宏觀辨識與微觀探析的教學實踐

楊海麗 來書賢

摘? 要：從學生學習物質(zhì)的量易錯點入手，分析問題的根源是微粒觀的缺失。如何進行物質(zhì)的量的學習呢？利用微粒模型圖，化學實驗重建微粒觀，通過科學史，真實情景，有層次的問題設計，演繹推理等方法最終實現(xiàn)宏觀辨識與微觀探析的有機結合，實現(xiàn)物質(zhì)的量學習的突破。

關鍵詞：微粒觀;宏觀辨識;微觀探析;物質(zhì)的量

中學化學核心素養(yǎng)把“宏觀辨識與微觀探析”放在首位，可見其重要性?；瘜W課堂是促進學生化學核心素養(yǎng)形成和發(fā)展的重要載體，若要實現(xiàn)化學核心素養(yǎng)，設計和組織教學時，就要以核心素養(yǎng)為導向的進行教學。物質(zhì)的量在學生學習中一直難接受，難理解，難想象，所以本文以其課堂教學為例，通過對物質(zhì)宏觀辨識，進而微觀探析，切實落實抽象空洞的概念教學于課堂中。

一、宏觀辨識和微觀探析解析

宏觀辨識與微觀探析就是學習化學，通過察看、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，并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、結構和性質(zhì)的聯(lián)系，形成“結構決定性質(zhì)，性質(zhì)決定應用”的觀點。對于物質(zhì)的宏觀辨識與微觀探析是中學化學學科素養(yǎng)中最基礎的素養(yǎng)。

二、物質(zhì)的量學習現(xiàn)狀分析

“物質(zhì)的量”是蘇教版高中化學《必修1》主題1物質(zhì)的分類和轉(zhuǎn)化之后的一節(jié)內(nèi)容。對于剛剛步入高中的學生物質(zhì)的量是一個陌生、抽象，空洞的事物，該概念又是針對微觀粒子，看不見摸不著，并且無直觀的實驗演示。針對學生特別容易出現(xiàn)的問題歸結如下：

1“蜻蜓點水”——認識不夠深入

問題1 “1個CO2含1個C原子，1mol CO2含1個C原子”，這是學生初學物質(zhì)的量時常見的錯誤認識，可見沒有真正掌握物質(zhì)的量的定義是“表示含有一定數(shù)目粒子的集合體”。

2“囫圇吞棗” ——宏、微觀分不清楚

問題2 “1摩爾氧含有6.02×1023個O;1mol 硫酸中含有2× 6.02×1023個H+”

學生在化學用語上明顯出現(xiàn)指代不清：1摩爾氧是原子還是分子？硫酸是宏觀概念，是有硫酸分子組成，而不是含有H+，顯然對構成物質(zhì)的微粒分不清楚。

3 “空中樓閣”——原有的知識和經(jīng)驗不足

問題3? 18g水中含有的電子數(shù)和中子數(shù)均為18NA

不少學生不知道原子中電子數(shù)與質(zhì)子數(shù)的關系，無從下手計算;多數(shù)學生對這些微粒觀的認識僅處于記憶層面，很難實現(xiàn)認知上的內(nèi)化。

4“淺嘗輒止”——定量觀欠缺

問題4 現(xiàn)有CO、CO2、O3三種氣體，它們含有的氧原子個數(shù)之比為1∶2∶3，則這三種氣體的物質(zhì)的量之比為（） A.1∶1∶1 B.1∶2∶3 C.3∶2∶1 D、6∶3∶2

本題學生普遍覺得非常困難，弄不清原子數(shù)與分子數(shù)之間的關系，知道相同物質(zhì)的量的CO、CO2、O3三種氣體，氧原子數(shù)之比為1∶2∶3;根據(jù)n=N/NA推斷，粒子的數(shù)目之比等于物質(zhì)的量之比。）初中化學計算的單一性則是建構以“物質(zhì)的量”為核心的計算失敗的更直接的客觀原因。

總結上述問題，學生學習物質(zhì)的量的主要問題所在就是微粒觀的缺失。學好化學，就要從微觀層面認識物質(zhì)，以符號形式描寫物質(zhì)，在不同層面創(chuàng)造物質(zhì)。所以，建立微粒觀是重中之重。

三、微粒觀是分析物質(zhì)的基礎

化學是研究物質(zhì)的一門科學，物質(zhì)都是由不同微觀粒子構成的。要研究或理解具體物質(zhì)的化學問題時，就要全面深入微觀世界去分析、解釋、論證，用微粒觀去解決具體物質(zhì)的化學問題。

1.建立微觀粒子模型圖

物質(zhì)是由肉眼看不到的分子、原子和離子等微觀粒子構成的，如何引導學生從宏觀世界步入充滿神奇色彩的微觀世界，利用微觀粒子的特征及量的關系，建立微觀粒子模型圖，是化學學科特有的直觀思維方式。

例如下列示意圖中，白球代表氫原子，黑球代表氦原子，方框代表容器，容器中間有一個可以上下滑動的隔板。其中能表示等質(zhì)量的氫氣與氦氣的是（）

2. 重視“宏觀-微觀-符號”相結合

化學是一門宏觀與微觀相統(tǒng)一的學科。教學中通過實物的觀察、聯(lián)想、猜測、數(shù)據(jù)、動手操作、模型、示意圖等信息和活動，引導學生從宏觀、微觀、符號三者相結合的視角認識物質(zhì)，從而建立起微粒觀。例如金屬銅，它是單個的銅原子聚集而成。我們熟悉的食鹽（氯化鈉）是由許許多多的鈉離子和氯離子聚集構成的。這樣不僅培養(yǎng)學生從直觀形象的宏觀物質(zhì)世界過渡到抽象的微觀世界，還能用微觀粒子解釋宏觀物質(zhì)構成的思維方式。

3.化學實驗是宏觀與微觀結合的節(jié)點

對看不見摸不著的微粒，學生很難理解.如何幫助學生從微粒出發(fā)對宏觀世界的化學現(xiàn)象進行理解？通過化學實驗來探究微觀粒子的變化，幫助學生更加形象地認識抽象事物，加深對微觀粒子的理解.學生通過對實驗現(xiàn)象的觀察，運用宏觀與微觀的聯(lián)系，對微觀反應過程的想象、推理使學習活動變得真實，深入。這樣的學習，學生才能夠充分把握物質(zhì)的性質(zhì)和變化規(guī)律，為知識系統(tǒng)的形成打下堅實的基礎。

四、課堂教學中如何做到“宏觀辨析，微觀探析”

要弄清楚宏觀事物必先搞清它的微觀結構。在化學教學時，要時刻把握兩者的關聯(lián)，創(chuàng)造真實情景，讓學生去模擬感受微觀世界。對于物質(zhì)的量的學習，本人采用下列教學措施，使得抽象的概念學習更加直觀化，形象化。

環(huán)節(jié)一 追尋科學史—促概念形成

初學物質(zhì)的量時，很多學生感到無法建立起和“物質(zhì)的量”的聯(lián)系。有的學生反映物質(zhì)的量不就是物質(zhì)的質(zhì)量或者數(shù)量嗎？質(zhì)量和數(shù)量不都有各自的單位嗎？何必再來一個摩爾？學生大量的問題導致教學內(nèi)容難以推進。究其原因，主要是初中“微粒觀”的過低要求導致物質(zhì)的量導入失敗的客觀原因。如果我們不從微觀入手，另辟蹊徑，引領學生還原歷史情境，從歷史的角度認識并了解物質(zhì)的量，從科學家探索物質(zhì)的奧秘過程入手，從宏觀入手，帶領學生去思考如何把宏觀的物質(zhì)和微觀的原子、分子結合起來，統(tǒng)一認識？這樣的引入物質(zhì)的量這個概念，可能較符合學生的認知水平，更容易接受這個陌生的事物

環(huán)節(jié)二 設置問題組，實現(xiàn)宏微轉(zhuǎn)化

通過設計驅(qū)動性的問題，即具有一定深度和難度、學生僅憑已有的知識又不能完全解決的問題，用組合、鋪墊或設臺階等方法來降低問題的難度，驅(qū)動學生用相關的微粒知識正確解釋宏觀現(xiàn)象，使其原有的微粒觀在應用中得到鞏固和發(fā)展。通過一系列的問題，從宏觀到微觀，層層深入，找到宏觀連接微觀層面的橋梁——物質(zhì)的量，使得學生心里真正的接受“物質(zhì)的量”。

思考并討論：

1、如何通過實驗方法測知一桶硬幣的數(shù)量？

2、用什么作為計量微觀粒子數(shù)的單位呢？

3、宏觀與微觀這兩個不同的研究領域之間我們?nèi)绾尾拍芙⒖茖W的聯(lián)系？

4、1摩爾的微觀物質(zhì)中有多少個粒子？

5、為什么物質(zhì)的量是描述微觀粒子的物理量？

6、等摩的物質(zhì)所含的微粒數(shù)與其狀態(tài)有無關系？

7、物質(zhì)的量與微粒數(shù)之間如何換算？

對問題5可以采用反證法，加深學生對微觀粒子的理解

請計算：若將6.02×1023 美元，分給地球上的人，按地球約6×109人 計，每個人可分得（）美元？

學生通過計算可見，宏觀物質(zhì)就是再小，如果用摩爾做單位來描述它們都顯得太大了。所以，物質(zhì)的量及其單位摩爾都只能用于描述微觀粒子。因為摩爾數(shù)值很大，物質(zhì)的量只能表述微觀粒子，對宏觀是無意義的。

環(huán)節(jié)三 創(chuàng)設真實情境，實現(xiàn)宏微結合

微觀知識抽象，純理論的教學使學生更難理解，要幫助學生真正從宏觀步入微觀，形成從微觀的角度認識物質(zhì)世界的視角，確實是一個難點。如果在教學過程中，立足于學生已有的生活經(jīng)驗，基于真實情境進行化學學習，使學生產(chǎn)生更多美好的情感，體會化學研究、解決問題的方法，幫助學生更好地理解微觀知識，進而理解宏觀現(xiàn)象，可以有效地提升學生的科學素養(yǎng)。

例如在“物質(zhì)的量”概念引入教學中，通過銀行工作人員清點大量硬幣的案例，將物質(zhì)的量的概念遷移到生活情境中 “假如你是一名銀行的工作人員，面對如此繁多的硬幣，要如何計數(shù)呢？”讓學生動腦思考、動手實踐，充分發(fā)揮其潛能，使其不僅學習了“物質(zhì)的量”的知識，也學習了分析問題的方法。又以“假設老師現(xiàn)在有1克金子，而大家手里有一億個金原子，從價值上考慮，大家愿意和我換嗎？”將宏觀質(zhì)量與微觀粒子原子聯(lián)系起來學習摩爾質(zhì)量的概念。知識只有在真實的情境中呈現(xiàn)，才能有效地激發(fā)學習者的認知需要。教學中應創(chuàng)設豐富多彩的宏觀現(xiàn)象來啟發(fā)學生的微觀思維。

環(huán)節(jié)四 演繹推理—定性轉(zhuǎn)向定量

抽象的教學內(nèi)容，可以給學生呈現(xiàn)資料，通過計算獲得數(shù)據(jù)更有說服力。例如阿佛加得羅常數(shù)和摩爾質(zhì)量的獲得

【數(shù)據(jù)資料】若稱出12C原子質(zhì)量為1.993×10-26kg，請算出12克碳含有多少個碳原子？

由于：碳原子數(shù)=12克/一個碳原子質(zhì)量

科學規(guī)定：12克碳-12含有的碳原子數(shù)就為阿佛加得羅常數(shù)。 學生有了這個推理過程，對阿佛加得羅常數(shù)的得來就有了清楚的認識，由此延伸到物質(zhì)的量概念就容易多了。

物質(zhì)的量通過摩爾質(zhì)量的引入，把定性的宏觀質(zhì)量研究轉(zhuǎn)向定量的微觀粒子的研究。摩爾質(zhì)量有什么數(shù)值規(guī)律？

引導學生進行了以下推導：以一個碳-12 原子質(zhì)量的1/12作為標準，任何一種原子的平均原子質(zhì)量跟一個碳-12 原子質(zhì)量的1/12的比值，設 m（a）表示一個 a 原子或分子的質(zhì)量，m（12C）表示一個12C 的質(zhì)量則有：

科學規(guī)定：1 摩爾碳-12原子的質(zhì)量為 12 g，于是 m（12 C）×N A =12 g/mol =Ar（a）

可得到結論：即摩爾質(zhì)量的單位為 g/mol時，在數(shù)值上等于該物質(zhì)的相對原子質(zhì)量或相對分子質(zhì)量。

綜觀以上推理，學生對 1 摩爾的質(zhì)量標準規(guī)定有了更加深入的認識，這個基礎的根源則是相對原子質(zhì)量的定義，形成了摩爾質(zhì)量的數(shù)值規(guī)律，給計算帶來了很大的方便。

在這個階段的教學中，單純的運算不是主要目的，根本目的在于通過物質(zhì)的量引導學生在宏觀與微觀之間建立聯(lián)系，養(yǎng)成利用物質(zhì)的量這一視角去觀察日常生活中的物質(zhì)及其變化的思維習慣，對常見的宏觀現(xiàn)象辨識能從微粒集體的層面作出相應的探析。

環(huán)節(jié)五. 建立微觀層面的定量關系

物質(zhì)的量是基于微觀粒子變化的研究，同時又涉及到計算，既是微觀層面，又是定量層次，此時幫助學生從宏觀物質(zhì)的質(zhì)量到微觀粒子的物質(zhì)的量的思維轉(zhuǎn)換是關鍵的關鍵。教學中，可以從學生熟悉的電解水入手，根據(jù)直觀的圖示，讓學生從兩個方面描述水的分解反應。

宏觀：36份質(zhì)量的水分解為4份質(zhì)量的氫氣與32份質(zhì)量的氧氣;

宏觀：質(zhì)量之比為H2：O2：H2O=1：8：9

微觀：分子數(shù)之比為H2：O2：H2O=2：1：2

物質(zhì)的量之比為H2：O2：H2O=2 N A：N A：2 N A

從學生原有的前認知“質(zhì)量”順利過渡到“物質(zhì)的量”，為我們定量認識化學反應提供了一個新的視角。這樣不僅培養(yǎng)學生從微觀角度認識，解釋宏觀現(xiàn)象的思維方式，還形成宏觀現(xiàn)象與微觀解釋的思維途徑，加深對守恒的基本思想的理解。

總之，宏觀辨識與微觀探析在物質(zhì)的量教學中恰當?shù)膽?，減少抽象、空洞的微觀粒子給學生的陌生感，從真實的生活情境出發(fā)，讓學生感受到生活與微觀世界的聯(lián)系，并且學會了用微觀粒子探究物質(zhì)反應的實質(zhì)。所以，培養(yǎng)學生“見宏思微，以微窺宏”的思維方式，在化學教學中不僅要重視構建微粒觀，更要用微粒觀看世界，探究微觀世界的奧秘，這也有助于培養(yǎng)學生綜合分析和應用科學知識，解決自然、社會、生活中的種種問題。

參考文獻

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