化學(xué)符號(hào)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中起到“宏觀—微觀”關(guān)系建立的橋梁作用

陳文紅

【摘要】“微粒觀”是重要的化學(xué)學(xué)科基本觀念之一，對(duì)“微粒觀”的考查主要體現(xiàn)在宏觀現(xiàn)象微觀分析中，簡稱為“宏觀—微觀”的運(yùn)用。但是，化學(xué)學(xué)科的三重表征“宏觀—符號(hào)—微觀”是不可分割的、互相統(tǒng)一的。在教學(xué)中，教師應(yīng)重視化學(xué)符號(hào)對(duì)建立“宏觀—微觀”的橋梁作用。

【關(guān)鍵詞】三重表征;“宏觀—微觀”運(yùn)用;化學(xué)符號(hào);元素化合物實(shí)驗(yàn)教學(xué)

道爾頓和阿伏加德羅等人的研究得出一個(gè)重要的結(jié)論：“物質(zhì)是由原子和分子構(gòu)成的，分子的破裂和原子的重新組合是化學(xué)變化的基礎(chǔ)?！薄霸诨瘜W(xué)變化中分子會(huì)破裂，而原子不會(huì)破裂，但可重新組合成新的分子?！痹诱摵头肿訉W(xué)說的創(chuàng)立是奠定近代化學(xué)的基礎(chǔ)。

畢華林教授在《化學(xué)基本觀念的內(nèi)涵及其教學(xué)價(jià)值》一文中提出了化學(xué)學(xué)科“基本觀念”。其中，“微粒觀”是重要的學(xué)科基本觀念之一，并對(duì)“微粒觀”的重要概念做了較完整的表述。初中畢業(yè)水平測(cè)試中，在評(píng)價(jià)學(xué)生觀念素養(yǎng)方面，也重視“微粒觀”的考查。一線教學(xué)中，對(duì)“微粒觀”重要概念的討論及如何建構(gòu)“微粒觀”的教學(xué)探討如雨后春筍，厚積薄發(fā)。

一、學(xué)生在運(yùn)用“宏觀—微觀”的思維方式“斷層”

根據(jù)《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》及《廣州市義務(wù)教育階段九年級(jí)化學(xué)學(xué)科單元學(xué)業(yè)質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（試行）（2017年版）》，在初中階段，學(xué)生的“微粒觀”達(dá)成的重要評(píng)價(jià)觀點(diǎn)可以歸納為以下兩點(diǎn)：（1）能夠從微粒的角度（質(zhì)量和體積都很小;微粒之間有間隔;不停的運(yùn)動(dòng)）解釋一些宏觀現(xiàn)象;（2）能用模型化的方式用微粒的觀點(diǎn)去理解物理變化及化學(xué)變化的本質(zhì)（能看懂、會(huì)描述），能用模型、動(dòng)畫等建立宏觀物質(zhì)與微粒之間的聯(lián)系（能分析解釋會(huì)運(yùn)用）。

1.對(duì)中考“用微粒的觀點(diǎn)解釋或分析物質(zhì)組成及其變化”的考查分析

以廣州市2021年初中化學(xué)畢業(yè)水平考試中第16題（2）為例：

這一題目以“鹽酸與生銹鐵釘發(fā)生反應(yīng)”這一宏觀事實(shí)展開了“微粒觀”的一系列考查，包括用模型表示反應(yīng)后生成物的微粒、判斷混合液中的反應(yīng)和鈣離子檢驗(yàn)（離子的性質(zhì)）、利用化學(xué)方程式的計(jì)算（基于粒子從量的角度認(rèn)識(shí)化學(xué)變化）。

考生在第（2）小題的答題過程出現(xiàn)的問題：

（1）無法確定構(gòu)成氫氣、氯化氫的微粒。考生的典型錯(cuò)誤答案：構(gòu)成氫氣的微粒是，構(gòu)成氯化氫的微粒是;

（2）在根據(jù)宏觀現(xiàn)象分析鹽酸與生銹鐵釘反應(yīng)后生成物的微粒構(gòu)成時(shí)，缺乏或者不熟練通過先分析反應(yīng)后寫出化學(xué)方程式的方法來溝通“宏觀—微觀”的關(guān)系。

2.對(duì)正在學(xué)習(xí)“微粒觀”的學(xué)生展開的調(diào)查分析

在完成人教版初中化學(xué)上冊(cè)第3單元“物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”和第4單元“化合價(jià)與化學(xué)式”的教學(xué)后，選擇兩次單元測(cè)驗(yàn)成績平均為55分（滿分100）左右的學(xué)生（共60名學(xué)生）進(jìn)行以下三個(gè)問題答題情況的調(diào)查。

調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計(jì)如下：

在對(duì)新學(xué)階段學(xué)生的反饋調(diào)查中，出現(xiàn)了典型錯(cuò)誤答案，如，“水是由2個(gè)氫原子和1個(gè)氧原子構(gòu)成的”“氯氣由氯原子構(gòu)成”“氯氣由氯離子構(gòu)成”等。這反映了學(xué)生在解答“宏觀—微觀”類的題目時(shí)，其思維方式是直接將宏觀物質(zhì)與微觀知識(shí)對(duì)接，沒有用好化學(xué)符號(hào)對(duì)解答“宏觀—微觀”類題目的橋梁作用，甚至完全沒有想到可以用化學(xué)符號(hào)作為分析的立足點(diǎn)。

從表格1-3的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中可以看出，寫出物質(zhì)的化學(xué)式或反應(yīng)的表達(dá)式后再畫出微觀示意圖的，比起沒寫出物質(zhì)的化學(xué)式或反應(yīng)的表達(dá)式就畫出微觀示意圖的，學(xué)生答題的正確率明顯要高出一截。后續(xù)對(duì)部分學(xué)生進(jìn)行了訪談，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在理解化學(xué)變化的微觀本質(zhì)時(shí)，學(xué)生是知道“反應(yīng)物的分子分開成原子，原子重新結(jié)合成新的分子”這個(gè)知識(shí)點(diǎn)的，但是卻常常不知道或者不會(huì)，通過寫出物質(zhì)化學(xué)符號(hào)進(jìn)而分析物質(zhì)的組成，從而再判斷“新分子”的構(gòu)成并畫出模型圖。也就是說，學(xué)生對(duì)微粒的知識(shí)處于“知道懂得”，但是卻不會(huì)“分析運(yùn)用”，而這中間缺少的思維方式，正是通過用化學(xué)符號(hào)分析物質(zhì)組成，用化學(xué)符號(hào)作為“宏觀—微觀”的橋梁。

二、教學(xué)中重視化學(xué)符號(hào)對(duì)建立“宏觀—微觀”的橋梁作用

對(duì)中考“微粒觀”的考查要求及對(duì)考生的答題分析，對(duì)新學(xué)階段學(xué)生的“微粒觀”運(yùn)用的反饋調(diào)查分析?；谝陨蟽蓚€(gè)方面的分析，可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生建立的“宏觀現(xiàn)象—微觀分析”思維方式，是缺乏以符號(hào)作為橋梁的。也就是說，學(xué)生的知識(shí)建構(gòu)中，“宏觀—符號(hào)—微觀”三重表征不能統(tǒng)一，學(xué)生在理解分析有關(guān)問題上做不到三重表征“互通”?；诖耍P者提出了在教學(xué)中應(yīng)重視化學(xué)符號(hào)對(duì)建立“宏觀—微觀”的橋梁作用。這也是筆者將“符號(hào)”放在三重表征關(guān)系中間的原因。

化學(xué)式的教學(xué)中要體現(xiàn)“宏觀—符號(hào)—微觀”三重表征的思維。人教版九年級(jí)化學(xué)上冊(cè)第四單元課題4“化學(xué)式與化合價(jià)”，對(duì)單質(zhì)的化學(xué)式書寫及對(duì)化合物的書寫的教材內(nèi)容編寫都是文字表述。例如，稀有氣體用元素符號(hào)表示，如，氦寫為He，氖寫為Ne;非金屬氣體在元素符號(hào)右下角寫上表示分子中所含原子數(shù)的數(shù)字，如O2;在書寫化合物的化學(xué)式時(shí)，除要知道這種化合物含有哪幾種元素及不同元素原子的個(gè)數(shù)比外，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1.當(dāng)某組成元素原子個(gè)數(shù)比是1時(shí)，1省略不寫

“宏觀—符號(hào)—微觀”三重表征思維統(tǒng)一，不是將每一版塊的相關(guān)知識(shí)要點(diǎn)學(xué)完就可以建立的。要建立“宏觀—符號(hào)—微觀”三重表征思維，要達(dá)到“宏觀—微觀”的熟悉運(yùn)用。因此，教師要在新授課化學(xué)式的教學(xué)中把物質(zhì)的構(gòu)成與化學(xué)式的意義聯(lián)系起來。學(xué)生能吃透物質(zhì)的組成，這既是“宏觀—微觀”運(yùn)用時(shí)的重要磚瓦，也建立了一定基礎(chǔ)的“宏觀—微觀”的思維方式。筆者提出的教學(xué)建議如表2-1所示。

這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：（1）微粒構(gòu)成示意圖與符號(hào)對(duì)照關(guān)系直觀明了。例如，“O2”符號(hào)中右下角的數(shù)字含義，就是分子結(jié)構(gòu)中該原子的個(gè)數(shù)。直觀的對(duì)照展示，讓學(xué)生更容易理解符號(hào)與微粒構(gòu)成的關(guān)系。

（2）表格中加上物質(zhì)所屬類別，有助于學(xué)生建立更牢固的思維方法。例如，很多學(xué)生在判斷氯化鈉構(gòu)成的微粒時(shí)完全沒有頭緒，往往想不到是離子構(gòu)成，這就是缺乏思維方式的體現(xiàn)。而表2-1的教學(xué)設(shè)計(jì)，能夠幫學(xué)生建立起來的思維方式，首先分析組成元素的類別分別是金屬元素與非金屬元素，在結(jié)合時(shí)金屬元素的原子失去電子成為陽離子，非金屬元素的原子則得到電子成為陰離子，陰陽離子按照一定的個(gè)數(shù)比例相互結(jié)合，其離子個(gè)數(shù)比體現(xiàn)在其化學(xué)式中。

以上述的設(shè)計(jì)展開教學(xué)，學(xué)生能夠通過“化學(xué)符號(hào)”對(duì)物質(zhì)組成進(jìn)行分析，更好地建立“宏觀—微觀”的關(guān)系，真正把“宏觀—符號(hào)—微觀”的三重表征在思維上統(tǒng)一起來。

2.元素化合物的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要訓(xùn)練“宏觀—符號(hào)—微觀”三重表征的思維

實(shí)驗(yàn)是化學(xué)的重要基礎(chǔ)，許多重要的原理、定律的建立都是通過實(shí)驗(yàn)得到的。以人教版九年級(jí)初中化學(xué)為例，一共設(shè)置8大學(xué)生實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，其中，元素化合物的實(shí)驗(yàn)有4個(gè)，占率達(dá)50%，而在酸堿單元中共設(shè)置10個(gè)教師演示實(shí)驗(yàn)，無一例外全部是元素化合物內(nèi)容?？梢?，元素化合物的實(shí)驗(yàn)課在初中階段的重要性。元素化合物的實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐⒅貙?duì)宏觀物質(zhì)的性質(zhì)學(xué)習(xí)，但是對(duì)學(xué)生的考查評(píng)價(jià)卻不僅僅是物質(zhì)的變化和性質(zhì)，往往會(huì)以常見物質(zhì)的性質(zhì)及其變化為載體，以“宏觀—符號(hào)—微觀”三重表征的模式來考查和評(píng)價(jià)學(xué)生。

在人教版初中化學(xué)的教材中也有體現(xiàn)“用模型在宏觀物質(zhì)與微觀粒子之間建立聯(lián)系”，下表2-2是第三單元“物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”后各章節(jié)出現(xiàn)的微粒觀模型教材。

從表2-2可知，“微粒觀”基本觀念的形成是在后續(xù)教學(xué)中不斷鞏固和深化的，并且體現(xiàn)了“用模型在宏觀物質(zhì)與微觀粒子之間建立聯(lián)系”的教學(xué)目標(biāo)。但是從教學(xué)效果分類上看，人教版選材的微粒模型圖達(dá)成的教學(xué)作用還是有所欠缺，主要體現(xiàn)在對(duì)宏觀“量化”事實(shí)的解釋及化學(xué)符號(hào)對(duì)“宏觀—微觀”橋梁作用的缺失。

教師要主動(dòng)在元素化合物的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中挖掘適合的素材，加強(qiáng)化學(xué)式、化學(xué)方程式等化學(xué)符號(hào)對(duì)“宏觀—微觀”的橋梁作用，進(jìn)一步整合并訓(xùn)練學(xué)生“宏觀—符號(hào)—微觀”三重表征的思維。筆者將提出的部分元素化合物的實(shí)驗(yàn)教學(xué)建議在表2-3呈現(xiàn)出來。? ? ?; ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（下轉(zhuǎn)第23版）（上接第22版）

表2-3 人教版九年級(jí)化學(xué)部分元素化合物的實(shí)驗(yàn)教學(xué)建議

以上四個(gè)元素化合物的實(shí)驗(yàn)教學(xué)建議，意在鼓勵(lì)教師在授課中，主動(dòng)挖掘宏觀知識(shí)背后的微觀意義，主動(dòng)幫助學(xué)生建立“宏觀—微觀”的過程分析思維，用好化學(xué)符號(hào)的整合作用。

總之，“宏觀—符號(hào)—微觀”三重表征是統(tǒng)一的，作為最具化學(xué)學(xué)科特征的思維方式，三者是不能分割的。如果將“宏觀表征”和“微觀表征”歸屬于表述性描述性的表征，那么“符號(hào)表征”則可以認(rèn)為是公式性的可量化的表征。所以，在教學(xué)中要重視化學(xué)符號(hào)起到的思維作用，用好“化學(xué)符號(hào)”連接“宏觀—微觀”的橋梁作用。

[本文系廣州市海珠區(qū)教育科學(xué)規(guī)劃2021年教師專項(xiàng)課題“基于教學(xué)評(píng)一體化的初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究”（課題編號(hào)：2021C033）的研究成果]

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責(zé)任編輯? 溫鐵雄