初中化學教材能量觀建構方式的分析與啟示*

化學能量觀是化學觀念中的核心觀念，是從能量角度對物質及其化學變化本質的深層次理解。嘗試基于2011年版義務教育化學課程標準，將能量與物質、能量與化學反應建立起實質性聯系。對2012年修訂的三個版本教材能量觀建構的方式進行分析、歸納，提出能量觀建構的基本策略。

初中化學 課程標準 能量觀 微粒觀

《義務教育化學課程標準（2011年版）》（以下簡稱課標）明確指出，“義務教育階段的化學教育，要激發學生學習化學的好奇心，引導學生認識物質世界的變化規律，形成化學的基本觀念……”化學能量觀是化學觀念中的核心觀念，需要經過螺旋式遞進。2012年修訂的三個版本[1-3]的化學教材在不同階段都有安排，充分體現了學習的階段性和層次性。要求教師把握好知識深廣度，既要符合學生的認識規律和心理特征，又要層層遞進，從定性到定量、事實到科學概念來認識并建立化學反應與能量之間的雙向關系，引導學生建構適應層次的能量觀[4-6]：（1）物質具有能量，不同物質或同種物質的不同狀態所具有的能量不同。（2）化學反應過程中，不僅有物質變化，而且有能量變化，伴隨化學反應的能量變化有不同的形式；化學能是能量的一種存在形式；能量是影響化學反應的重要因素，化學能與其他能量的相互轉化以化學反應為基礎和前提，能量不會創生和消亡，只是在轉化的過程中有能量轉化的效率問題，使能量有所損耗。（3）能源是社會發展的基礎，能源的開發和利用離不開化學。（4）微觀世界也存在著能量關系，表現為分子間、原子（離子）間、電子與原子核間的相互作用。

一、基于課標的視角，比較、分析三個版本教材能量觀的呈現方式

課標中，每個二級主題都從“標準”和“活動與探究建議”兩個維度，對化學學習內容進行了說明，還有可供選擇的情境素材。其中，在“化學變化的基本特征”二級主題中明確指出：“知道物質發生化學變化時發生著能量的變化，認識通過化學反應實現能量轉化的重要性”。筆者嘗試基于課標，分析三個版本教材能量觀呈現的基本視角（見表1）。

教材還以蠟燭燃燒為素材研究物質的性質和變化，能量觀滲透在火焰溫度的測定之中，若能在描述“發光、發熱、火焰”等具體現象的基礎上再提出更為深刻的問題——“為什么化學變化伴隨有能量轉化？”實驗就不再局限于蠟燭燃燒的具體現象和產物的檢驗上了。使學生了解該反應是持續發生的自發反應，先反應釋放的能量可引發后續反應，從而將化學的基本觀念與化學過程的方法教育有機地聯系起來[7]。

物質的化學變化包括了質的變化、量的變化與能量轉化，從能量觀的角度理解物質結構及其轉化是化學的基本視角。教學過程中，要聯系燃料的燃燒、中和反應、葡萄糖在體內氧化釋放能量、生石灰與水反應放出的熱量能“煮熟”雞蛋、化學電池等日常現象作為情境素材，通過創設真實的問題情境和建構性的學習，幫助學生理解化學變化和能量變化的密切關系，培養學生學習化學的興趣和能力。

二、初中化學能量觀建構的基本策略

研究化學反應中的能量變化與研究化學反應合成物質同樣重要。因此，教師要重視引導學生建構不同知識之間、理論與事實之間、新舊經驗之間的有意義聯系，在關注情境的選取與創設、問題的構思與引導、內容的組織與呈現、活動的設計與安排的交互過程中經過螺旋式遞進，使學生初步認識化學反應中有能量變化，在燃燒和燃料的學習中得以強化，了解如何應用化學變化實現能量的轉化和物質、資源的合理利用，形成和發展能量觀。

1.借助實驗表征建構能量觀

借助實驗表征，引導學生理解吸、放熱除了對溫度有影響，還會引起氣體壓強、體積、溶解度、物質狀態等的變化。在不使用溫度計的情況下，讓學生用手感知，或通過合適的實驗裝置（如圖1、2），借助實驗現象，加深學生對化學能量觀的理解。

還可以借助鐵絲、鎂條、氫氣的燃燒、干電池和充電電池等實驗探究，使學生宏觀感知、理解化學體系是一種儲能體系，化學反應伴隨有能量變化，常見形式是化學能轉化為熱能、光能、電能，且電能與化學能可以相互轉化。借助高錳酸鉀加熱制取氧氣，水的電解，觀察二氧化錳、硫酸銅溶液對過氧化氫分解反應的影響等實驗，使學生了解有些化學反應需點燃、加熱、高溫、通電、催化劑等條件，如果沒有這個條件反應就不能發生。從而有效調節和控制能量的儲存和釋放過程，促進或抑制化學反應，使化學反應向著有利的方向發展，明白反應條件對化學反應的重要作用，幫助學生建構能量觀。

2.深化對燃料和燃燒的認識，發展能量觀

教材中通過大量的事實證明：人類利用燃燒的主要目的是為了獲取能源。煤、石油和天然氣等化石燃料是當今世界上最重要的能源，資源的浪費主要表現在化石燃料的不充分燃燒上。因此，關于能源問題，一要讓學生了解燃料燃燒反應釋放能量，幫助學生研究怎樣才能使燃料完全燃燒，提高燃燒的效率；二要讓學生考慮燃燒的安全問題，學習怎樣運用化學知識防火、滅火；三要講燃料燃燒對環境的影響，怎樣減少燃料燃燒時有害氣體和煙塵的排放，減少對環境的污染；四要講燃料的選擇與清潔能源的開發利用，講化學科學為開發清潔、高效的能源能做些什么[8]。利用核心概念的文字表達方式揭示有關燃料問題的化學學科本質（如圖3）：

圖3 燃料燃燒的文字表達式

設置問題組：（1）燃燒能為我們做什么？（2）選擇燃料時應綜合考慮的因素有哪些？（3）為什么有些物質可以作為燃料，有些則不能？（4）燃燒生成物為什么會對環境產生影響，有哪些對策？（5）物質在化學反應中的能量變化有什么規律？（6）化學反應中的能量變化對我們學習物質的物理性質和化學性質、物質的制備和選擇反應條件有什么啟示？怎樣利用化學反應中的能量？

通過問題組的解決，借助可燃物與氧氣發生的劇烈氧化反應，從化學反應熱現象認識到通過化學反應可以獲得能量，通過對燃燒概念的發展性理解，使學生了解燃燒是強化物質轉化伴隨有能量變化認識的重要內容，形成對化學反應中的能量變化初步的感性認識；通過對燃燒、緩慢氧化和爆炸發生條件的認識，初步感知可以通過改變反應發生的條件來影響化學反應。了解人類的一切活動都離不開能源，能源居于首位，能源的開發和利用離不開化學，認識化學在提高燃料的燃燒效率中的重要作用，從自我做起，節約能源，引導學生建構能量觀。

3.借助微粒觀，了解能量觀的內涵

微觀層面認識能量觀，這部分內容既基于物理學習，又與微觀世界聯系，抽象程度很高，魯教版以水為例，創設連續性問題情境：在水的狀態變化時水分子的能量、運動速率、間隔怎樣變化？在水天然循環的各個環節上水分子的能量如何變化？是怎樣運動的？以分子或原子不斷做無規則運動為切入點，推論出構成物質的微粒具有熱能。溶解現象并非單純的物理現象，其伴隨的能量變化涉及微粒的運動和相互間的作用力。物質溶解于水的過程中發生了兩種能量變化：溶質的分子（或離子）向水中擴散的吸收熱量過程；溶質的分子（或離子）和水分子形成水合分子（或水合離子）的放出熱量過程。溶質不同，這兩種過程吸收或放出的熱量不同，使溶液的溫度發生不同的變化。

核外電子運動也是一種能量的反映。元素得失電子的能力取決于原子中電子的能量，元素原子的最外層電子處于較高能量狀態，不穩定，原子間通過得失電子或共用電子對的方式成鍵，使體系能量降低，形成相對穩定的結構。學生形成核外電子運動的能量思維方式，從能量的角度研究物質及其轉化的思維方法等[4]。因此，可把物質轉化過程看作是諸存在物質內部的能量（化學能）轉化為熱能、光能等釋放出來，或者是熱能、光能等轉化為物質內部能量（化學能）被儲存起來的過程。在水的電解教學中，若能從微觀視角解釋為什么水需要通電，引導學生認識分子、原子在化學變化中的行為，深入了解原子的內部結構以及原子核外電子的分布及其在化學變化中的表現，那么學生對化學反應條件對化學反應的重要作用的認識會達到更高的水平[9]。

初中學生的能量觀建構是一個不斷深化、有機聯系、螺旋式上升的結構化內容，隨著對能量觀認識的不斷豐富和發展，將從微觀表征對化學和能量關系本質加以構建，形成更合理、完整的能量觀。因此，學生能量觀的建構應該注重認識和理解的完整性，使學生對學科知識的理解更加本質化，自身的觀念更加清晰化，實施以觀念建構為本的課堂教學。

參考文獻

[1] 王晶，鄭長龍主編.全日制義務教育化學九年級上、下冊.北京：人民教育出版社，2012.

[2] 王祖浩，王磊主編.全日制義務教育化學九年級上、下冊.上海：上海教育出版社，2012.

[3] 畢華林，盧巍主編.全日制義務教育化學九年級上、下冊.濟南：山東教育出版社，2012.

[4] 梁永平.論化學學習中的能量觀建構.化學教育，2008（8）.

[5] 姚遠遠，陳凱.初中化學教科書中能量觀的建構.化學教育，2013（5）.

[6] 徐敏.中學化學“能量觀”的構成要素及內涵.中學化學教學參考，2013（7）.

[7] 魏銳，如何由實驗觀察提出科學問題——以蠟燭燃燒為例，化學教育，2012（1）.

[8] 王祖浩，王磊.義務教育化學課程標準（2011年版）解讀.北京：高等教育出版社，2012.

[9] 胡巢生.教材微粒觀建構方式的分析與啟示.化學教學，2013（8）.

【責任編輯 付一靜】