基于宏觀辨識(shí)與微觀探析的中學(xué)化學(xué)教學(xué)案例研究

嚴(yán)晨璐，董華澤，陳露閔，姚娟娟，王方闊，凌波

（合肥師范學(xué)院化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，安徽合肥230601）

以原子、分子為核心的微粒觀是化學(xué)基本觀念的主要部分，用微觀視角認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界是學(xué)習(xí)化學(xué)應(yīng)掌握的重要思維方式[1]。在以往的化學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生更注重宏觀或微觀單一層面的知識(shí)學(xué)習(xí)，欠缺將宏觀與微觀結(jié)合處理化學(xué)問(wèn)題的能力。

在核心素養(yǎng)為本的背景下，將“宏觀辨識(shí)與微觀探析”分為四個(gè)水平，將知識(shí)點(diǎn)歸納于不同水平。為了促進(jìn)化學(xué)學(xué)科“宏觀辨識(shí)與微觀探析”核心素養(yǎng)的發(fā)展，以“物質(zhì)的量的單位——摩爾”具體教學(xué)為例進(jìn)行探討。這一部分內(nèi)容是聯(lián)系宏觀和微觀的紐帶，是學(xué)生從宏觀質(zhì)量的計(jì)算過(guò)渡到微觀微粒數(shù)計(jì)算的關(guān)鍵過(guò)程。通過(guò)初中化學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)可以熟練地利用質(zhì)量或體積表征宏觀物質(zhì)的多少，也有了宏觀物質(zhì)是由微觀粒子構(gòu)成的意識(shí)。但是對(duì)于多少數(shù)目微觀粒子構(gòu)成多少宏觀物質(zhì)之類(lèi)的問(wèn)題存在疑問(wèn)。物質(zhì)的量這部分內(nèi)容概念性較強(qiáng)并極具抽象性，將一定數(shù)目的微觀粒子與物質(zhì)的宏觀物理量聯(lián)系起來(lái)，對(duì)于測(cè)評(píng)學(xué)生“宏觀辨識(shí)與微觀探析”這一核心素養(yǎng)有著十分重要的作用[2]。課題的研究可以推進(jìn)新時(shí)代教師的教學(xué)思維轉(zhuǎn)變。

1 高中化學(xué)“宏觀辨識(shí)與微觀探析”培養(yǎng)情況調(diào)查

本調(diào)查通過(guò)問(wèn)卷法線上調(diào)查了安徽省蕪湖市北師大附中高一的學(xué)生。通過(guò)客觀題檢驗(yàn)學(xué)生的核心素養(yǎng)，判斷是否需要加強(qiáng)對(duì)高中生“宏觀辨識(shí)與微觀探析”核心素養(yǎng)以及從哪些方面加強(qiáng)比較恰當(dāng)。問(wèn)卷共發(fā)放128份，有效問(wèn)卷128份。為了使結(jié)果更加直觀，筆者通過(guò)表格進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。

表1 部分宏觀辨識(shí)與微觀探析核心素養(yǎng)在高中教學(xué)中體現(xiàn)情況調(diào)查問(wèn)卷

表1 選取了幾個(gè)有代表性的問(wèn)題，數(shù)據(jù)表明，大多數(shù)學(xué)生對(duì)自己是否具有宏觀與微觀思維不甚清晰，在學(xué)習(xí)中也不清楚自己是否具有將宏觀與微觀結(jié)合思考解決問(wèn)題的能力。學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中已經(jīng)接觸過(guò)這方面的知識(shí)，但是沒(méi)有明確培養(yǎng)宏觀與微觀的思維。對(duì)于“宏觀辨識(shí)與微觀探析”核心素養(yǎng)的培養(yǎng)有待加強(qiáng)。

2 “宏觀辨識(shí)與微觀探析”水平級(jí)劃分

2017 普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)將“宏觀辨識(shí)與微觀探析”的培養(yǎng)目標(biāo)分成四個(gè)水平。如表2，從水平1至水平4難度遞增，每個(gè)水平對(duì)應(yīng)著不同培養(yǎng)方向應(yīng)達(dá)到的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)學(xué)生應(yīng)掌握的知識(shí)點(diǎn)、具備的素養(yǎng)提出了具體要求[3-4]。

表2 “宏觀辨識(shí)與微觀探析”水平級(jí)劃分

3 以“物質(zhì)的量的單位——摩爾”為例的教學(xué)案例

結(jié)合調(diào)查結(jié)果，基于情景教學(xué)法設(shè)計(jì)以“物質(zhì)的量——摩爾”為例的教學(xué)案例，提升學(xué)生“宏觀辨識(shí)與微觀探析”核心素養(yǎng)。

環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設(shè)情境，引入摩爾概念

【游戲】老師拿什么東西，同學(xué)們也要拿同樣多的此物。

①3只粉筆②一盒粉筆③一杯水

【學(xué)生活動(dòng)】從分發(fā)物品中取出相應(yīng)的物品，但是發(fā)現(xiàn)“②一盒粉筆”“③一杯水”在數(shù)量上表述不清晰。追問(wèn)老師“一盒粉筆中有幾只粉筆？”“杯中水的質(zhì)量或體積是多少？”

【教師引導(dǎo)】“一盒粉筆”是由24 支粉筆包裝而成的，同學(xué)們知道可以用質(zhì)量或體積等宏觀物理量來(lái)表述“一杯水”；在微觀上，水是由什么組成的呢？

【學(xué)生】杯中的水是很多水分子組成的。取同樣多的水我們需要知道老師杯中有多少水分子。

【資料卡片】一滴水中大約有1.67×1 021個(gè)水分子。

【學(xué)生】感嘆數(shù)字之龐大。

【教師引導(dǎo)】如果我們將這個(gè)龐大的數(shù)字簡(jiǎn)化呢？今天就一起學(xué)習(xí)一下新物理量——物質(zhì)的量。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)做游戲創(chuàng)設(shè)情境提高學(xué)生積極性，例舉生活中的宏觀事例，有利于學(xué)生的知識(shí)遷移，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生從宏觀物質(zhì)角度類(lèi)比微觀粒子的能力，逐漸將宏觀具體思維轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒂^抽象思維。

環(huán)節(jié)二：宏微結(jié)合，科學(xué)定義

【教師】物質(zhì)的量的科學(xué)定義是一定數(shù)目微觀粒子的集合。

24支粉筆→一盒粉筆

一定量數(shù)目的粒子→一摩爾粒子

【學(xué)生疑問(wèn)】摩爾是什么？

【教師引導(dǎo)】物質(zhì)的量是常用的物理量，而摩爾則是它的單位。用n 表示，而它的單位摩爾則用mol 表示?；貞浺幌轮皩W(xué)過(guò)哪些物理量？并填寫(xiě)表格。

【學(xué)生】

【教師總結(jié)】我們還需要注意物質(zhì)的量只能表示微觀粒子的集合，宏觀物質(zhì)不能用物質(zhì)的量表示。

設(shè)計(jì)意圖：用宏觀物質(zhì)類(lèi)比，有利于學(xué)生的思考理解和知識(shí)遷移。用宏觀單位進(jìn)行對(duì)比，可以加深學(xué)生對(duì)物質(zhì)的量的理解，加深學(xué)生用宏觀和微觀的角度對(duì)知識(shí)的理解。

環(huán)節(jié)三：計(jì)算應(yīng)用，升華理解

【教師】我們知道物質(zhì)的量是一定數(shù)目微粒的集合體，那么1 mol又有多少個(gè)粒子呢？

【資料卡片】國(guó)際上規(guī)定0.012 kg 12C所含的碳原子數(shù)目為1 mol。已知一個(gè)碳原子質(zhì)量為1.993×10-26kg。

【任務(wù)】現(xiàn)在請(qǐng)大家計(jì)算一下1 mol的粒子數(shù)量。

【學(xué)生】6.02×1 023個(gè)粒子

【教師總結(jié)】每次寫(xiě)6.02×1 023 很麻煩，為紀(jì)念阿伏伽德羅，就把這個(gè)數(shù)稱(chēng)為阿伏伽德羅常數(shù)，用NA 表示，它的單位是mol-1。1 mol 任何粒子數(shù)稱(chēng)為阿伏伽德羅常數(shù)。

【游戲】現(xiàn)在知道杯中水的物質(zhì)的量為20 mol，杯中水的水分子數(shù)是多少？

【學(xué)生】一盒粉筆→10盒粉筆

24支 → 10×24=240支

1 mol水分子 →20 mol水分子

6.02×1 023個(gè)水分子 → 20×6.02×1 023個(gè)水分子

【教師】用公式表示：N=NA×n（其中N 代表總粒子數(shù)目）

【思考】能不能說(shuō)1 mol 水分子，1 mol 蘋(píng)果，1 mol氧？為什么？

【學(xué)生】能說(shuō)1 mol 水分子；蘋(píng)果不是微觀粒子，不能說(shuō)1 mol蘋(píng)果；對(duì)于1 mol氧，向老師提出疑問(wèn)，不知道表示的是O還是O2。

【教師總結(jié)】大家發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題的關(guān)鍵，使用物質(zhì)的量的時(shí)候一定要明確微粒的名稱(chēng)，是分子、原子還是粒子一定要說(shuō)清楚。通過(guò)物質(zhì)的量，我們可以將看不見(jiàn)的微觀粒子與宏觀事物相連接。微觀粒子不斷聚集由少成多，由看不見(jiàn)到看得見(jiàn)靠的是不斷積累，最后由量變成質(zhì)變。其實(shí)我們的生活和學(xué)習(xí)也是這樣的，有時(shí)候你付出了努力但是看不到成果，不要輕言放棄，要學(xué)會(huì)堅(jiān)持。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)回答問(wèn)題加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，鍛煉學(xué)生計(jì)算能力和動(dòng)手操作能力。讓同學(xué)在課堂上解開(kāi)疑惑，升華課堂內(nèi)容，對(duì)學(xué)生日后的成長(zhǎng)或遇到挫折時(shí)具有深遠(yuǎn)影響。

4 設(shè)計(jì)反思

關(guān)于物質(zhì)的量的知識(shí)比較抽象，不容易理解，采用喻導(dǎo)式教學(xué)可以降低教學(xué)難度[4]。在老師實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)下，學(xué)生們能深刻體會(huì)物質(zhì)的量提出的意義。同時(shí)，本教案主要采取宏觀微觀的聯(lián)系對(duì)比進(jìn)行教學(xué)，用學(xué)生熟知的事物拓展延伸到將要學(xué)習(xí)的新知識(shí)點(diǎn)，使抽象的微觀層次具體化。同時(shí)在學(xué)生已有的知識(shí)點(diǎn)上進(jìn)行拓展，根據(jù)構(gòu)建主義理論，有利于學(xué)生對(duì)于知識(shí)的理解記憶。在知識(shí)講授中多對(duì)學(xué)生進(jìn)行啟發(fā)教學(xué)，加深學(xué)生對(duì)宏觀與微觀的理解。用提問(wèn)的方式檢測(cè)接受知識(shí)的程度。講解的知識(shí)較淺顯，還可以進(jìn)一步拓展。

5 結(jié)論

將宏觀與微觀結(jié)合起來(lái)思考問(wèn)題是化學(xué)學(xué)科特有的思考模式，但是傳統(tǒng)的教學(xué)模式更加關(guān)注于單一層面的教學(xué)，在學(xué)習(xí)元素知識(shí)時(shí)側(cè)重現(xiàn)象與方程式，學(xué)習(xí)粒子相關(guān)知識(shí)時(shí)偏向粒子結(jié)構(gòu)和電子轉(zhuǎn)移。部分教師將宏觀與微觀結(jié)合教學(xué)還略顯欠缺。通過(guò)教材梳理，大部分知識(shí)都可以進(jìn)行宏觀與微觀結(jié)合，在日后的教學(xué)中可以嘗試宏觀微觀聯(lián)系講解的方式。同時(shí)部分微觀知識(shí)較為抽象，采取情景結(jié)合的教學(xué)方法可以便于學(xué)生的理解。