核心素養(yǎng)視域下微粒作用觀的思維價值與建構(gòu)

佟鈺 吳林

摘要：微粒作用觀是描述微粒作用原理和規(guī)律的基本觀念，與化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)聯(lián)系緊密。本文梳理了微粒作用觀的素養(yǎng)特征，概述了其對模型思維、守恒思維和創(chuàng)新思維等化學(xué)思維的促進作用。微粒作用觀建構(gòu)的基礎(chǔ)是理解化學(xué)視角下的微粒作用規(guī)律，這需要結(jié)合微粒作用觀的發(fā)展歷程挖掘其不同層次的內(nèi)涵、設(shè)計制作可視化模型與素材、實施連貫的“化學(xué)世界觀”教育等。

關(guān)鍵詞：學(xué)科核心素養(yǎng);高中化學(xué);微粒作用觀;化學(xué)思維

文章編號：1008-0546（2022）10x-0023-04中圖分類號：G632.41文獻標識碼：B

微粒作用觀是對構(gòu)成物質(zhì)微粒的作用原理和規(guī)律的系統(tǒng)認識，也是組成微粒觀的基本觀念之一。[1]其主要內(nèi)容包括：①作用本質(zhì)：化學(xué)反應(yīng)以構(gòu)成物質(zhì)的微粒間的有效碰撞為基礎(chǔ)，其實質(zhì)是微粒間結(jié)合方式的改變;②強弱規(guī)律：微粒結(jié)構(gòu)影響物質(zhì)的性質(zhì)，進而影響微粒間相互作用的程度;③守恒規(guī)律：微粒的相互作用存在守恒關(guān)系。微粒作用觀與化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)聯(lián)系緊密，也較系統(tǒng)地體現(xiàn)了多種化學(xué)思維。從化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的視角探究微粒作用觀的內(nèi)涵與思維價值，有助于在“教、學(xué)、評”一體化實踐進程中感悟化學(xué)特征、發(fā)展化學(xué)思維。

一、微粒作用觀與化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)系

1.微粒作用觀是化學(xué)學(xué)科思維的綜合體現(xiàn)

微粒作用觀與“變化觀念與平衡思想”“宏觀辨識與微觀探析”等核心素養(yǎng)關(guān)聯(lián)緊密，[2]較系統(tǒng)地從定性和定量、變化與平衡的角度概括了化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)和規(guī)律，體現(xiàn)了模型思維、守恒思維和創(chuàng)新思維等化學(xué)思維。用微粒作用觀調(diào)控化學(xué)反應(yīng)、分析反應(yīng)原理、預(yù)測對應(yīng)現(xiàn)象時常使用模型將抽象的微觀問題具體化，反映了化學(xué)問題研究“宏觀—微觀—符號”兼具的特征。[3]

2.化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為微粒作用觀的評價提供依據(jù)

微粒作用觀作為微粒觀的重要組成，具有學(xué)科性、

知識性和思想性?；瘜W(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的4個素養(yǎng)維度與微粒作用觀在模型思維方式建構(gòu)與應(yīng)用實踐等方面有較好的對應(yīng)關(guān)系，主要體現(xiàn)在化學(xué)思維的建構(gòu)上。通過對《普通高中化學(xué)課程標準（2017年版2020年修訂）》分析發(fā)現(xiàn)：微粒作用觀與高中化學(xué)必修課程內(nèi)容“常見的無機物及其應(yīng)用”“物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)與化學(xué)反應(yīng)規(guī)律”等主題聯(lián)系緊密，[4]可以此為基礎(chǔ)開展素養(yǎng)導(dǎo)向的大概念教學(xué)與評價。

整體來看，微粒作用觀反映了化學(xué)學(xué)科的基本特征，與指向化學(xué)觀念與思維方式的三種化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)聯(lián)系緊密，可根據(jù)對應(yīng)素養(yǎng)的評價體系制定“教、學(xué)、評”一體化的學(xué)習與評價標準。

二、微粒作用觀的思維價值

1.對微粒作用的認識體現(xiàn)化學(xué)問題的解決思路

人們認識粒子及其相互作用規(guī)律的歷程是系統(tǒng)思維發(fā)展的縮影，對微粒作用的認識體現(xiàn)了化學(xué)思維發(fā)展的三個階段，分別為：以有新物質(zhì)生成、物質(zhì)性質(zhì)的遞變?yōu)楹诵牡膶瘜W(xué)反應(yīng)的定性宏觀認識;以構(gòu)成物質(zhì)的微粒的結(jié)合方式改變?yōu)楹诵牡膶Χㄐ浴⒍考婢叩奈⒂^認識;以化學(xué)熱力學(xué)和化學(xué)動力學(xué)基本理論為基礎(chǔ)的系統(tǒng)微觀認識。

微粒作用觀的提出與完善反映了“宏觀—微觀—符號”一體的化學(xué)問題研究思路，新高考常以微粒作用本質(zhì)為基礎(chǔ)，結(jié)合化學(xué)反應(yīng)速率及化學(xué)平衡的綜合理解與應(yīng)用進行考察，此類問題的解決需要以宏觀、微觀統(tǒng)一的視角為基礎(chǔ)，對物質(zhì)及其變化的認識、分析、控制、預(yù)測等形成系統(tǒng)思維并加以應(yīng)用。

2.微粒作用觀體現(xiàn)多種化學(xué)思維

（1）模型思維

模型思維是指在真實的化學(xué)情境中，對微粒及其作用在模型表征和“宏觀—微觀—符號”表征相互轉(zhuǎn)換的思維方式。[5]運用模型思維在宏觀視域下發(fā)現(xiàn)并提出問題，通過模型連接宏觀現(xiàn)象與微觀本質(zhì)，在微觀視角應(yīng)用相關(guān)理論解決問題并形成較為抽象的符號認知是探究化學(xué)問題的一般思路。

模型思維與微粒作用觀聯(lián)系緊密，微粒作用觀的強弱規(guī)律強調(diào)了微粒的微觀結(jié)構(gòu)對宏觀層面的性質(zhì)及其發(fā)揮起決定作用。原子結(jié)構(gòu)示意圖、結(jié)構(gòu)式等是可視化表達粒子的組成和結(jié)構(gòu)的工具，為不同粒子性質(zhì)的研究奠定基礎(chǔ);電子式、化學(xué)方程式等以符號表征的理論模型是人們對物質(zhì)及其變化研究成果的可視化表達。這些模型從結(jié)構(gòu)與變化、宏觀與微觀兩個角度將“宏觀—微觀—符號”三種視角下相對獨立的理論連接起來，形成解釋、預(yù)測、研究化學(xué)問題的系統(tǒng)性認知結(jié)構(gòu)。

《普通高中化學(xué)課程標準（2017年版2020年修訂）》提出了模型的選擇、應(yīng)用、評價與優(yōu)化四個水平的要求。[4]新高考常結(jié)合微粒作用觀的強弱規(guī)律、元素周期律對證據(jù)推理與模型認知素養(yǎng)進行考查，常以物質(zhì)結(jié)構(gòu)或元素在元素周期表中的粗略位置的描述為背景，在真實情境中比較物質(zhì)性質(zhì)或根據(jù)框圖推斷可能的化學(xué)反應(yīng)。這需要通過串聯(lián)相關(guān)概念和原理，在對微粒作用觀強弱規(guī)律的系統(tǒng)認識的基礎(chǔ)上，結(jié)合以元素周期律為中心的物質(zhì)性質(zhì)遞變規(guī)律構(gòu)建思維模型，在模型中尋找特征元素，完善轉(zhuǎn)化關(guān)系。

（2）守恒思維

守恒思維是指在物質(zhì)及其變化的分析過程中，利用一種或多種守恒關(guān)系確定化學(xué)反應(yīng)前后保持不變的“量”用于探究的思維方式。微粒作用觀的守恒規(guī)律蘊含在微粒間的變化過程中，微粒本身在化學(xué)變化過程中不發(fā)生改變，存在元素守恒等相對“不變”的守恒關(guān)系，而微粒間的結(jié)合方式隨著化學(xué)反應(yīng)的進行發(fā)生改變。微粒本身的“不變”與微粒間“變化”過程的辯證統(tǒng)一是微粒作用守恒規(guī)律的思維特征。守恒思維是化學(xué)定量分析的基礎(chǔ)，在氧化還原反應(yīng)的教學(xué)與研究中綜合應(yīng)用從宏觀到微觀的研究思路與守恒思維能更好地反映氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)與規(guī)律。靈活運用守恒思維有助于理清問題本質(zhì)、簡化分析過程，以相對靈活的方式表現(xiàn)較高素養(yǎng)水平。

新高考對守恒思維的考查集中在“宏觀辨識與微觀探析”和“變化觀念與平衡思想”素養(yǎng)的中高水平，常以工藝流程題的形式考查水溶液中的離子反應(yīng)與平衡和氧化還原反應(yīng)方面的分析與計算。這需要我們在真實的化工生產(chǎn)研究中明確守恒關(guān)系、確定核心元素，運用可視化手段演示微粒間的相互作用的順序、用量、過程和結(jié)果，進而對粒子的引入、除去及變化過程進行分析和描述，在真實問題的研究中理解符號含義、構(gòu)建思維模型、發(fā)展守恒思維。

（3）創(chuàng)新思維

定性研究與定量分析相結(jié)合是微粒及其相互作用研究的特征，二者對立統(tǒng)一。定性研究是以宏觀現(xiàn)象為前提，依據(jù)化學(xué)學(xué)科基本理論對物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化進行初步探究;定量分析從定性研究而來，是依據(jù)化學(xué)計量方式與模型對微觀變化過程進行計量與數(shù)量層面的分析。創(chuàng)新思維以完整的微粒作用觀為基礎(chǔ)，蘊含在定性、定量相結(jié)合的綜合性較強的化學(xué)課題研究中。

《普通高中化學(xué)課程標準（2017年版2020年修訂）》對創(chuàng)新思維的考查水平較高，主要體現(xiàn)在科學(xué)探究與創(chuàng)新意識。[6]新高考通過情境設(shè)置、內(nèi)容安排、思維考查等方面考查創(chuàng)新思維，[7]對陌生情境中平衡圖像的考查和以化學(xué)課題研究全流程的預(yù)測與推理、分析與計算、控制與評價的綜合考查日益突出，具有情境復(fù)雜、核心內(nèi)容呈現(xiàn)方式不同尋常的特點。對于平衡圖像，解讀圖像的斜率、拐點和表達式是理解圖像含義的關(guān)鍵，也可利用“數(shù)形結(jié)合”思想對圖像的函數(shù)表達式進行分析，推導(dǎo)分析對應(yīng)關(guān)系。對于創(chuàng)新性課題研究，需根據(jù)給定材料確定實驗?zāi)康暮蛯嶒炘?，對影響因素和實踐過程中的每一步對應(yīng)現(xiàn)象進行預(yù)測，通過定性分析和定量計算得到實驗結(jié)論或?qū)ζ溥M行分析評價，具體體現(xiàn)在對原料和可能產(chǎn)物化學(xué)式、組成元素等進行分析和計算，對粒子的計量及轉(zhuǎn)化過程中參數(shù)進行計算或通過已有資料設(shè)計完整的試驗方案并進行評價。這需要在掌握化學(xué)基本理論的基礎(chǔ)上，將定性分析與定量計算結(jié)合起來解讀化學(xué)熱點的“知識內(nèi)核”。

三、用微粒作用觀建構(gòu)化學(xué)思維

微粒作用觀思想價值形成的基礎(chǔ)在于用化學(xué)視角對微粒作用原理和規(guī)律的系統(tǒng)解讀，以微粒作用觀為基礎(chǔ)建構(gòu)化學(xué)思維需考慮：化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)基礎(chǔ)是什么？化學(xué)反應(yīng)是如何進行的？化學(xué)反應(yīng)進行時有何規(guī)律？建構(gòu)化學(xué)思維的關(guān)鍵在于充分利用生活現(xiàn)象、教材等課程資源設(shè)置真實的問題情境，這需要結(jié)合微粒作用觀的發(fā)展歷程挖掘其不同層次的內(nèi)涵、設(shè)計制作可視化模型與素材、實施連貫的“化學(xué)世界觀”教育等。

1.以真實問題情境為基礎(chǔ)，形成“宏—微—符”一體的模型思維

以微粒作用觀為核心的教學(xué)內(nèi)容多為基本概念、微觀的作用原理等，近年來關(guān)于離子反應(yīng)和水溶液中的離子平衡的教學(xué)研究居多。在情境設(shè)置方面，化學(xué)史、化學(xué)必做實驗、生活研究中的化學(xué)課題、物質(zhì)的研究發(fā)展、物質(zhì)的量產(chǎn)歷程等是真實情境的具體體現(xiàn);在問題設(shè)計方面，應(yīng)充分考慮學(xué)情，通過設(shè)置邏輯緊密、由表及里的問題組形成“宏—微—符”一體的研究思路;在思維發(fā)展方面，常以思維導(dǎo)圖總結(jié)概念關(guān)系和思路過程，實現(xiàn)知識性和思想性的統(tǒng)一。案例“電解質(zhì)的電離”將電解質(zhì)辨析和科學(xué)探究方法結(jié)合進行，形成對電解質(zhì)的系統(tǒng)認識，構(gòu)建思維模型。[8]開展真實問題情境的教學(xué)有利于感受化學(xué)知識的價值、形成結(jié)構(gòu)化知識體系，有助于從宏觀和微觀視角出發(fā)，體驗化學(xué)研究定性分析與定量計算結(jié)合、動態(tài)過程與靜態(tài)守恒統(tǒng)一的特點，從而形成解決化學(xué)問題的思路與方法，培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

2.實施可視、連貫的“化學(xué)世界觀”教育，形成守恒思維

從微觀層次認識物質(zhì)及其變化是微粒作用觀的核心內(nèi)容，也是守恒思維形成、發(fā)展的基礎(chǔ)。開展多元連貫可視的“化學(xué)世界觀”教育是在明確化學(xué)研究對象的基礎(chǔ)上系統(tǒng)了解微觀粒子特點及作用方式，是化解化學(xué)學(xué)習難點的有效實踐。一方面，在課堂教學(xué)中除充分利用教材和經(jīng)典實驗外，運用交互動畫、3D模型、科普視頻等可視化信息技術(shù)資源直觀顯示微粒的結(jié)構(gòu)及其作用過程，有助于理解化學(xué)符號和文字表述的具體含義;另一方面，在課堂教學(xué)外還可通過模型制作、圖文編寫、漫畫設(shè)計、短片拍攝等方式展現(xiàn)微觀世界的特點，[9]通過多種思維過程各有側(cè)重地形成對化學(xué)的認知，發(fā)展化學(xué)思維。實施“化學(xué)世界觀”教育有助于從具體知識、應(yīng)用及思維層次理解學(xué)習內(nèi)容、發(fā)展思維模型，結(jié)合課上教學(xué)與探究過程鞏固內(nèi)化，實現(xiàn)思維模型的綜合應(yīng)用和化學(xué)多種思維的協(xié)同發(fā)展。

3.再現(xiàn)微粒作用觀的發(fā)展歷程，培養(yǎng)創(chuàng)新思維

微粒作用觀的發(fā)展歷程反映了化學(xué)思維從宏觀整體到宏觀、微觀相結(jié)合的系統(tǒng)化轉(zhuǎn)化過程，是化學(xué)發(fā)展史的縮影，也是創(chuàng)新思維發(fā)展的基礎(chǔ)。在基于微粒作用觀的創(chuàng)新思維培育中，應(yīng)著重強調(diào)微粒作用觀的思維價值，通過創(chuàng)新情境深化物質(zhì)及其變化研究中宏觀與微觀、變化與守恒、定性與定量等維度并行的思維方式。一般的變式創(chuàng)新或以科技前沿、新技術(shù)的應(yīng)用為情境展開的探究，或評價、比較、設(shè)計完整的探究方案，或著重考查圖像和概念系統(tǒng)中各成分的含義，具有整體性、時代性和特異性。開展學(xué)生實驗、小組討論、變式訓(xùn)練等有助于在課堂教學(xué)與日常學(xué)習中提煉微粒作用觀的核心要義，培養(yǎng)創(chuàng)新思維和解決實際問題的能力，還可在課堂教學(xué)外通過圖文、漫畫、簡報等形式展示化學(xué)史料，通過整理其發(fā)展歷程和關(guān)鍵節(jié)點發(fā)揮課上課下的聯(lián)動效果，為創(chuàng)新思維的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

4.從不同視角解讀微粒作用觀的深層內(nèi)涵，發(fā)展系統(tǒng)思維

微粒作用觀涵蓋氧化還原反應(yīng)、化學(xué)鍵、化學(xué)平衡等不同學(xué)段、不同層次的化學(xué)基本理論，具有思維發(fā)散、內(nèi)容全面、層級明顯、兼具認識論與方法論等特點，形成對微粒作用觀的系統(tǒng)認識是綜合運用化學(xué)基本理論、發(fā)揮化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)。從課程資源來看，可編制以微粒作用觀為大概念的項目式教學(xué)，通過具體案例形成對微粒及其作用整體、綜合、系統(tǒng)的思考;從概念結(jié)構(gòu)來看，要形成層次明顯、階段明確的微粒作用觀整體思維，理清化學(xué)理論的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，形成解決化學(xué)問題的一般思路與最優(yōu)方法。理解微粒作用觀的深層含義，就要深入思考微粒及其相互作用這一核心問題，形成系統(tǒng)認識，并結(jié)合真實情境和化學(xué)前沿在教學(xué)中對微粒作用觀的思維價值進行總結(jié)，在此基礎(chǔ)上根據(jù)《普通高中化學(xué)課程標準》和學(xué)生發(fā)展水平總結(jié)并完善指向化學(xué)思維發(fā)展的、適用于“教、學(xué)、評”三個層次的標準體系。

四、小結(jié)

微粒作用觀作為概括程度較高的化學(xué)基本觀念，涵蓋物質(zhì)的轉(zhuǎn)化、化學(xué)鍵、化學(xué)反應(yīng)基本原理等基礎(chǔ)理論，與多種化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)關(guān)聯(lián)緊密，化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)水平體系為微粒作用觀的“教、學(xué)、評”一體化實踐提供依據(jù)。微粒作用觀的發(fā)展歷程是化學(xué)問題研究思路發(fā)展的縮影，微粒作用觀與模型思維、守恒思維、創(chuàng)新思維等化學(xué)思維聯(lián)系緊密。

微粒作用觀思想價值形成的基礎(chǔ)在于用化學(xué)視角對微粒作用原理和規(guī)律的系統(tǒng)解讀，以微粒作用觀為基礎(chǔ)建構(gòu)化學(xué)思維需充分利用生活現(xiàn)象、教材等課程資源設(shè)置真實的問題情境，這需要結(jié)合微粒作用觀的發(fā)展歷程挖掘其不同層次的內(nèi)涵、設(shè)計制作可視化模型與素材、實施連貫的“化學(xué)世界觀”教育等。

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