初中生化學視角培養(yǎng)的教學實踐與思考

周映梅 王國崢

摘要：培養(yǎng)學生從化學視角認識物質(zhì)及其變化，是“高中課標”的“宏觀辨識與微觀探析”學科核心素養(yǎng)“落地”的具體體現(xiàn)。以“水的組成”教學為例，闡述了將化學視角的培養(yǎng)融入課堂教學的一些教學實踐與體會。

關鍵詞：化學視角;物質(zhì)變化;水的組成;實踐思考

文章編號：1008-0546（2020）11-0006-04 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.11.002

一、問題的提出

一個具有基本科學素養(yǎng)的社會公民應該具備從多視角觀察和分析事物的能力，視角的形成及其品質(zhì)依賴于在義務教育階段所接受的基礎教育內(nèi)容與程度?！读x務教育化學課程標準（2011年版）》（以下簡稱為“初中課標”）明確指出：“使學生從化學的角度初步認識物質(zhì)世界，提高學生運用化學知識和科學方法分析、解決簡單問題的能力，為學生的發(fā)展奠定必要的基礎”。培養(yǎng)初中生從化學視角理解、認識、解釋一些自然現(xiàn)象，不僅是化學課程的教學目標之一，也是貫徹落實《普通高中化學課程標準（2017年版）》（以下簡稱為“高中課標”）提出的“宏觀辨識與微觀探析”學科核心素養(yǎng)的重要舉措。所謂“化學視角”，梁永平教授認為即是從原子、分子等微觀水平理解宏觀變化，解釋宏觀變化的能力?！俺踔姓n標”規(guī)定的5個主題內(nèi)容之一“物質(zhì)構成的奧秘”，與“高中課標”提出的“宏觀辨識與微觀探析”學科核心素養(yǎng)是一脈相承的，是培養(yǎng)學生基于微觀視角認識物質(zhì)及其宏觀變化的一種獨特的認知方式，是初中生形成“化學視角”的重要載體與主要教學內(nèi)容。初中生的心理年齡特征表明了抽象思維還處于發(fā)展之中，仍然以形象思維為主，因此，從微觀層面認識物質(zhì)及其宏觀變化成了初中化學教學的難點所在，也是初中生學習化學的第一個“分化點”所在。如何讓初中生形成“化學視角”，善于從分子——原子的角度認識物質(zhì)及其宏觀變化呢？現(xiàn)以“身邊的化學物質(zhì)”教學主題中的“水的組成”為例，談一些自身的教學實踐與思考，以期與同行們共同探討學科核心素養(yǎng)在義務教育階段化學課程中的“落地”“落實”。

二、培養(yǎng)學生化學視角的教學實踐

1.“水的組成”教學背景及教材分析

初中化學課程中所涉及的化學物質(zhì)中，學生對水的感觸最為深刻。它既不像空氣、氧氣、二氧化碳那樣，雖一切動植物都離不開這些氣體，也看不見摸不著、是游離不定;也不像溶液、金屬等物質(zhì)那樣，雖經(jīng)常觸及、司空見慣，卻又不甚了解。生命對于水的依賴，學生每時每刻都能深切感受得到。學生對于水的認識除了生活以外，還能從相鄰學科的學習中略有所知，譬如：語文學科中“日出江花紅勝火，春來江水綠如藍”的詩句;物理學科從水的顏色、密度及三態(tài)變化的角度認識水;生物學科中的水在生物體運輸營養(yǎng)、新陳代謝過程中所起的作用……等，均說明學生在學習“水的組成”之前對水已經(jīng)形成一些前概念的認識，但這些知識是零散、淺層次的。幫助學生從化學視角認識水，從本質(zhì)上掌握水的組成及其分解的微觀變化，是這一節(jié)教學的重要內(nèi)容與主要目標。

滬教版九年級化學教材在“水的組成”之前已經(jīng)編排了氧氣、二氧化碳等教學內(nèi)容，學生對物質(zhì)變化的概念有了宏觀上的認識;經(jīng)過第1章第3節(jié)“學習化學需要使用化學符號”的學習，頭腦中初步有了“元素”的概念;還經(jīng)歷過研究碳酸氫銨、蠟燭、氧氣、二氧化碳等物質(zhì)性質(zhì)及其宏觀變化的一般探究過程，但缺乏從微觀的視角認識物質(zhì)及其變化的本質(zhì)認識，還不能從微觀層面上解釋宏觀變化現(xiàn)象。而“水的組成”正是引導學生“從化學視角、用化學的方法和思路來認識物質(zhì)的組成、性質(zhì)、用途和變化，體悟認識和研究物質(zhì)性質(zhì)的思維、方法和途徑”，是第3章“物質(zhì)構成的奧秘”主題教學的“序曲”，是學生建構“原子”“分子”概念的基石，學生對水的組成及其變化的認知與內(nèi)化，將有助于學好“原子”“分子”“化合價”等抽象概念，實現(xiàn)化學學習第一個“分化點”的跨越。

2.教學活動及設計意圖

環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設情境，引入新課—一水還能再分嗎？

師：水是我們身邊最熟悉的物質(zhì)，關于水，你已經(jīng)知道哪些知識？

生A：水是無色無味的液體，水的密度為1g/cm³、1標準大氣壓下沸點為100°C;人體質(zhì)量的70%左右是水;水是人體不可或缺的營養(yǎng)物質(zhì)……

師：大家說得非常好，知道這么多關于水的知識及水在生活中的應用。這么熟悉的物質(zhì)，古代先輩們又是怎么認為的呢？

生B：大干世界是由“金木水火土”組成的。

師：對了，古代先輩們認為水是組成世界物質(zhì)的一種元素，其實不僅在古代的中國，西方先輩們也認為水是生命之源，希臘哲學家泰勒斯認為“萬物由水生成”。古先輩們認為水是一種不可再分的元素，我們本節(jié)課的學習任務就是探究水是否可以再分？水是否為組成物質(zhì)世界的一種元素？

設計意圖：引導學生從多種角度觀察水，提出水是否為一種元素、是否可分，與學生已有的前概念認識產(chǎn)生“認知沖突”，在原有認識水的視角的基礎上，為學生提供一個新的視角——化學視角認識物質(zhì)，激發(fā)學習興趣，幫助學生建立物質(zhì)觀、微粒觀，為培養(yǎng)化學視角提供可能。

環(huán)節(jié)二：思維碰撞，實驗驗證——如果你是科學家。

師：如果你是科學家，要證明水是否為組成物質(zhì)世界的一種元素，你有什么思路？

生A：元素不可再分，如果證明水可以再分，就說明水不是一種元素，或證明水中含有其他元素。

師：如何證明水是否可以再分，或水中含有其他元素呢？

生B：給水一種很大的力，就像切水果那樣，看它能不能分開。

師：如果把一滴水分成兩滴水，就能說明水不是一種元素嗎？

生C：不是，要看水是否能分成不是水的物質(zhì)。

師：也就是要證明水能分解成新的物質(zhì)？

設計意圖：通過設問和追問，引導和啟發(fā)學生像科學家那樣去思考，從化學視角考慮水能不能再分、怎么分、分成什么樣，是一滴水分成兩滴水，還是分解生成新物質(zhì)，從本質(zhì)上思考這兩種變化的不同，讓學生從變化的視角認識物質(zhì)，初步建構“變化觀”。

師：大家都有用電水壺燒水的經(jīng)驗，電力已經(jīng)足夠強大了，水煮沸這個過程是什么變化？水分成其他物質(zhì)了嗎？

生A：水煮沸了但是水還是水，沒有分成其他物質(zhì)。

師：燒開水僅是給水提供熱能，老師這里有一個裝置，直接給水通電，看看有什么現(xiàn)象發(fā)生。

（教師指導學生電解水分組實驗，學生描述實驗現(xiàn)象，并驗證兩極氣體。）

師：給水通電得到了氫氣和氧氣，我們把這個過程叫做水的電解。根據(jù)之前的學習，我們知道氫氣和氧氣分別是由什么元素組成的？

生B：氫氣是由氫元素組成的，氧氣是由氧元素組成的。

師：那水分解生成氫氣和氧氣，你覺得水中含有什么元素？為什么？

生c：根據(jù)在化學反應前后組成物質(zhì)的元素種類不發(fā)生改變，所以水是由氫、氧兩種元素組成的。

設計意圖：從變化角度比較水的煮沸和水的電解兩個過程，讓學生用自己的語言描述其變化，嘗試從化學視角觀察物質(zhì)變化。通過電解水實驗，知道水在一定條件下可以發(fā)生化學變化，為研究水的組成提供化學視角和思路。通過水電解生成氫氣、氧氣，得出水由氫、氧元素組成的結論，培養(yǎng)學生基于證據(jù)推理的邏輯思維能力，初步建立元素觀、守恒觀，為化學視角的形成奠定基礎。

環(huán)節(jié)三：模型建構，微觀探析——“我是一個水分子”。

師：同學們通過剛剛的實驗得出了水是由氫、氧兩種元素組成的結論。那你們是否好奇水中氫元素和氧元素的量是怎樣的，會不會有什么比例關系呢？剛剛我們做的實驗中有一個數(shù)字很值得關注，幾乎所有小組都得出氫氣和氧氣的體積比為2：1，老師給大家一個信息：相同條件下氣體的體積和分子個數(shù)成正比，基于此，你有什么想法？

生：氫氣和氧氣體積比為2：1，那么氫氣微粒和氧氣微粒的個數(shù)比也是2：1。（教師啟發(fā)學生寫出水的化學式）

師：觀察水微粒的結構模型，可以想象，水在電解時其實就是水微粒中的氫、氧微粒互相分開，每兩個氫微粒結合成一個氫氣微粒，每兩個氧微粒結合成一個氧氣微粒。

（教師展示水分子結構模型，動手拆開水分子，再組合成氫分子、氧分子，給學生觀看水電解的動畫視頻）

師：請同學們用自己的身體模擬一下水微粒的組成及分解，2只握成的拳頭表示2個氫微粒，腦袋表示1個氧微粒，把2個拳頭放在腦袋的兩邊，扮演一個水微粒。每2名同學為一組。

設計意圖：通過展示分子結構模型、播放動畫視頻、學生用自己的身軀模擬扮演等方式，讓學生“看得見”水分子和水電解的微觀分解過程，引導學生用化學的眼光認識水，用化學的思維理解水發(fā)生的化學變化。通過這一環(huán)節(jié)的教學，當學生看見一杯水，不僅知道它是無色、無味的液體，還能“看見”氫元素、氧元素，還能感悟一滴水是由無數(shù)個水分子聚集在一起;也能“看見”水分子的分解及氫、氧原子的重新組合，由此初步建構“微粒觀”“守恒觀”和“元素觀”。

環(huán)節(jié)四：歷史回眸，另辟蹊徑——還有其他方法嗎？

師：同學們從分解物質(zhì)的角度出發(fā)，通過電解水實驗證明了水是由氫、氧元素組成的。是否還有其他方法能夠證明水的組成？

師：法國化學家拉瓦錫在研究空氣成分時，曾做過一個實驗：在密閉容器中加熱金屬汞，得到了一種紅色物質(zhì)（氧化汞），同學們能分析出氧化汞的元素組成情況嗎？

生A：金屬汞放置在密閉容器中即為汞與空氣中的氧氣反應。汞是由汞元素組成的，氧氣是由氧元素組成的，化學反應前后元素不變，所以，氧化汞是由氧元素和汞元素組成的。

師：反思這個實驗你想到了什么，能否另辟蹊徑，證明水的組成？

生B：如果有其他幾種物質(zhì)發(fā)生化學變化，合成水就可以證明水不是一種元素。

師：生成水會有什么現(xiàn)象？

生c：（回憶電解水實驗中驗證負極氣體的現(xiàn)象）能看見小水珠……

師：根據(jù)化學反應前后物質(zhì)元素種類不變，所以，由氫氣燃燒生成水可以得出水是由氫、氧元素組成的結論。其實早在18世紀60年代，科學家卡文迪許和普利斯特里就分別根據(jù)氫氣燃燒產(chǎn)生水而證實水不是一種不可再分的元素，后來拉瓦錫又通過電解水實驗驗證了水的元素組成。（教師演示氫氣燃燒實驗）

設計意圖：通過拉瓦錫測定空氣中氧氣含量的這一經(jīng)典實驗啟發(fā)學生從另一個角度來思考驗證水組成的方法，認識到在一定條件下物質(zhì)之間可以相互轉(zhuǎn)化，并理解化合和分解是研究物質(zhì)組成的兩種重要方法，幫助學生逐步建立“轉(zhuǎn)化觀”。

三、教學思考

1.在觀察生活的物質(zhì)變化中培養(yǎng)化學視角

教師除了系統(tǒng)地傳授學科知識，更需要有意識地引導學生用化學的視角聯(lián)系生活、觀察生活中的物質(zhì)變化。例如，在學習“水的組成”之前，學生未曾從化學的視角思考過“水是否可以再分”“水是由什么組成的”，在教學中設計“水能不能分”“怎么分”“分成什么樣”等“問題串”進行追問，幫助學生初步建立起“物質(zhì)觀”“元素觀”和“變化觀”，這些基本化學觀念的建構為化學視角的形成提供了基礎。再如，鐵制品的生銹，是否能聯(lián)想到構成鐵的鐵原子是在潮濕的環(huán)境下，與氧氣分子發(fā)生了化學反應，如何才能有效防止鐵制品的生銹，廢棄的鐵制品是否具有回收再利用的價值，鋁制品為什么比鐵制品的抗腐蝕性好……這些生活中的常見現(xiàn)象，蘊含了豐富的化學知識和思想，都可以有意識地從化學的視角引導學生關注，研究其變化，在激發(fā)并保護學生對自然現(xiàn)象好奇心的同時，鼓勵他們調(diào)用腦海中的化學知識認識物質(zhì)及其變化，形成一種思維習慣，學生一旦習得了這種化學視角和學科意識，對他們今后的學習和生活都能產(chǎn)生積極有益的影響與作用。

2.在與學生的思維互動中培養(yǎng)化學視角

化學視角的形成不是僅僅依靠識記化學原理或化學用語就能達成，而是需要教師在長期的教學過程中高質(zhì)量地設計問題、巧妙引導和恰到好處地啟發(fā)，與學生開展深層次的思維碰撞，把化學視角的培養(yǎng)融人到每一節(jié)課的教學之中，在潛移默化中讓初中生獲得這樣的認知：世界上的物質(zhì)都是由極其微小的微粒構成的，構成物質(zhì)的微粒有分子、原子、離子等，物質(zhì)發(fā)生化學變化的本質(zhì)原因是分子的再分和原子的重組，化學反應前后元素守恒，元素是組成物質(zhì)世界的基本單元。例如“水的組成”的教學，設計“根據(jù)水電解生成氫氣和氧氣這一現(xiàn)象，為什么就能得出水是由氫、氧元素組成的結論？”“能不能說水是由氫氣、氧氣組成的？”等問題，讓學生經(jīng)歷疑問、反思、頓悟這一思考過程，認識到物質(zhì)是由元素組成的;物質(zhì)之間可以相互轉(zhuǎn)化;化學變化前后物質(zhì)組成元素不變、原子不變，變化的是構成物質(zhì)的分子，能透過宏觀現(xiàn)象看到其背后的微觀本質(zhì)。又如，觀察到水電解和水蒸發(fā)兩個實驗現(xiàn)象時，腦海中能無意識地浮現(xiàn)出兩個變化過程中微粒的變化之迥異，能清楚認識到“什么沒變，什么變了、怎么變的”，逐步從化學的視角分析水電解和水蒸發(fā)的變化本質(zhì)上的差異，建立“元素觀”“守恒觀”和“變化觀”等學科觀念。

3.化學視角的培養(yǎng)是一個循序漸進的過程

初中生化學視角的形成不是一蹴而就的，它是基于化學學科知識的習得和化學學科獨特的認知方式和思維方式的形成，依賴教師的不斷引導和學生越發(fā)自主地從化學視角看待問題的思維習慣，是一個循序漸進、登高自卑的過程。需要教師立足學科教學整體的高度，深度挖掘每一個知識點背后隱藏的教學資源，不擇時機地在有限的課堂教學中，有意培養(yǎng)學生從化學視角認識物質(zhì)的組成、性質(zhì)、變化及其之間的聯(lián)系。教師要幫助學生將知識和思維有機統(tǒng)一，將物質(zhì)的宏觀辨識與微觀本質(zhì)認識有機融合，在日積月累的學科教學養(yǎng)育和學科素養(yǎng)滲透中，逐漸提升從化學視角觀察、理解物質(zhì)世界及其變化的素養(yǎng)與能力。中考也許不會直接考問學生的化學視角，但從學生的可持續(xù)發(fā)展的維度說，培養(yǎng)學生善于從化學視角分析問題、解決問題，遠遠勝過一兩個化學概念的記憶、一兩條化學用語的默寫、一兩道化學試題的訓練，這或許就是“漁”的效應，學生將終身受益，一輩子享用不盡。