基于核心素養(yǎng)的化學(xué)符號教學(xué)實踐

趙方 孫娟

摘要：化學(xué)式是化學(xué)世界最巧妙神奇的語言，它通用、簡潔且內(nèi)涵豐富，它為物質(zhì)世界宏觀、微觀之間架起了化學(xué)視角的橋梁。在本節(jié)課例中，教師通過巧置問題、巧用模型、巧設(shè)習(xí)題來幫助學(xué)生自主建構(gòu)、理解、應(yīng)用化學(xué)式，并促使學(xué)生初步形成宏觀、微觀、符號相聯(lián)系的思維方式。

關(guān)鍵詞：化學(xué)式;分子模型;宏微聯(lián)系

文章編號：1008-0546（2019）02-0065-03 中圖分類號：G633.8 文獻標(biāo)識碼：B

一、問題的提出

高中化學(xué)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(rèn)知”、“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”、“科學(xué)精神與社會責(zé)任”五個方面。其中，宏微聯(lián)系是化學(xué)學(xué)科獨有的思維方式。而化學(xué)符號恰好建起了宏觀與微觀聯(lián)系的橋梁，既可微觀說明物質(zhì)的構(gòu)成和變化，又可宏觀展示物質(zhì)的形態(tài)和本質(zhì)。因此，加強結(jié)構(gòu)性質(zhì)的關(guān)聯(lián)就是要強化化學(xué)中微觀、宏觀和標(biāo)志三重世界的聯(lián)合[1]。

在化學(xué)世界里，我們用化學(xué)特有的語言來表征物質(zhì)及其變化，這些化學(xué)語言我們稱之為化學(xué)符號或化學(xué)用語，它是化學(xué)人門最重要的內(nèi)容。但是，化學(xué)符號盡管外觀簡潔，卻內(nèi)涵豐富，不僅包含了宏觀信息，還包含了豐富的微觀信息，導(dǎo)致學(xué)生在認(rèn)識符號、理解符號、運用符號的過程中產(chǎn)生了認(rèn)知障礙，比如：為什么要用符號來表征物質(zhì)及其變化？這種符號表征方式合理嗎、有局限嗎？如何用這種符號表征方式來表征物質(zhì)、微觀粒子呢？觀察這種符號表征能獲得哪些有用的信息呢？這一疑問導(dǎo)致在實際教學(xué)過程中，學(xué)生學(xué)習(xí)并運用化學(xué)符號出現(xiàn)較為明顯的分化現(xiàn)象。我們?nèi)绾螏椭鷮W(xué)生突破這些學(xué)習(xí)障礙，有效幫助學(xué)生建立符號、宏觀物質(zhì)和變化、微觀粒子及轉(zhuǎn)化之間的關(guān)系，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中游刃有余地使用化學(xué)符號呢？下面以魯教版第三單元第三節(jié)第一課時“化學(xué)式及其意義”為例，談?wù)勎覀兊淖龇ā?/p>

二、學(xué)習(xí)目標(biāo)

（1）通過為常見物質(zhì)水、鐵、氯化鈉設(shè)計“名片”，體會化學(xué)式作為化學(xué)世界通用“語言”的科學(xué)性、合理性。

（2）通過“化學(xué)式會‘說話”，的交流，理解化學(xué)式的宏觀意義、微觀意義，初步建立宏觀、微觀、符號之間的聯(lián)系，初步形成化學(xué)學(xué)科獨特的思維方式。

（3）通過“動手、動腦、動筆”等鞏固練習(xí)，認(rèn)識化學(xué)式表征分子結(jié)構(gòu)的局限性，體會化學(xué)式的實踐應(yīng)用價值。

三、教學(xué)重點、難點

（1）教學(xué)重點：認(rèn)識化學(xué)式能代表物質(zhì)的組成并說出化學(xué)式代表的意義。

（2）教學(xué)難點：初步建立宏觀、微觀、符號之間的聯(lián)系，初步形成化學(xué)學(xué)科獨特思維方式。

四、教學(xué)過程

【導(dǎo)入】請同學(xué)們從化學(xué)視角觀看《美麗化學(xué)》視頻，說說你觀察到了什么，感受到了什么？

【銜接】這是一個美麗而神奇的化學(xué)世界。這里有多樣化的物質(zhì)，千奇百怪的結(jié)構(gòu)、令人驚嘆的變化。化學(xué)世界還需要溝通交流的“語言”。咱們這節(jié)課來學(xué)習(xí)化學(xué)世界的“語言”——化學(xué)式及其意義。

【投影】學(xué)習(xí)目標(biāo)。

設(shè)計意圖：《美麗化學(xué)》是由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)先進技術(shù)研究院和清華大學(xué)出版社聯(lián)合制作的一個原創(chuàng)數(shù)字科普項目。《美麗化學(xué)》將我們從乏味實驗室和白大褂的世界帶入了色彩斑斕的奇妙世界。學(xué)生通過觀看視頻，從化學(xué)視角能找出物質(zhì)及其變化，感受化學(xué)世界的美麗及震撼，能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)、學(xué)習(xí)化學(xué)世界“語言”——化學(xué)式的興趣。

環(huán)節(jié)一：為常見物質(zhì)設(shè)計“名片”

【過渡】水是我們非常熟悉的物質(zhì)。老子說：“上善若水，水利萬物而不爭。”你對這種滋養(yǎng)生命、潤澤萬物的水有哪些認(rèn)識呢？

設(shè)計意圖：學(xué)生在前期的學(xué)習(xí)中，已經(jīng)從宏觀、微觀認(rèn)識了水這種物質(zhì)，學(xué)習(xí)了水的組成、構(gòu)成、性質(zhì)、變化、用途等內(nèi)容。這個問題的設(shè)置既復(fù)習(xí)了水的相關(guān)知識，又為學(xué)生自主建構(gòu)H₂O的意義埋下了伏筆。

【創(chuàng)設(shè)情境】水遇到了一個小麻煩。世界各國的運動員來北京參加奧運會。他們想喝水，卻不知道該喝哪瓶（見圖1）？你能為“水”設(shè)計一個簡潔、通用的“名片”嗎？

【質(zhì)疑】你能評價一下：哪個標(biāo)簽更合理嗎？說明你的理由。

設(shè)計意圖：“設(shè)計名片”活動名稱本身激發(fā)了學(xué)生創(chuàng)造意識，并為化學(xué)式的作用和意義埋下了伏筆，使學(xué)生感受到化學(xué)式不是冷冰冰、枯燥的符號，拉進了學(xué)生與化學(xué)式的距離。學(xué)生會為水設(shè)計很多標(biāo)簽：“水”這個漢字、一個水滴、畫一個水分子H₂O等。在評價環(huán)節(jié)，學(xué)生會對比這些設(shè)計的優(yōu)缺點，最終得出H₂O這種表征方式既簡潔又世界通用。

【引導(dǎo)】同學(xué)們?yōu)椤八痹O(shè)計的名片——H₂O，不但簡潔、世界通用，還內(nèi)涵豐富。你能說說H₂O能代表哪些意義嗎？

設(shè)計意圖：學(xué)生自主建構(gòu)H₂O這個化學(xué)式的意義。

【問題]請同學(xué)們?yōu)閳D片2設(shè)計一張名片。

[質(zhì)疑]你能說說2H₂O中，數(shù)字“2”的含義嗎？

設(shè)計意圖：幫助學(xué)生建構(gòu)起符號與微觀粒子之間的聯(lián)系，幫助學(xué)生形象地理解元素符號前面和右下角數(shù)字的差異。

【小組活動】請參考鐵、氯化鈉的微觀粒子構(gòu)成圖示3，為常見物質(zhì)鐵、氯化鈉設(shè)計名片，并說說你設(shè)計的名片有哪些意義？

設(shè)計意圖：一方面：通過小組合作，學(xué)生自主杭理由原子、離子構(gòu)成物質(zhì)的化學(xué)符號的設(shè)計思路并豐富其代表的含義;另一方面：此活動的開展也評價了“為‘水設(shè)計名片”的學(xué)習(xí)效果。

環(huán)節(jié)二：化學(xué)式會“說話”

【交流】同學(xué)們剛才為水、鐵、氯化鈉設(shè)計了名片，那請同學(xué)們梳理一下：你為物質(zhì)設(shè)計名片的思路是什么？

設(shè)計意圖：學(xué)生以此問題為知識生長點，自主構(gòu)建起“化學(xué)式”的概念：用元素符號和數(shù)字表示物質(zhì)組成的式子。

【小組活動】化學(xué)式有特殊功能——會說話。你能說說化學(xué)式都告訴我們哪些信息嗎？

設(shè)計意圖：學(xué)生在合作交流中，通過對比、比較、歸納、概括等科學(xué)方法構(gòu)建化學(xué)式的宏觀、微觀意義。在全班的交流描述中，老師通過板書將核心知識結(jié)構(gòu)化并外顯（見圖4）。

【小結(jié)并板書】

環(huán)節(jié)三：化學(xué)式真有用

【習(xí)題1】觀察圖片5。

（1）寫出下列物質(zhì)的化學(xué)式，并思考其意義。

（2）嘗試將下列物質(zhì)按照組成進行分類。

（3）如果能，請寫出海水的化學(xué)式。如果不能，請說明理由。

設(shè)計意圖：第（1）小題能幫助學(xué)生構(gòu)建起化學(xué)式與宏觀物質(zhì)、微觀粒子之間的聯(lián)系;第（2）小題幫助學(xué)生掌握根據(jù)化學(xué)式判斷物質(zhì)類別的方法;第（3）小題幫助學(xué)生明確混合物沒有固定的組成所以沒有化學(xué)式。

【習(xí)題2】動手連連看：請將化學(xué)符號與對應(yīng)模型（見圖6）連接。

設(shè)計意圖：鞏固化學(xué)式中數(shù)字的意義。

【習(xí)題3】動手做一做：根據(jù)臭氧（03）、甲烷（CH，）的化學(xué)式，組裝分組模型。

設(shè)計意圖：學(xué)生通過動手組裝模型，能夠鞏固化學(xué)式與微觀粒子之間的聯(lián)系。同時，學(xué)生在組裝模型的過程中出現(xiàn)了新知識的生長點。學(xué)生在組裝臭氧分子時，出現(xiàn)了下面兩種結(jié)構(gòu)：

哪種結(jié)構(gòu)是臭氧分子真正的結(jié)構(gòu)呢？為什么同一化學(xué)式卻能拼裝出不同結(jié)構(gòu)的分子呢？學(xué)生在這種認(rèn)知沖突下，會領(lǐng)悟到：原來化學(xué)式有局限啊！化學(xué)式能表征物質(zhì)，能表征分子構(gòu)成，卻不能體現(xiàn)原子的排列方式，不能表征分子的結(jié)構(gòu)！

【習(xí)題4】動腦想一想：觀察標(biāo)簽（見圖7），你能獲得關(guān)于過氧化氫的哪些信息？

設(shè)計意圖：首先：此習(xí)題的設(shè)計可以讓學(xué)生明確：化學(xué)式并不只存在于化學(xué)世界，它在生活中有非常重要的應(yīng)用價值;其次：此習(xí)題可以鞏固H2Oz這一化學(xué)式的意義;最后：此習(xí)題可以成為新知識的生成點。學(xué)生通過識標(biāo)簽活動能獲得很多關(guān)于過氧化氫性質(zhì)的信息。比如：過氧化氫有腐蝕性。教師可以在此追問：過氧化氫和水都由氫、氧元素組成，為什么過氧化氫有腐蝕性而水卻沒有腐蝕性？學(xué)生在解決這一問題的過程中可以明確：分子是保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的微觀粒子。化學(xué)式不同，分子構(gòu)成不同，物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)不同。學(xué)生借此問題可以初步形成宏觀、微觀、符號相聯(lián)系的思維方式。

【盤點收獲】通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，你有哪些收獲？

【提升】在化學(xué)世界，我們從宏觀角度認(rèn)識物質(zhì)，從微觀角度認(rèn)識粒子，而化學(xué)式恰好架起了宏觀與微觀聯(lián)系的橋梁。宏觀、微觀、符號相聯(lián)系是化學(xué)學(xué)科中常用的思維方式。請同學(xué)們在今后的學(xué)習(xí)中有意識地運用這種思維方式。

五、教學(xué)反思

本節(jié)課化學(xué)式的學(xué)習(xí)，在化學(xué)語言的教學(xué)中占有很重要的地位，它有承上啟下的作用，是學(xué)生學(xué)好化學(xué)的基礎(chǔ)。化學(xué)語言這部分內(nèi)容距離學(xué)生的實際生活比較遠(yuǎn)，較抽象，既與宏觀物質(zhì)有著密切關(guān)系，還粗略表征了物質(zhì)的微觀構(gòu)成，導(dǎo)致學(xué)生很多概念容易混淆，因此會感覺學(xué)習(xí)很困難、枯燥而且復(fù)雜。為防止學(xué)生出現(xiàn)分化，教師要給學(xué)生提供充分的活動空間，幫助學(xué)生建構(gòu)宏觀、微觀、符號之間的聯(lián)系，并幫助學(xué)生用語言準(zhǔn)確地表述這些符號的含義，穩(wěn)扎穩(wěn)打，一步一個腳印地抓好每一個環(huán)節(jié)的落實。

化學(xué)式是化學(xué)學(xué)科通用的化學(xué)語言。它繼元素符號之后，成為化學(xué)學(xué)科最重要的化學(xué)語言，借助化學(xué)式，我們可以表示常見的物質(zhì)，并了解物質(zhì)的元素組成和微觀構(gòu)成，還可以借助化學(xué)式書寫化學(xué)方程式，用化學(xué)的方式描述化學(xué)變化。化學(xué)式的學(xué)習(xí)是承上啟下的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是學(xué)生學(xué)好化學(xué)的關(guān)鍵點，因此化學(xué)式的教學(xué)在初中化學(xué)教學(xué)中起著舉足輕重的作用。本節(jié)課充分利用宏觀物質(zhì)的照片、微觀粒子的圖示和模型，反復(fù)借助學(xué)生自主活動，幫助學(xué)生建立宏觀、微觀、符號之間的關(guān)系，為學(xué)生理解并準(zhǔn)確表述化學(xué)式的意義、后續(xù)理解化學(xué)方程式的內(nèi)涵奠定了堅實的基礎(chǔ)。

化學(xué)學(xué)科選擇化學(xué)式作為通用語言有其科學(xué)性的考慮。比如，元素符號和數(shù)字全球通用，化學(xué)式書寫簡單，意義豐富等。但是，化學(xué)式也有其局限性：化學(xué)式無法表征分子的結(jié)構(gòu)，這就出現(xiàn)了化學(xué)式相同但物質(zhì)不同的現(xiàn)象。本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計在原有教材上進行了適度突破，始終以學(xué)生活動為載體，既重視凸顯了化學(xué)式及其意義的教學(xué)，又兼顧了辯證認(rèn)識化學(xué)式局限性的教學(xué)。我們采用為熟悉物質(zhì)水、鐵、氯化鈉設(shè)計名片導(dǎo)人，學(xué)生通過對比找出了各種表征方式的優(yōu)劣，最終確定了使用H₂O、Fe、NaCl這種表征方式簡潔、直觀、且內(nèi)涵豐富的符號，由此奠定了化學(xué)式在學(xué)生心目中的位置。在后續(xù)的環(huán)節(jié)中，我們設(shè)計了很多有意思的小活動：根據(jù)圖片上的分子結(jié)構(gòu)，寫物質(zhì)的化學(xué)式;根據(jù)化學(xué)式，動手組裝分子模型;將化學(xué)式與微粒模型連連看;出示物質(zhì)標(biāo)簽，找到相關(guān)信息等，這些有趣且參與度極高的活動極大地提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，使抽象的化學(xué)式變得生動而且親切。在這一環(huán)節(jié)中，學(xué)生思維非常活躍，熱情高漲。尤其是根據(jù)化學(xué)式組裝分子模型環(huán)節(jié)，學(xué)生根據(jù)臭氧、甲烷的化學(xué)式組裝出的分子模型不唯一，引發(fā)了學(xué)生的思考，經(jīng)過這一認(rèn)知沖突將化學(xué)式的局限性順利地呈現(xiàn)并解釋原因，輕松地突破了認(rèn)知瓶頸。

在盤點收獲環(huán)節(jié)，學(xué)生們將本節(jié)課的知識、方法、價值無一遺漏地表達出來，表明本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)基本達成，效果很好。

參考文獻

[1]房宏.中學(xué)化學(xué)核心素養(yǎng)的構(gòu)成體系與培養(yǎng)策略[J].中小學(xué)教師培訓(xùn)，2016（6）：5-8