教材微粒觀建構方式的分析與啟示

胡巢生

摘要：分析新課標魯教版九年級《化學》第二單元的內容體系，發現教材從情境創設、活動設計、問題設置等多角度幫助學生構建微粒觀，增強了學科知識的系統性，優化了核心知識的教與學。

關鍵詞：化學教材；微粒觀；核心知識；情景設置

文章編號：1005–6629（2013）8–0026–04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

宋心琦教授認為，中學化學教學能夠使學生終身受益的，不是具體的化學專業知識，而是影響他們世界觀、人生觀和價值觀的化學思想觀念，不是諸如分類、實驗、計算等特殊的方法和技能，而是影響他們思維方式和問題解決能力的具有化學特點的認識論和方法論。學生能否牢固地、準確地、哪怕只是定性地建立起基本的化學觀念應當是中學化學教學的第一目標[1]。化學是在原子、分子的層面上研究物質的組成、結構、性質及其變化規律的科學，化學學科特征決定了貫穿中學化學課程教學始終的一項重要任務，就是培養中學生從微觀角度思考宏觀現象的思維習慣。

魯教版九年級《化學》第二單元[2]是承載微粒觀教育的主要內容：（1）物質是由極其微小的微粒構成的；（2）微粒是不斷運動的；（3）微粒之間存在一定的間隔；（4）微粒之間存在相互作用。因此，本單元應達成以下重要教學目標為：認識到物質是由微粒構成的，知道微粒的基本特征以及幾種微粒之間的關系，對原子內部要有基本的認識，基于這些微粒的認識體會物質的組成和分類，理解物質的物理性質、物理變化、化學性質和化學變化等概念的本質[3]。

1 基于課程標準視角對教材中微粒觀建構思路的分析

義務教育化學課程標準（2011版）的每個主題從“內容標準”、“活動與探究建議”兩個維度對學習內容加以說明。學生不僅要學習“標準”里規定的“所要達到的最基礎的學習要求”，而且還要經歷和體驗“活動與探究建議”中所列出的活動。同時，課程標準也肯定了真實情境的價值。標準中有關微粒構成物質的內容[4]見表1：

教材作為課程標準的具體產物，全面落實課程標準的內容要求。幫助學生建立宏觀、微觀、符號三者結合的學習化學的三重表征思維方式，是本單元的一個重要發展目標，也是整個化學學科的重要發展目標[5]。從內容的編排體系來看，教材以微粒觀為主線構建本單元核心知識，以水為素材，充分梳理學生已有知識經驗，精選典型事實，設計了許多具有一定思維容量、適宜難度、合適梯度的有思考價值的問題或問題組，通過對問題不同層次、不同時機、不同方式的精心設計，驅動學生思維能力的發展。突出化學學科特色（實驗探究、宏微結合思維、符號化表示方式），通過“水的三態變化”等活動和探究，落實課程標準中的“活動與探究建議”。

從觀念的形成過程來看，從水的三態變化、水的天然循環到水的分解和合成的探究活動及其微觀分析，通過對科學家研究原子結構歷史的分析，進一步引導學生認識原子在化學變化中的行為，深入了解原子的內部結構、原子核外電子的分布及其在化學變化中的表現。有層次地引領學生深入了解微粒觀，認識到微粒觀的內容并不是完全并列的，而是由簡單到復雜，由淺顯到深奧，由低層次到高層次，不斷深化提升的。教材構建了一個既充分整合、又有利于學生學習的“理論性知識與事實性知識穿插編排”的體系，實現了學科知識的邏輯順序、學生的認知順序和心理發展順序的三序結合[6]，達成了核心知識的教與學和化學基本觀念構建的和諧統一，使得教材充滿思考性和對智慧的挑戰。

2 教材微粒觀建構方式的特色分析

基于對教材微粒觀建構思路的分析，筆者從教材設置的典型事實、基本問題、情景與活動對核心概念、觀念構建的達成等視角出發，總結出微粒觀在本單元的構建體系（圖1）：

教材注重創設真實而有意義的情境。有了精心設計的情境，化學教學才會圓潤、豐滿、光彩照人，才會有利于產生有效的學習，對培養和提高學生的科學素養具有重要意義。為促進學生自主建構微粒觀，教材創設了許多類型豐富、真實而有意義的情境，既有學生熟悉的日常生活中的物品、現象、經驗（水的三態變化、水的天然循環）以及化學史實（原子結構的發現史）等事實情境，也有引導學生動手、動腦的實驗情境（水在直流電作用下的變化、氫氣在空氣中燃燒），還有一些極具啟發性，能夠激發學生的情感體驗和充分聯想的模擬聯想情境（金、金剛石的實物圖及其原子模型、氯化鈉的形成過程）。這些情境要么貼近學生的生活實際，要么激發學生學習和探究的積極性，具有真實性、針對性和情感性的多重特點[7]。

教材也注重以問題為主線來創設激疑的化學學習情境和多種形式的探究活動。設計的問題產生于與真實的生活、生產素材相聯系的情境中。例如，在學完分子是不斷運動的、分子之間有間隔后，教材設計的“活動天地”描述水分子的運動：①水結冰和冰融化過程中，水分子的能量、運動速度、相互間的間隔是怎樣變化的？②小麗根據自己的理解，對這些變化進行了如下描述：……你同意小麗的描述嗎？③你有沒有更好的方式描述水分子的這些變化？通過設置三個層次的問題組，實現對微粒觀的鞏固、模仿與遷移、發展，層層深化學生的微粒觀，使學生獲得從宏觀與微觀兩個角度認識物質及其運動的特殊視角，巧妙地跨越存在于微觀和宏觀世界之間認識上的鴻溝，實現宏微結合的思維方式。

教材還注重探究活動的設計，并盡可能使其與情境具有相似性，或者是情境中活動的模擬，使教師不僅能從情境中提煉出引發學生思考的信息，而且能從情境中抽象出學生能完成的探究活動，這些活動將促進學生理解學習的內容，讓學生認識到化學對實際生活的重要作用。例如，通過“水在直流電作用下的變化”和“氫氣在空氣中燃燒”兩個科學探究，賦實驗予直觀、現實的意義，從微觀的視角出發對水的分解和水的合成進行微觀分析，發掘出分子、原子知識的生長點，認識分子和原子在化學變化中的行為，使學生初步認識到原子是構成一切物質的基本成分，不隨物質種類的變化而變化，形成化學變化是有條件且伴隨著能量變化的認識，引領學生探究物質的構成、組成及變化之秘，初步形成從微粒的觀點看物質和物質的變化的基本觀念。

這種設計，注重科學性與人文性、生活世界與科學世界、學習結果與探究過程的統一。充分調動學生參與學習的積極性，使學生在獲得知識技能的同時，學會學習并形成正確的價值觀，促進學生的全面和諧發展[8]。

3 有策略地幫助學生搭建從宏觀到微觀的橋梁

教學中如何充分體現宏微結合思維直接影響到學生的學習效果。應把培養學生形成科學的微粒觀作為該單元總的教學目標，并根據每一節課的教學內容確定具體的、有一定層次和梯度的課時目標，通過實物的觀察、聯想、猜測、數據、動手操作、模型、示意圖等信息和活動，實現宏微結合。

3.1 創設真實、生動、激疑的情境，實現宏微結合

情境的價值在于“學”，基于真實情境的化學學習，使學生產生很多美好的情感，體會化學研究、解決問題的方法。根據教學目標、單元內容、學生經驗，選擇反映化學的特征、真實、生動、直觀而又富于啟迪性的素材引入學習主題，可以有針對性地引導學生發現問題。

教學中應創設豐富多彩的宏觀現象來啟發學生的微觀思維。與微觀有緊密聯系的宏觀現象非常多，關鍵是要選取在學生生活中最常見又最有啟發意義的事例。還要用好這些情境和素材，更多地尊重學生的最初理解，讓學生把自己對這些現象的理解表述出來，盡可能讓學生自己去反思和領悟，得出結論。例如，①盛放在敞口容器中的水，在常溫下會逐漸減少，如果受熱會減少得更快。②把一個有些癟的兵乓球放入熱水中，會慢慢鼓起來。③用壺燒水時，水燒開后壺蓋會上下跳動。④物質的三態變化與體積變化的關系……

微觀知識抽象，純理論的教學使學生更難理解，要幫助學生真正從宏觀步入微觀，形成從微觀的角度認識物質世界的視角，確實是一個難點。教學過程中，應立足于學生已有的生活經驗，適當補充實驗，再輔以演示、分組實驗，幫助學生更好地理解微觀知識，進而理解宏觀現象，有效地提升學生的科學素養。例如，在電解水實驗中，首先讓學生觀察水電解過程中水的變化和完全相同的兩試管中氫氣和氧氣的體積變化，觀察到水位逐漸下降，生成氫氣、氧氣的體積比近似為2：1，得出反應符號表達式（宏觀+符號表征）。水由水分子構成，一個水分子由兩個氫原子和一個氧原子構成；一個水分子電解生成兩個氫原子和一個氧原子，每兩個氫（氧）原子結合生成一個氫（氧）分子，氫（氧）分子構成氫（氧）氣。所以，氫氣和氧氣的體積比為2：1（微觀表征）。引領學生進行深層思維，將物質的三重表征方式結合起來[9]。

3.2 設置有層次的問題組，實現宏微結合

通過設計驅動性的問題，即具有一定深度和難度、學生僅憑已有的知識又不能完全解決的問題，用組合、鋪墊或設臺階等方法來降低問題的難度，設計成問題組，驅動學生用相關的微粒知識正確解釋宏觀現象，使其原有的微粒觀在應用中得到鞏固和發展。

問題組1：①為什么沒看到花卻能聞到花香？②為什么將蔗糖放到水中，一會兒蔗糖不見了，整杯水卻變甜了？③為什么溫度計中的液柱隨溫度的改變上升或下降？從中能得出微粒的哪些特點呢？

問題組2：①結合金剛石、干冰、金、氯化鈉實物及構成微粒的圖片，說出這些物質是由什么微粒構成的？②這些微粒有什么聯系和區別？

問題組3：①水蒸發和電解水兩種變化的本質有什么不同？你認為這兩個過程什么變了，什么沒變？怎么變的？②純凈的氫氣在空氣中可以安靜地燃燒，混有空氣的氫氣點燃時易發生爆炸。你能從微觀上解釋上述現象的原因嗎？

問題組1通過對給出的簡單事實、現象進行分析，讓學生在感受微粒不斷運動、微粒之間有間隙且隨溫度變化而變化，使學生認識到微觀粒子的存在；問題組2通過觀察實物及構成微粒的圖片，使學生得出構成物質的微粒有分子、原子和離子，體會微粒觀；問題組3通過兩個實驗事實的微觀分析，使學生能透過現象看本質，從而應用微粒觀，如控制某些化學變化。三組問題使學生在宏觀認識積累和微觀理解的不斷交替中發展微粒觀，完成分子特征的歸納和提升，初步樹立微粒觀。

3.3 利用模型、模擬等多種資源，實現宏微結合

對微觀世界的認識需要依靠學生的想象力，需要生動、形象、直觀的載體。應關注學生的興趣和認知規律，恰當地利用圖片、資料、模型、flash 動畫演示等多種資源，使微觀構成形象化，為學生形成正確的理解提供證據支持。但同時要注意引導學生認識到：模型畢竟是模型，它是宏觀的，只是對微觀事物的一種直觀的、形象化的表述，它不是微觀事物本身。

例如，借助掃描隧道電子顯微鏡拍攝出的分子圖片或微觀世界的樣子；通過觀察金剛石、石墨的球棍模型（注意說明“棍”表示原子之間的相互作用），說明原子的排列方式不同，原子之間的間隔大小不同；利用計算機技術模擬分子、原子等微觀粒子的微觀結構，用立體的、動態的方式模擬水電解生成氫氣和氧氣的過程中微粒間的轉化過程，感受微粒的真實存在。使抽象的東西形象化，使靜態的理論動態化。當然，這些資源也可以是理論上的研究成果或研究結論，但必須尊重化學概念體現的直觀性、關聯性和發展性以及促進學生認知規律螺旋上升的特點。

總之，化學學科的思想觀念是化學學科的靈魂，是人類在化學漫長的發展過程中逐步積累而成的關于物質的結構、物質的性質、化學反應及實際應用的價值判斷。無論在化學科學研究的場合，還是在理解和學習化學的課堂上，這種價值判斷演化為一種觀念，運用化學基本觀念往往能化繁為簡、成功導向問題的解決，使學生獲得知識、觀念、思維、能力等共同發展，將知識轉化為智慧[10]。

參考文獻：

[1]王磊等.觀念建構為本的化學教學設計研究[J].化學教育，2008，（6）：7～12.

[2]畢華林，盧巍.全日制義務教育化學上冊[M].濟南：山東教育出版社，2012：22～44.

[3]辛本春.中學生化學基本觀念培養的研究[D].濟南：山東師范大學碩士學位論文，2008：88，141

[4]中華人民共和國教育部制定.義務教育化學課程標準[M].北京：北京師范大學出版社，2012：24.

[5][6]胡久華，王磊.初中化學教學策略[M].北京：北京師范大學出版社，2012：52～62.

[7][9]盧巍.盧巍論化學智慧教學[M].濟南：山東教育出版社，2010：133～141.

[8][10]畢華林.走向生本的教科書設計：中學化學教科書設計的理論與實踐[M].濟南：山東教育出版社，2006：142～151，191～199.