以水之名，建構(gòu)宏觀和微觀之間的橋梁

袁夢玥

摘要：化學是在分子、原子層次上研究物質(zhì)性質(zhì)、組成、結(jié)構(gòu)和變化規(guī)律的科學。從五彩繽紛的宏觀世界到美麗神奇的微觀世界，如何提高微觀知識內(nèi)容復習的趣味性、直觀性和有效性一直是初中化學教學關(guān)注的重點和難點。通過“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”復習課的展示，以“水”為載體，從知識整合、模型建構(gòu)、問題解決和素養(yǎng)培育四個角度進行說明，讓學生在豐富多彩的活動中建構(gòu)起宏觀和微觀之間的橋梁。

關(guān)鍵詞：化學復習課;知識整合;模型建構(gòu);問題解決;素養(yǎng)培育

文章編號：1008-0546（2021）06-0041-05 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.06.012

一、背景分析

“物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”是人教版初中化學教材第三單元的內(nèi)容，這一課題打開了微觀世界的大門，學生需要從微觀的角度去分析物質(zhì)及其變化。學習過程中認知方式和思維方式的轉(zhuǎn)變使得學生存在較大的困難。不少教師針對該部分內(nèi)容的復習教學提出了相應的學習策略，楊元輝教師利用問題群導學，串聯(lián)起物質(zhì)、元素、分子、原子和離子等五個概念的相關(guān)內(nèi)容，引導學生回顧思考[1] ，周才萍教師運用思維導圖呈現(xiàn)，引導學生聯(lián)系分子、原子和離子之間的關(guān)系和原子結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識，幫助學生搭建知識框架體系[2];任凱等教師利用“誰是臥底”的游戲整理微粒的相關(guān)性質(zhì)，在學生積極互動的過程中進行概念的辨析和記憶[3]。

本課例為“物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”的期中主題復習，涉及的內(nèi)容涵括了教材前五個單元中涉及物質(zhì)組成構(gòu)成的內(nèi)容。根據(jù)《義務(wù)教育化學課程標準（2011年版）》的要求，物質(zhì)構(gòu)成的奧秘從化學物質(zhì)的多樣性、微粒構(gòu)成物質(zhì)、認識化學元素、物質(zhì)組成的表示四個方面進行考查。結(jié)合學生在期中前的學習進度，筆者羅列出對物質(zhì)構(gòu)成奧秘期中復習涉及的課標要求（見圖1）。

根據(jù)課標內(nèi)容可以看出學生復習該部分內(nèi)容主要存在兩個困難——知識容量大和知識難度大。初三學生的認知正處在形象思維到抽象思維的過渡階段，而物質(zhì)構(gòu)成的奧秘的內(nèi)容從基本概念（元素、分子、原子、離子、混合物、純凈物、化合物、單質(zhì)、氧化物）到知識應用（用微粒的觀點解釋生活現(xiàn)象），從簡單記憶（元素的名稱符號、物質(zhì)的微粒構(gòu)成、原子的結(jié)構(gòu)、化合價）到深層理解（微粒之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，根據(jù)化合價寫化學式），從定性認識（物質(zhì)的組成和構(gòu)成）到定量計算（相對分子質(zhì)量、質(zhì)量分數(shù)、純度），從知識學習到觀念（分類觀、元素觀等）建構(gòu)，對于初三學生來說內(nèi)容零碎抽象，且對思維要求高。

教師在設(shè)計過程中想要解決學生的困難需要思考如何化零碎為整體，建立知識之間的聯(lián)系，做好知識的整合以及化抽象為具體，激發(fā)學生的學習興趣，鍛煉學生的思維能力。

二、設(shè)計與思考

1.著力知識整合，搭建邏輯體系

復習課之難，難于知識內(nèi)容多而廣，那么在設(shè)計過程中知識的刪減與整合就顯得尤為重要。本文所展示的案例中重點復習物質(zhì)的組成與構(gòu)成，將有關(guān)相對分子質(zhì)量、質(zhì)量分數(shù)等的計算放于另一課時。復習的內(nèi)容見表1。

該內(nèi)容中第5點對學生來說比較簡單，可直接放在講解過程中或習題中進行考察，而不需另外設(shè)置環(huán)節(jié)。綜上，設(shè)置本節(jié)課的學習目標為：

道物質(zhì)是由分子、原子、離子等微粒構(gòu)成的及三者間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。

步學習根據(jù)現(xiàn)象和事實推理形成結(jié)論的方法，感受物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)與物質(zhì)宏觀性質(zhì)之間的聯(lián)系。

微觀的角度認識物質(zhì)的多樣性。

具體授課時，教師先從生活中宏觀的無色透明的水出發(fā)，回顧水的元素組成和分子構(gòu)成，再從生活及實驗中水蒸發(fā)和水分解的宏觀現(xiàn)象出發(fā)，對比分析物質(zhì)的物理變化和化學變化，然后進一步放大水分子的結(jié)構(gòu)，選取其中的氧原子進行原子結(jié)構(gòu)和離子結(jié)構(gòu)的復習，最后再從微觀結(jié)構(gòu)回到宏觀物質(zhì)，通過視頻展示、討論、資料展示等讓學生感受到研究微觀世界的重要意義。

在知識整合過程中，教師注重了載體的選擇、過渡的方式和知識的架構(gòu)。

（1）載體的選擇

物質(zhì)的組成與構(gòu)成，其重點在組成與構(gòu)成，其載體則是物質(zhì)，那么在“物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”復習課設(shè)計時就要找到具體的物質(zhì)作為載體，使抽象概念有據(jù)可循，同時，知識框架的建構(gòu)需要一個中心點，這樣才能發(fā)散式地展開復習。

水是地球上最普通、最常見的物質(zhì)之一，它與我們的生活息息相關(guān)。人教版初中化學教材第四單元的課題就是“自然界中的水”，在該單元中學生學習并探究了水的組成和結(jié)構(gòu)，也了解了水的相關(guān)物理性質(zhì)和化學性質(zhì)，所以水可以作為復習物質(zhì)構(gòu)成奧秘的載體，本課例就是以水之名揭示微觀世界的奧秘（見圖2）。

（2）過渡的方式

復習課堂不應是知識的拼湊，而應該是知識的整合，那么教師就要找到知識間的內(nèi)在聯(lián)系，使整節(jié)課形成一個完整的邏輯體系和知識體系。

本課例從整體上將知識內(nèi)容以“宏觀一微觀一宏觀”的形式進行串聯(lián)，將課堂內(nèi)容劃分為從宏觀物質(zhì)到微觀粒子，從宏觀現(xiàn)象到微粒性質(zhì)，從分子構(gòu)成到原子構(gòu)成以及從微觀粒子到宏觀物質(zhì)這四個活動。在不斷放大宏觀物質(zhì)水的過程回顧復習分子、原子、離子的相關(guān)知識，在微觀分子聚集成宏觀物質(zhì)的過程中展示微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性質(zhì)的關(guān)系。

在細節(jié)上，本課例采取了問題引導的方式。例如將物質(zhì)分類的講解安排在通過水蒸發(fā)、水分解的分析比較回顧物質(zhì)變化的相關(guān)內(nèi)容之后，巧妙地從水作為反應物的分解反應過渡提問“我們有沒有學過水作為生成物的分解反應？”從而讓學生繪制過氧化氫分解制氧氣的微觀示意圖，進而在該示意圖的基礎(chǔ)上，引導學生從微觀的角度理解純凈物、混合物、單質(zhì)和化合物的概念和區(qū)分。這樣的問題過渡既順利轉(zhuǎn)向物質(zhì)分類的教學，又考察了學生對化學反應類型及常見的化學反應的掌握情況。

另外，學生在繪制過氧化氫分解微觀示意圖的過程中，也產(chǎn)生了很多“典型問題”，例如沒有遵守質(zhì)量守恒定律（保證化學反應前后原子的個數(shù)相等），為了使原子個數(shù)相等直接在反應物中添加氧原子等，教師通過展示學生的典型錯誤，讓學生幫助進行修正，在不斷修正的過程中鞏固化學變化中的守恒關(guān)系。

（3）知識的架構(gòu)

復習課中教師要以整體聯(lián)系的眼光組織、設(shè)計各單元、各知識點的聯(lián)系，幫助學生將知識“連成線，構(gòu)成面”，從而形成立體、開放、整體的知識結(jié)構(gòu)。本課例以思維導圖的形式呈現(xiàn)了課堂內(nèi)容，在講解過程中不斷擴大和完善，從而形成“物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”期中復習的知識框架（見圖3）。

2.建構(gòu)模型認知，探析微觀本質(zhì)

《普通高中化學課程標準（2017年版）》提出5個方面的化學學科核心素養(yǎng)中包括“證據(jù)推理與模型認知”，中學化學教學中的化學模型以研究對象作為分類依據(jù)可以劃分為微粒結(jié)構(gòu)類、變化過程類和結(jié)構(gòu)與變化的關(guān)系類[4]。物質(zhì)構(gòu)成奧秘中的分子模型、變化中的分子模型等均屬于化學模型，其展示和講演充分利用了模型的表征功能、解釋功能和重演功能。本課例中讓學生提前制作了水分子的模型，化微觀模型為具體模型（見圖4）。

學生的學習應該是積極的、主動的、快樂的、個性的、多樣的、豐富的，而且是完整的、有結(jié)構(gòu)的、系統(tǒng)的，從而真正實現(xiàn)了海德格爾的“讓學”理念和大教學論專家夸美紐斯的“使教員可以少教、學生可以多學”的目標[5]。將微觀模型的實體化交給學生，不僅可以展現(xiàn)學生的個性，漂亮多彩的水分子也讓學生在搭建模型的過程中更加的快樂和積極。課堂上，學生利用制作的水分子模型對物質(zhì)變化的微觀本質(zhì)進行探析（見圖5）。

在物質(zhì)分類的講解中，也利用了微觀模型（見圖6），教師分別圈畫出了過氧化氫分解中的微觀模型，讓學生進行物質(zhì)類別的分析、對比和識別，進而從微觀的角度理解純凈物是同種分子，混合物是多種分子，化合物是多種元素的原子，而單質(zhì)是同種元素的原子。

3.創(chuàng)設(shè)問題解決，提升思維能力

問題是科學研究的出發(fā)點，學生的學習就是發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、反思問題的過程。教師教學過程中要創(chuàng)設(shè)有效問題激發(fā)學生的探究興趣，復習課的教學也可采用問題鏈的形式，層層遞進。

本課例的四個活動中均設(shè)立了情景問題，對于較為簡單的內(nèi)容，以簡單的問題橫向“串聯(lián)”，例如有關(guān)分子構(gòu)成。

情景問題：水是地球上最普通、最常見的物質(zhì)之一，它與我們的生活息息相關(guān)。在學習化學前，水在我們眼中是一種無色透明的液體，現(xiàn)在，我們看到水會想到什么？

子問題1：水的化學式是？由化學式可知水由什么組成？

子問題2：將水放大200萬倍，我們可以看到構(gòu)成水的微粒，它是？

子問題3：繼續(xù)放大水分子，可以看到一個水分子由什么構(gòu)成？

對于有一定難度，需要學生進行一定的分析、比較、推理的內(nèi)容，采用遞進式問題串，在前一問解決的基礎(chǔ)上解答下一個問題，如物質(zhì)變化的微觀本質(zhì)以及原子構(gòu)成的相關(guān)知識。

情景問題：水無論是在生活中，還是在實驗室中都有很多應用，是一種重要的化學資源。這些應用中的宏觀現(xiàn)象，體現(xiàn)了水分子的一些性質(zhì)。

現(xiàn)象一用水壺煮水，煮沸后壺蓋被頂開。

現(xiàn)象二水能分解產(chǎn)成氫氣和氧氣。

子問題1：上述現(xiàn)象說明分子具有什么性質(zhì)？

子問題2：用自己制作的水分子模型模擬水蒸發(fā)、水分解的微觀過程。

子問題3：在水蒸發(fā)、水分解的過程中，什么改變，什么不變？

情景問題：水分子可以分成氫原子和氧原子，氧原子可以再分嗎？

子問題1：氧原子中的質(zhì)子數(shù)，電子數(shù)，最外層電子數(shù)是多少？寫出氧原子、氧離子的結(jié)構(gòu)示意圖和氧離子符號。

子問題2：觀察填寫的示意圖，原子變成離子時，不變的是什么，改變的是什么？

對學生之前未接觸過的知識拓展，則采用引導式問題，幫助學生掌握解決問題的方法，如化學反應微觀示意圖的講解。

情景問題：水作為反應物可以生成氫氣和氧氣，那我們學過什么分解反應可以生成水嗎？

子問題1：保持過氧化氫和水的化學性質(zhì)的微粒分別是什么？過氧化氫和水化學性質(zhì)不同的原因是？

子問題2：說出圈畫出來的微觀圖所屬的物質(zhì)類別。

子問題3：該反應中生成的水和氧氣的分子個數(shù)比是多少？

子問題4：反應時我們用的不是純凈的過氧化氫，而是過氧化氫溶液，其中有過氧化氫分子和水分子。此時，生成的水和氧氣的分子個數(shù)比是多少？

4.滲透學科觀念，促進素養(yǎng)培育

核心素養(yǎng)的培育是一個長期積累的過程，初中化學作為學生接觸化學的開始，也是高中化學學習的基礎(chǔ)，其教授過程中就應該逐漸滲透學科觀念，促進學生的素養(yǎng)培育。

《普通高中化學課程標準（2017年版）》指出高中化學學科核心素養(yǎng)包括：宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認知、實驗探究與創(chuàng)新意識、科學態(tài)度與社會責任五個方面。物質(zhì)構(gòu)成的奧秘作為關(guān)于宏觀物質(zhì)世界的微觀探查必然與“宏觀辨識與微觀探析”“證據(jù)推理與模型認知”緊密聯(lián)系，本課例中讓學生制作水分子模型進行物質(zhì)變化和分類的探究活動中就引導學生建構(gòu)宏觀與微觀之間的橋梁，運用宏觀的現(xiàn)象推理微觀分子的性質(zhì)，運用微觀變化總結(jié)歸納反應的微觀本質(zhì)。

本課例還將“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的觀點蘊藏在課堂設(shè)計的多個環(huán)節(jié)中，通過不斷的舉例說明，滲透學科觀念（見表2）。

知識之美蘊含在其結(jié)構(gòu)、內(nèi)容、形式、邏輯、意境之中，教師教學過程中應該通過知識展示學習之美。本課例通過播放“美麗化學分子微觀結(jié)構(gòu)”的視頻讓學生感受化學的力量和魅力，視頻中“DNA宇宙飛船”“病毒”等恰好和生命科技緊密聯(lián)系。該視頻的播放可以引導學生體驗學科美，從而培養(yǎng)學生對學科的熱愛，激發(fā)學生內(nèi)在的學習興趣，進而保持長久的學習動力。

不同學科中蘊含著的價值內(nèi)容及形態(tài)，也是學生建立價值觀、人生觀、世界觀的基礎(chǔ)，化學學科可以通過介紹化學史、展示人類文明進步和科技發(fā)展來進行價值引領(lǐng)。本課例通過展示科學家們實際觀測到的微粒以及諾貝爾獎中與分子結(jié)構(gòu)相關(guān)的內(nèi)容，讓學生感受化學對人類生存和發(fā)展的重要價值從而培養(yǎng)學生正確的“科學態(tài)度和社會責任”。

資料1：2014年中國科學家在國際上首次實現(xiàn)了水分子的亞分子級分辨成像。該工作為分子間氫鍵相互作用的研究開辟了新的途徑。

資料2：2020年，國外科學家用冷凍電鏡首次識別出了蛋白質(zhì)中的單個原子。這些結(jié)構(gòu)對于理解酶是如何工作的，以及利用這些見解來識別能夠阻止其活性的藥物特別有用。

資料3：屠呦呦團隊通過保留分子中關(guān)鍵性基團，改變分子中不利的結(jié)構(gòu)，獲得結(jié)構(gòu)更優(yōu)化的功能性分子，研發(fā)出抗瘧新藥。青篙素的發(fā)現(xiàn)使其獲得2015年諾貝爾生理學或醫(yī)學獎。

資料4：艾曼紐和珍妮弗兩位科學家因發(fā)現(xiàn)了基因技術(shù)中最先進的分子工具之一一CRISPR/Cas9基因剪刀獲得2020年諾貝爾化學獎。該技術(shù)可以極其精確地改變動物、植物和微生物的DNA分子，對生命科學產(chǎn)生了革命性的影響。

三、結(jié)語

“物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”復習課例以水之名，將物質(zhì)組成構(gòu)成的相關(guān)知識進行整合，通過“問題解決”“模型建構(gòu)”等方式搭建宏觀與微觀之間的橋梁，培養(yǎng)學生的學科思維與觀念，在實際教學過程中效果較好。如何在課例設(shè)計過程中滲透一些定量的內(nèi)容，使復習內(nèi)容更加充實需要進一步去思考。

參考文獻

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[3]任凱等.“誰是臥底”在翻轉(zhuǎn)課堂課后深化階段中的應用[J].中學化學教學參考，2019（1）：58-59

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