基于“宏觀辨識與微觀探析”素養(yǎng)發(fā)展的實驗教學

沈偉云

摘要：“宏觀辨識與微觀探析”是化學核心素養(yǎng)的重要組成部分。實驗是化學教學的基礎，結(jié)合初中化學實驗，提出了“聯(lián)系實驗現(xiàn)象、建立微觀反應模型，拓展實驗探究、分析微觀科學本質(zhì)，推斷實驗習題、加強宏微之間聯(lián)系，質(zhì)疑實驗異常、開展宏微深度學習”等教學策略。

關鍵詞：宏觀辨識與微觀探析；核心素養(yǎng)；化學；實驗

文章編號：1008-0546（2021）11-0091-02中圖分類號：G632.41文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.11.023

*本文系2019年浙江省教育科學規(guī)劃課題立項“基于理性思維培養(yǎng)的初中科學實驗教學研究”編號：2019SC221階段性成果。

化學是一門從原子、分子水平研究物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、轉(zhuǎn)化及其應用的基礎學科[1]，實驗是初中化學的基礎，“宏觀辨識與微觀探析”是從分子、原子層次對物質(zhì)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、能量轉(zhuǎn)變等及其相互關系的基本認識，既是化學學科重要的觀念，又是化學問題解決的思維視角。[2]“宏觀辨識與微觀探析”是中學化學核心素養(yǎng)的重要組成部分，是化學學科最具特色的思維方式和觀察視角。

但目前初中化學課程標準仍在沿用2011版，尚未明確提出化學核心素養(yǎng)教學體系，又加上初中化學內(nèi)容少、淺，有關“宏觀辨識與微觀探析”素養(yǎng)培養(yǎng)方面的教學研究還有待深入。初中階段的化學學習具有啟蒙性、基礎性，是形成化學觀念、概念、技能等化學素養(yǎng)的關鍵時期。為此，基于化學實驗的視角，滲透“宏觀辨識與微觀探析”素養(yǎng)的培養(yǎng)，是一項非常有必要和價值的教學實踐與探索。

一、聯(lián)系實驗現(xiàn)象，建立微觀反應模型

微粒觀是學生形成化學基本觀念的核心，通過微粒觀的教學，有助于學生建構(gòu)從微觀視角思考宏觀世界的化學觀。教師可通過初中化學實驗引導學生結(jié)合化學宏觀現(xiàn)象，建構(gòu)微粒模型去分析化學反應實質(zhì)，促進學生微粒觀的形成。

如水的電解，其宏觀現(xiàn)象是產(chǎn)生能燃燒并且產(chǎn)生淡藍色火焰的H2以及能使帶火星木條復燃的O2，而且H2和O2的體積比為2∶1，為了分析水電解的實質(zhì)，教師可引導學生建立水電解的模型，如圖1所示。從微觀視角分析，即水分子在通電條件下分解成氧原子、氫原子，然后再由氧原子結(jié)合成氧分子，氫原子結(jié)合成氫分子。

又如在初中化學實驗中，鈉在氯氣中燃燒的電子得失、硫在氧氣中燃燒、制作甲烷的分子模型等等都可通過建構(gòu)微粒模型，分析物質(zhì)組成、化學反應等宏觀現(xiàn)象。

通過引導學生建構(gòu)化學物質(zhì)、化學反應的模型，促使學生從微觀視角看待化學反應現(xiàn)象，培養(yǎng)學生基于微粒觀，解釋或者預測化學反應的能力。教師可引導學生通過繪畫或者搭建、拆分、重組、展示微粒模型等學習活動，使學習內(nèi)容生動有趣、具體形象，培養(yǎng)學生“宏觀—微觀—符號”三重表征的思維方式。

二、拓展實驗探究，分析微觀科學本質(zhì)

科學探究既是一種重要的學習方式，也是化學學習的重要內(nèi)容?；瘜W課程標準指出，化學探究的教學僅憑課堂教學是不夠的，應將其延伸到課外綜合實踐活動中去。教師可引導學生在教材實驗基礎上進一步拓展探究，引導學生分析化學反應的微觀實質(zhì)，探究化學科學本質(zhì)。

如教材中對于酸堿中和反應的實驗是在NaOH稀溶液中滴加1滴酚酞溶液，變紅色，再滴加鹽酸，直至紅色剛好褪去來反映反應發(fā)生。僅從宏觀實驗現(xiàn)象的變化來判斷，沒有基于微觀視角思考。

為此，教師可作如下拓展：對Ba（OH）2溶液與HCl溶液混合實驗進行拓展探究。

怎樣證明H+、OH-發(fā)生反應呢？

實驗操作：在裝有6mL Ba（OH）2溶液的試管中加入6mL稀鹽酸，等分為2份。教師設置問題：（1）若要說明溶液中不存在大量的OH-，該如何操作？經(jīng)學生討論得出：滴入幾滴酚酞試液，若觀察到溶液呈無色，則說明不存在OH-；（2）若要說明H+參加了反應又該如何操作？有學生提出，往混合液中滴加幾滴石蕊試液，觀察到變紅色，說明溶液中存在H+。有學生提出異議，這不能證明鹽酸中的H+參加了反應。經(jīng)討論，進一步的探究方案如下：①把足量的鎂片放入盛有另一份混合液的試管中。②取3mL水和3mL相同質(zhì)量分數(shù)的稀鹽酸加入另一支試管中，放入同樣的鎂片，觀察到第①步產(chǎn)生氣體速度比第②步慢，由此可證明原混合液中的H+參加了反應。

教材實驗是從宏觀角度來判斷酸和堿反應了，中和發(fā)生。而該實驗通過拓展探究，基于微觀視角從H+、OH-離子的角度來說明酸與堿反應的實質(zhì)是H+與OH-發(fā)生反應生成了水，培養(yǎng)了學生從微觀視角解釋問題的能力。

三、推斷實驗習題，加強宏微之間聯(lián)系

“宏觀一微觀”思維方式作為一種統(tǒng)攝性的、突出學科特點的整體性思維方式為人們提供了觀察和分析問題的基點和視角[4]?；瘜W實驗推斷試題，是常見的一類試題，教師可根據(jù)溶液反應的宏觀現(xiàn)象，推斷離子組成，進而加強宏觀與微觀之間的關系。

溶液之間的化學反應常常會出現(xiàn)沉淀、氣體等宏觀現(xiàn)象，究其實質(zhì)，是離子之間的結(jié)合。通過引導學生解析實驗推斷問題，不僅有助于培養(yǎng)學生“證據(jù)推理和模型認知”的科學思維，也有利于促進學生“宏觀辨識與微觀探析”素養(yǎng)的發(fā)展。

四、質(zhì)疑實驗異常，開展宏微深度學習

實驗異常是化學教學的“挫折”，往往會阻礙化學結(jié)論規(guī)律的順利得出，但又是重要的不可忽視的教學資源，有利于學生批判性思維的發(fā)展。實驗異常往往指宏觀現(xiàn)象，初中階段其解釋一般停留在宏觀層面，若基于微觀視角進行分析，不僅有助于增強學生的宏微表征能力，也有利于開展化學的深度學習。

如將一小塊鈉投入到硫酸銅溶液中，出現(xiàn)鈉熔化燃燒，發(fā)生嘶嘶聲音，游走，生成藍色沉淀等現(xiàn)象。為什么鈉與硫酸銅溶液沒有發(fā)生置換反應生成銅呢？

化學的特征是引導學生基于微觀視角認識物質(zhì)的性質(zhì)及其變化。在對實驗異常現(xiàn)象進行分析時，教師也要積極鼓勵學生基于微觀角度進行思考，究其原因，發(fā)展學生“宏觀辨識與微觀探析”的核心素養(yǎng)。

化學從本質(zhì)上來說是一門實驗科學，三重表征的學習也離不開實驗。約翰斯頓認為，在解釋微觀世界和理論之前，一定要讓學生有一定的宏觀認識，并且這種宏觀認識的材料提供得越多，越有利于學生的學習[5]。作為初中學生，邏輯思維能力還較為薄弱，從宏觀辨識轉(zhuǎn)換到微觀表征，還存在一定的困難，為此，通過實驗，豐富學生宏觀表征體驗，增強學生的感性認知，然后教師要有意識引導學生將宏觀現(xiàn)象與微觀結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來，促進學生“宏觀辨識與微觀探析”素養(yǎng)的發(fā)展，提高學生化學核心素養(yǎng)。

參考文獻

[1]韓梅.高中化學學科中的社會責任素養(yǎng)內(nèi)涵及課程內(nèi)容指向探析——以必修課程為例[J].化學教學2020（2）：9-13

[2]吳星.對高中化學核心素養(yǎng)的認識[J].化學教學，2017（5）：4-5

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

[4]張園園.化學學科“宏觀-微觀”思維方式研究[D].濟南：山東師范大學，2007

[5]張丙香，畢華林.化學三重表征的含義及其教學策略[J].中國教育學刊，2013（2）：73-76