何幫助學(xué)生建構(gòu)微粒觀？我們經(jīng)過不斷探索和實踐，發(fā)現(xiàn)在整個初中教學(xué)之中，把微粒觀建構(gòu)的重點落實在以下3個問題之中是比較有效的方法，這三個問題就是： （1）微粒是什么？（2）微粒是怎樣構(gòu)成物質(zhì)的？（3）化學(xué)變化的本質(zhì)是什么？

2 ?當(dāng)前初中生微粒觀建構(gòu)的基本情況

2009年以來，在與觀念建構(gòu)相關(guān)的各種課題研究中，我們發(fā)現(xiàn)，作為物質(zhì)世界的最小單元“分子”、“原子”和“離子”，學(xué)生始終難在腦海中形成比較清晰的印象，運用起來就更加捉襟見肘，好在教師能不斷想辦法采用多種方式化解難點，如Flash動畫、3D立體結(jié)構(gòu)等多媒體技術(shù)向?qū)W生展示微觀示意圖等等，但學(xué)生在接觸到具體物質(zhì)的微粒時，不能將構(gòu)成物質(zhì)的分子、原子等微觀粒子與原子核及電子有機聯(lián)系在一起，學(xué)生普遍覺得化學(xué)難學(xué)，加上有些學(xué)生習(xí)慣以記憶知識、練習(xí)訓(xùn)練為主要的學(xué)習(xí)形式，需要發(fā)揮抽象思維及空間想象能力的時候就顯得更困難了，因此，需要采取更有效的措施來幫助學(xué)生化解難點，經(jīng)過不斷學(xué)習(xí)、操作、思考、再實踐，我們借助化學(xué)科普習(xí)作競賽活動，讓學(xué)生用“寫”的方式來想象微觀粒子，用“做”的方式來體驗微觀粒子，用“畫”的方式來內(nèi)化微觀粒子，效果比較明顯。

3 ?開展化學(xué)科普習(xí)作競賽建構(gòu)微粒觀的實踐

3.1 ?課堂教學(xué)中做好競賽前期的知識鋪墊

在學(xué)習(xí)“物質(zhì)的變化和性質(zhì)”以及“氧氣”的基礎(chǔ)上，教師從第三單元“物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”開始，采用難點分散、各個突破的方法，開啟了一個淡化概念、化解抽象、關(guān)注組成和構(gòu)成的小工程，具體操作一般按以下步驟進行：

3.1.1 ?用足教材資源，讓學(xué)生想象、體會微觀粒子

在“分子和原子”、“原子結(jié)構(gòu)”等內(nèi)容教學(xué)中，教師除了用多媒體來輔助教學(xué)、演示微觀結(jié)構(gòu)以外，還深挖教材、充分應(yīng)用教材資源創(chuàng)設(shè)形象生動的教學(xué)情境，使抽象的微觀粒子直觀化。例如： 讓學(xué)生通過書寫來感知人教版《化學(xué)》九年級上冊第48頁中關(guān)于1個水分子質(zhì)量（3×10-26kg）和1滴水中分子數(shù)目（約1.67×1021個）的數(shù)據(jù)，體會數(shù)據(jù)的“大”和“小”;通過比喻來想象第52頁中圖3-8“原子的體積很小”;通過想象來體會第53頁圖3-9中的“原子構(gòu)成示意圖”。學(xué)生知道： 如果原子核的直徑是1cm，那么核外電子就是在直徑100～1000m的空間中作高速運動，學(xué)生熟悉球場，知道1000m直徑的球意味著什么，也就能感受到原子核的“小”和核外電子運動空間的“大”。

3.1.2 ?拼接分子模型，制作“微觀粒子”

學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，逐漸對于O2、 H2、 H2O、 CO2、 NH3等分子有了一定的認識，此時，教師指導(dǎo)學(xué)生通過制作簡單分子模型來感受分子的特點，所用材料五花八門： 小彈珠、乒乓球、橡皮泥、各類豆子等，學(xué)生拼接模型的過程就是逐漸熟悉各種物質(zhì)分子“模樣”的過程，就是將宏觀物質(zhì)與微觀世界進行聯(lián)系的過程。

3.1.3 ?借助經(jīng)典實驗，感受化學(xué)變化中的“微觀粒子”

水分子以及水的電解反應(yīng)，是微粒觀建構(gòu)和化學(xué)用語教學(xué)最基本、最重要的素材。有了前面的常見分子模型作基礎(chǔ)，結(jié)合實驗，指導(dǎo)學(xué)生畫出水的電解示意圖不再困難。

學(xué)生的繪畫過程，就是經(jīng)歷化學(xué)變化中分子在獲得能量后，怎樣分成原子，原子又如何結(jié)合成分子的過程，是進入微觀世界的體驗，多次體驗便能內(nèi)化為一種宏觀與微觀連接的方式。而且，結(jié)合水電解微觀示意圖還可以再次提升相關(guān)知識的教學(xué)，如分子、原子的概念，分子與原子的區(qū)別，單質(zhì)、化合物、氧化物的判別，化學(xué)式的書寫及意義等等，有了微觀粒子的繪畫過程，學(xué)生很容易理解H2O中沒有H2單質(zhì)、CO2中沒有O2單質(zhì)、O2與2O的區(qū)別等等教學(xué)難點，也可以幫助學(xué)生從微觀層面分析、理解質(zhì)量守恒定律。學(xué)生通過實驗現(xiàn)象和微觀示意圖，突出了用微粒的觀點看物質(zhì)及變化，也直觀地幫助學(xué)生加深了化學(xué)用語的鞏固和理解[2]。

有了以上幾個教學(xué)環(huán)節(jié)的鋪墊，學(xué)生就可以創(chuàng)作自己的作品，看見物質(zhì)，想到分子、原子等微觀粒子就變成了一種習(xí)慣。

3.2 ?科普習(xí)作競賽方案及實施效果

3.2.1 ?科普習(xí)作的方案設(shè)計

隨著學(xué)生對微觀粒子認識的逐步深入，競賽方案中的作品上交時間也比較靈活，第一次是在完成第三單元“物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”的學(xué)習(xí)之后，第二次是在完成第五單“化學(xué)方程式”的學(xué)習(xí)之后，第三次是在完成第十單元“酸和堿”的學(xué)習(xí)之后。這樣設(shè)置的原因是基于以下考慮： 第三單元主要解決微粒觀建構(gòu)前兩問： （1）微粒是什么？（2）微粒是怎樣構(gòu)成物質(zhì)的？學(xué)生此時第一次接觸微粒，有很多想象和不解，通過活動能調(diào)動學(xué)生多重感官感知和理解，初步建立微粒觀;第五單元和第十單元主要解決微粒觀建構(gòu)第三問： （3）化學(xué)變化的本質(zhì)是什么？其中第五單元旨在讓學(xué)生形成化學(xué)變化過程就是分子分成原子，原子重新組合成新分子的過程這樣的觀念，在第三單元基礎(chǔ)上學(xué)生在此能夠進一步加深“微粒在化學(xué)反應(yīng)中變化”的認識;而第十單元在前兩次活動基礎(chǔ)上更深入，難度也加大了，即物質(zhì)在溶液中的解離過程、離子的變化等等，這一單元對學(xué)生提出更高要求，同時是為高中化學(xué)重要知識板塊“離子反應(yīng)”及“化學(xué)反應(yīng)原理”做好重要知識鋪墊。因此這三個節(jié)點是逐步深入的，意在幫助學(xué)生分階段螺旋式建構(gòu)微粒觀。

組織者在不同的學(xué)習(xí)階段，根據(jù)學(xué)習(xí)的進度、承載微粒觀的具體內(nèi)容，提出不同的習(xí)作要求。如第三單元學(xué)習(xí)后對習(xí)作要求的內(nèi)容如下：

（1） “寫”——撰寫科普小論文，題目自擬（如，“我認識的××分子”、“我想象中的原子結(jié)構(gòu)”、“××原子原來是這樣的”、“我是一個××原子”等。送審作品必須原創(chuàng)，論文要求300字以上，手寫稿，不認可電子作品，引用資料要說明出處。）。寫之前，需要查閱資料，了解分子、原子、電子等微觀粒子發(fā)現(xiàn)的歷程。

（2） “做”——自制模型。材料不限，可制作某原子結(jié)構(gòu)、某分子實體模型等，作品可以加上自己的想象。

（3） “畫”——繪畫。要求用簡單和略微夸張的方法來描繪微觀粒子的特征，可以運用變形、比喻、象征、影射的方法，構(gòu)成幽默詼諧的畫面或畫面組，必須尊重科學(xué)事實。

3.2.2 ?科普習(xí)作競賽的實施效果

各學(xué)校每學(xué)年學(xué)生作品都非常之多，各校一般先在校內(nèi)評比，選出優(yōu)秀作品參加區(qū)級比賽，教師還把每年學(xué)生的一、二等獎作品保存下來，作為下一屆學(xué)生學(xué)習(xí)、制作的教具和參考樣品，極大地豐富了學(xué)習(xí)資源。下面介紹部分學(xué)生作品，從中可以窺見學(xué)生的思維過程。

（1） 小論文寫作。學(xué)生上交的作品中，對分子、原子及化學(xué)變化的想象可謂五花八門，讀他們的“作品”常常令人忍俊不禁。A同學(xué)寫道：

[碳家族的辯論大會]這天，碳家族里正舉行著辯論大會，場面十分盛大，單是觀眾就來了數(shù)千名成員，而進行辯論的，則是幾位在家族內(nèi)部有頭有臉的人物。

整個會場被布置得十分華麗，頂上有幾盞聚光燈，辯論大會實際上也是一個大舞臺，碳家族內(nèi)部的高層在每次大會前都會為增加參賽機會而爭得頭破血流，沒辦法，都想展示自己，好讓族人們加入自己的一方，擴充自己的勢力嘛！突然入口處出現(xiàn)了一道身影，他的外表看起來是一塊方形的固體，通體深灰色，表面布滿細鱗片，剛一出場，便有一聲驚呼從觀眾席中傳出：“快看，是石墨！”是的，他就是石墨。平時在外，總是表現(xiàn)得文質(zhì)彬彬，積攢了不小的人氣。只見石墨上了舞臺，快速地向他的座位滑行過去，憑借著他那滑膩的身體，石墨可以輕松地四處滑行。接著，縱身一躍，石墨穩(wěn)當(dāng)?shù)乜吭诹艘伪成稀?/p>

瞬間，入口處又出現(xiàn)了一道身影，他是正八面體的固體，無色透明，燈光照著他，發(fā)出璀璨的光芒。“怎么金剛石也來了，他不是已經(jīng)很強了嗎？”“誰知道呢，誰會嫌自己強大？”觀眾席上的議論傳入了金剛石的耳朵里，令他氣不打一處來：“石墨，什么東西，敢這樣囂張！”，短短數(shù)年，石墨仗著自己如魚得水的本領(lǐng)，正與他平分秋色呢，作為“貴族”，哪能忍受這個，只見他緩緩地、霸氣地移動著自己輕巧的身體，向最中間位置走去，穩(wěn)穩(wěn)地坐在了C60的位置上，觀眾們都瞪大了自己眼睛，露出了驚恐的表情……

個別“工科男”交來的作品不合格（作品少于300字），但是，從短短的200多字中，我們可以感覺到該同學(xué)閱讀了大量的科普讀物，B同學(xué)寫道：

[道爾頓先生，我想對您說]尊敬的道爾頓先生您好！離您去世幾經(jīng)過去300年了，科技飛速發(fā)展的今天，已經(jīng)沒有什么人認為您是氣象學(xué)家了，您有敏銳的理論思維和卓越的實驗才能，提出原子學(xué)說對化學(xué)貢獻極大，但是您知道現(xiàn)在各種各樣的原子多達幾百種嗎？您當(dāng)初與蓋·呂薩克爭論，認為復(fù)雜原子就是由更小的簡單原子構(gòu)成的，又說原子是不可分的，這是自相矛盾的呢！還有，阿伏伽德羅提出的分子觀點，指出分子是由原子構(gòu)成的，是具有物質(zhì)特性的最小微粒，他是正確的，您認為化合物中的兩種不同元素只能各由一個原子組成，如水的構(gòu)成只能是HO，而不能是H2O，這是錯誤的。老師說，現(xiàn)在世界上每天都有各種各樣的分子創(chuàng)造出來，奇妙無比，您要是生活在現(xiàn)在該有多好！

（2） 模型制作。

學(xué)生制作的模型中金剛石、石墨最多，一個模型就是一個可視化的微觀粒子。在制作模型過程中，學(xué)生會提出問題，例如，拼金剛石模型用的棍子必須一樣長嗎？石墨模型中，層與層之間用的棍棒為什么要比碳原子之間連接的棍棒長，怎樣的比例才是恰當(dāng)?shù)模克肿又袃蓚€氫原子與氧原子之間的夾角一定是104°28′嗎？這是用掃描隧道顯微鏡看見的還是想象的？如果是真實的，為什么它們之間的夾角是這個度數(shù)呢，難道有什么玄機……這些應(yīng)接不暇的問題再現(xiàn)了學(xué)生的思考，對學(xué)生科學(xué)思維的形成是大有益處的。

（3） 漫畫創(chuàng)作。

所有學(xué)生的作品中，漫畫最多，內(nèi)容也最豐富，學(xué)生用妙筆把自己對分子、原子、離子、化學(xué)變化等等的理解繪制出一個個動人的故事，形象生動、妙趣橫生。在繪畫過程中思維也有一個由靜態(tài)認識方式向動態(tài)認識方式的轉(zhuǎn)變過程，微觀認識能力得到提高，這有利于幫助學(xué)生理解化學(xué)現(xiàn)象的本質(zhì)。下面是學(xué)生畫的“水分子形成過程”和“鈉與氯氣反應(yīng)”，充滿想象與童趣，見圖1、圖2。

4 ?反思與展望

通過“書寫小論文”想象微觀粒子、“制作模型”感知微觀粒子、“畫漫畫”內(nèi)化微觀粒子，這樣建構(gòu)微粒觀的育人效果是明顯的： 有的學(xué)生在寫小論文時，查閱了大量的資料，了解了充滿故事和邏輯的分子、原子發(fā)現(xiàn)史，知道了道爾頓、阿伏伽德羅等科學(xué)家研究的方式方法和做出的貢獻，大大提高了學(xué)習(xí)的興趣;有學(xué)生在做模型的過程中，對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的思考非常深入，提出了很多非常有意思的問題，如有學(xué)生在做金剛石的模型時，提出了這樣的問題：“如果無數(shù)個C原子這樣無休止地按照正四面體的方式拼接下去，形成金剛石，那么一塊金剛石可不可以看做是一個分子，只不過是巨型分子？”;還有學(xué)生畫“氫氣與氧氣在點燃的條件下反應(yīng)生成水”圖時，問教師：“為什么生成的是H2O而不是HO或者H3O分子？”……諸如此類的問題很多?？傊傎惢顒拥拈_展激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的熱情，使學(xué)生親近化學(xué)、喜歡化學(xué)，也讓學(xué)生的主體性得到了充分發(fā)揮。各層次的學(xué)生都能拓寬知識面、樂于自發(fā)創(chuàng)設(shè)生動的問題情境，且根據(jù)已有經(jīng)驗，來滿足探究欲望。敩學(xué)相長，教師也跟著逐步轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，長期的實踐使他們意識到，教學(xué)不僅僅是幫助學(xué)生對化學(xué)知識進行記憶和再現(xiàn)，更在于培養(yǎng)學(xué)生深層次的理解能力和科學(xué)思維能力。

學(xué)生的初期作品是稚嫩且質(zhì)樸的，學(xué)完第十單元，學(xué)生對微觀世界的認識加深了，不少作品形象地突出了溶液中微粒（離子）的表現(xiàn)，這有助于他們從微觀角度分析溶液中物質(zhì)之間的反應(yīng)，即形成了新的更高層次的認識思路，這些對于高中的離子反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)原理的學(xué)習(xí)都很有幫助。

近幾年，學(xué)生的作品小組合作形式大大增多，選題非常廣泛，這是一個好現(xiàn)象，因為每個人對微觀世界的理解是不一樣的，共同制作，意味著學(xué)生經(jīng)過了思考、想象、討論、交流、分析及歸納的過程，在這樣“多感官環(huán)境”中完成的作品必然是趨向完美的，它們既是抽象概念學(xué)習(xí)中的直觀素材，也是宏觀與微觀之間的連接橋梁，用微觀的眼光看物質(zhì)、看變化、看世界逐漸變成了學(xué)生的習(xí)慣，在他們的內(nèi)心中，化學(xué)是有趣的、有用的、豐富的、精彩的。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部制定. 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， 2012.

[2]莊曉松. 對初中化學(xué)用語教材編寫的幾點建議[J]. 化學(xué)教學(xué)， 2016， （11）34～36.