基于發展化學學科核心養的案例研究

蔡雙兵

摘要：分子和原子概念，是初中階段從微觀角度解決問題的核心知識，屬于深層學習目標。人教版“分子可以分為原子”的教學，常用看動畫建構概念，這種淺層學習效果低下。教學設計過程需厘清基礎，注重真實情境、真實探究，著力發展學科核心素養。

關鍵詞：初中化學;核心素養;真實情境;真探究

文章編號：1008-0546（2020）02-0052-04 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.02.016

“分子可以分為原子”是人教版九年級化學第三單元“課題1分子和原子”的教學內容。通過研究教材，觀摩2015年江蘇省初中化學優質課“分子和原子”的評比可以看出，教學中一般把這一部分內容放入第二課時進行?？磩赢嫿嫹肿雍驮痈拍钍浅Ｓ玫姆椒āＶ煅┣倮蠋煂眠@種方法的教學后測表明“一個班級中有87.6%甚至更多的學生在學習之后仍對分子和原子的概念不理解”。分子和原子概念，是初中階段從微觀角度解決問題的核心知識，屬于深層學習目標。教學中，播放動畫，學生被動接受，機械記憶，這種淺層學習方式，必然是低階思維能力的獲得。所以，在教學過程中，以與新知識聯系的、與學生經驗融合的復雜問題為主線，以探究為主要學習形式，才能促進學生高階思維能力的發展。

一、厘清學生基礎，找準發展核心素養的著力點

1.整合資源，關注啟蒙，學科知識是發展學科核心素養的基本載體

奧蘇貝爾說，影響學生學習最重要的因素是學生的已知。

認識學生基礎，利于新知建構?！氨３治镔|化學性質的最小微?！笔侨私贪姘四昙壩锢韺Ψ肿痈拍畹谋硎觥８拍钍菍Ψ从硨ο蟮谋举|屬性的思維形式。學生在八年級還未了解化學性質的涵義，亦不可能抽象概括出分子概念。對全校239名學生對分子概念認識的抽樣中，知道（11人，4.6%）、能說出（1人，0.4%）、理解（0人，0%）。鑒于學科要求的不同，需認清“教材已有≠已學≠已會”。

真實情境，身邊物質，利于探究。引導學生認識和探究身邊的化學物質，了解化學變化的奧秘，是化學啟蒙教育的重要內容。課程開展恰逢中秋，冰激凌月餅（或雪月餅）是時下新奇且常見的物品。包裝盒中的干冰，是學生早有耳聞但極少見的物質。對239份抽樣中，知道干冰升華吸熱有236人（98.7%），知道二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁的有231人（96.7%）。因此，可以設計以冰激凌月餅、干冰升華為情境，結合氧氣、二氧化碳性質的探究活動。

化學學習的初始階段，掌握幾種常見物質的化學式，能有效激發學生的學習興趣。因此，在前面的教學過程中，要有意識進行常見物質化學式的傳授，如水（H2O）、二氧化碳（CO2）、氧氣（O2）等，便于分子模型的搭建，亦有利于三重表征的初步統一。

2.紙上談兵，莫如動手實踐，真探究是發展學科核心素養的重要途徑

原子論到分子學說，是阿伏伽德羅尊重蓋·呂薩克大量實驗基礎上建立的氣體化合體積定律的一種理性分析。我們往往教給學生分析結果，常常忽略最有教育價值的分析過程?？磶讉€動畫，是無法體會從阿伏伽德羅第一次提出分子論，直到五十年之后才被科學界接受的曲折過程。缺失的是重要的科學精神。

教材提供氧化汞分子分解示意圖。反應前，畫了兩個氧化汞分子。反應后，生成一個氧分子和兩個汞原子。伴隨新媒體的運用，教師一般把它設計成flash動畫，看動畫建構分子、原子概念。媒體改變并未帶來思維質變。這種淺層學習過程，學生缺少必要的反思。學生亦不會理解或提出疑問，為什么反應前是兩個氧化汞分子，而不是一個或者三個，若是四個又會怎么樣呢？

若是只給學生一個氧化汞分子，能否生成一個汞原子和一個氧分子呢？學生若能探究出粒子的個數比為一個定值，是不是也能慢慢理解宏觀現象下的一種微觀必然呢？

探究是一種學習方法。不能簡單認為“實驗才是探究學習的唯一途徑”。任何建立在理性思考下的嘗試都可以看做是探究活動。若能把看動畫變成做動畫，亦是探究性學習。

二、教學設計

1.真實情境，化學視角，理解物理變化時分子的變化情況

[師]展示某品牌“雪月餅”。

中秋佳節，在品嘗一種雪月餅時，見證了一種神奇。請看，月餅盒里放置干冰。知道為什么嗎？

[生]干冰升華吸熱，溫度降低，使雪月餅保存時間長。

[師]今天，我們從化學視角來認識“干冰升華”。

設問：“干冰升華”屬于什么變化？請用微粒的觀點解釋。

[生]回答：干冰升華屬于物理變化，二氧化碳由固態變成氣態，二氧化碳分子間隔變大。

2.三種表征，自搭模型，認識分子和原子聯系

[師]二氧化碳分子還可以用符號或模型表示，見表1。

[師]請解釋一下二氧化碳分子模型的涵義。

[生]一個二氧化碳分子由一個碳原子和兩個氧原子構成。

[師]若用紅色磁性貼表示碳原子、橙色磁性貼表示氧原子，請大家試著搭建二氧化碳分子模型。

[生]搭建二氧化碳分子模型。

[師]若用“●●●●”四種不同規格的磁性貼分別表示氫原子、氯原子、氧原子、汞原子，小組內同學合作，在小白板上搭建分子模型。同時填寫表2。

[師]請同學們用分子模型表示干冰升華的過程。

3.實驗探究，歸納對比，建立分子概念

問題：干冰升華，分子間隔改變，物質物理性質改變，化學性質是否改變呢？

[師]請設計實驗，驗證猜想。

[生]設計實驗，進行探究，得出結論。如表3。

[師]追問：分子改變，物質的化學性質是否就改變呢？

[生]繼續探究，如表4。

[師]“由分子構成的物質，分子是保持其化學性質的最小粒子”，怎么理解？

[生]由分子構成的物質，分子不變，物質的化學性質保持不變;分子改變，物質的化學性質改變。

4.小組合作，自作動畫，建立原子概念

問題：物質發生化學變化時，分子如何變成新分子？

（1）探究1：氫氣在氯氣中燃燒生成氯化氫的分子變化。

[師]請小組合作，利用搭建的分子模型探究化學變化中的分子變化：

[師]設問①這個變化中，發生變化的是分子還是原子？（可從種類、個數角度分析）

②1個氫分子和1個氯分子生成幾個氯化氫分子？

若生成4個氯化氫分子，需要氫分子和氯分子個數是多少？

氫氣分子、氯氣分子、氯化氫分子個數間有什么關系？

[生]討論，分析。

[師]引導學生歸納總結。

（2）探究2：氧化汞分解過程中的分子變化。

[師]請同學們利用分子模型，繼續探究：

③有人說：原子是化學變化中的最小粒子，如何理解？

5.科學故事，充分挖掘科學史的教育功能

[師]科學故事：科學界認識分子經歷了曲折。

1803年，英國科學家約翰·道爾頓提出原子概念，物質由不可分的微?！訕嫵?，原子在一切化學變化中是不可再分的最小單元。

1808年，法國科學家蓋·呂薩克根據自己的實驗，結合道爾頓的原子理論，提出：同溫同壓下，相同體積的氣體中含有相同的原子個數。遭到了道爾頓的強烈反對。

1811年，意大利科學家阿伏伽德羅發現了兩者爭論的焦點，并根據蓋·呂薩克的實驗，提出假設：物質是由分子構成的，分子是由原子構成的，并大膽提出假設，氫氣分子、氯氣分子是由兩個原子構成的，并把蓋·呂薩克的研究成果修正為“同溫同壓下，相同體積的氣體中含有相同的分子個數”。

如表5所示，阿伏伽德羅理論解決了蓋·呂薩克理論與道爾頓理論矛盾的焦點，即：依據蓋·呂薩克理論，半個氫原子+半個氯原子結合成一個氯化氫復合原子，這與道爾頓“原子在一切化學變化中是不可再分”的理論相違背。

遺憾的是，此后五十年里，阿伏伽德羅的理論并未得到大多數科學家的認同，直到他去世的第二年，分子理論才被學界接受。

6.理性拓展，為學生的后續學習服務

[師]問題：若我們的分子結構真如我們今天用磁性貼表示的那樣，在現實生活中會出現什么情況呢？如：分子是不停運動的，有原子構成的分子會出現什么情況呢？氫氣和氯氣的反應為什么要點燃呢？

[生]討論、分析。

總結本節課知識。

三、教學反思

1.基于學生基礎，追求應然和實然的統一

核心素養的培養基于核心知識的掌握。拋棄“相關學科課本已經出現，學生應該已經掌握”的固有思維?；趯W情的目標確立和方法的選擇有助于知識的掌握。生活常識，已有知識，能力水平課前充分了解，方能達到應然和實然的統一。

2.基于科學史實，追求新時代的科學精神

通過教科書來了解科學，學生往往以為科學的理論是與生俱來的正確，是萬古不變的永恒真理?？茖W的發展，常是正確與謬誤的交織。事實上，原子論到分子學說的提出，是基于大量實驗事實基礎上的一種理性思維，同時也是對權威的一種批判質疑?？茖W史上生動的事例，能讓學生體會科學家對真理的執著和追求，感受科學探究的艱辛和曲折，亦培養了勇于探究的科學精神。基于科學史實的教學，能培養學生新時代科學精神。

3.基于科學探究，追求學會學習的能力培養

善學的重要表現是善于思考。具有邏輯結構的教學內容能幫助學生從感性到理性認識的升華。如本節課的設計過程中，真實情境引入：雪月餅冷藏用干冰一引出探究主題：化學視角看干冰。探究后明確：構成物質分子未變，物質的物理性質改變了一引出新問題：分子未變，物質化學性質改變嗎？探究后明確：分子未變，化學性質未改變一引出新問題：若分子改變，化學性質改變嗎？探究后明確：化學變化中，分子改變，化學性質改變一引出新問題：化學變化中，分子是如何改變的呢？探究后明確：分子破裂，原子重組→新問題：反思，剛才的一系列探究有沒有問題？

具有邏輯結構的知識易形成問題串，課堂教學活動易形成探究鏈。大量真探究，能有效激發學生學習興趣，培養學生動手能力，鍛煉學生思維能力，最終有利于培養學會學習的能力。

4.適當理性拓展，追求學生思維能力的培養

教學設計過程中，有一些問題值得我們探討。如：（1）用磁性貼搭建分子模型是否合適？（2）是否有必要引入道爾頓、蓋·呂薩克、阿伏伽德羅關于分子一原子論的爭論，尤其是蓋·呂薩克的氣體化合體積定律？（3）是否有必要探究化學變化過程中粒子的個數比值？（4）是否有必要拓展，讓學生認識構成分子的原子和原子之間有個力的作用？

學習是循序漸進的。若我們用球棍模型來表示分子，學生是否理解棍的涵義？現階段用磁性貼表示分子結構，應該算是比較妥當的。理性拓展，對將來化學鍵和活化能的學習有所鋪墊。對于氣體化合體積定律，現階段并不要求學生掌握它?？梢运伎迹滩闹须娊馑骄克慕M成，生成的氫氣和氧氣的體積之比為2：1。這個真實存在的現象，對我們研究水的組成有什么幫助？至少，我們應該要讓學生知道，宏觀情況的氣體體積暗含著微觀粒子的個數的某些關系。這對高中學習阿伏伽德羅定律應該有些幫助。