基于“宏觀辨識(shí)與微觀探析”素養(yǎng)發(fā)展的實(shí)驗(yàn)教學(xué)

沈偉云

摘要：“宏觀辨識(shí)與微觀探析”是化學(xué)核心素養(yǎng)的重要組成部分。實(shí)驗(yàn)是化學(xué)教學(xué)的基礎(chǔ)，結(jié)合初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)，提出了“聯(lián)系實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、建立微觀反應(yīng)模型，拓展實(shí)驗(yàn)探究、分析微觀科學(xué)本質(zhì)，推斷實(shí)驗(yàn)習(xí)題、加強(qiáng)宏微之間聯(lián)系，質(zhì)疑實(shí)驗(yàn)異常、開展宏微深度學(xué)習(xí)”等教學(xué)策略。

關(guān)鍵詞：宏觀辨識(shí)與微觀探析；核心素養(yǎng)；化學(xué)；實(shí)驗(yàn)

文章編號(hào)：1008-0546（2021）11-0091-02中圖分類號(hào)：G632.41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.11.023

*本文系2019年浙江省教育科學(xué)規(guī)劃課題立項(xiàng)“基于理性思維培養(yǎng)的初中科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究”編號(hào)：2019SC221階段性成果。

化學(xué)是一門從原子、分子水平研究物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、轉(zhuǎn)化及其應(yīng)用的基礎(chǔ)學(xué)科[1]，實(shí)驗(yàn)是初中化學(xué)的基礎(chǔ)，“宏觀辨識(shí)與微觀探析”是從分子、原子層次對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、能量轉(zhuǎn)變等及其相互關(guān)系的基本認(rèn)識(shí)，既是化學(xué)學(xué)科重要的觀念，又是化學(xué)問題解決的思維視角。[2]“宏觀辨識(shí)與微觀探析”是中學(xué)化學(xué)核心素養(yǎng)的重要組成部分，是化學(xué)學(xué)科最具特色的思維方式和觀察視角。

但目前初中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)仍在沿用2011版，尚未明確提出化學(xué)核心素養(yǎng)教學(xué)體系，又加上初中化學(xué)內(nèi)容少、淺，有關(guān)“宏觀辨識(shí)與微觀探析”素養(yǎng)培養(yǎng)方面的教學(xué)研究還有待深入。初中階段的化學(xué)學(xué)習(xí)具有啟蒙性、基礎(chǔ)性，是形成化學(xué)觀念、概念、技能等化學(xué)素養(yǎng)的關(guān)鍵時(shí)期。為此，基于化學(xué)實(shí)驗(yàn)的視角，滲透“宏觀辨識(shí)與微觀探析”素養(yǎng)的培養(yǎng)，是一項(xiàng)非常有必要和價(jià)值的教學(xué)實(shí)踐與探索。

一、聯(lián)系實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，建立微觀反應(yīng)模型

微粒觀是學(xué)生形成化學(xué)基本觀念的核心，通過微粒觀的教學(xué)，有助于學(xué)生建構(gòu)從微觀視角思考宏觀世界的化學(xué)觀。教師可通過初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合化學(xué)宏觀現(xiàn)象，建構(gòu)微粒模型去分析化學(xué)反應(yīng)實(shí)質(zhì)，促進(jìn)學(xué)生微粒觀的形成。

如水的電解，其宏觀現(xiàn)象是產(chǎn)生能燃燒并且產(chǎn)生淡藍(lán)色火焰的H2以及能使帶火星木條復(fù)燃的O2，而且H2和O2的體積比為2∶1，為了分析水電解的實(shí)質(zhì)，教師可引導(dǎo)學(xué)生建立水電解的模型，如圖1所示。從微觀視角分析，即水分子在通電條件下分解成氧原子、氫原子，然后再由氧原子結(jié)合成氧分子，氫原子結(jié)合成氫分子。

又如在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，鈉在氯氣中燃燒的電子得失、硫在氧氣中燃燒、制作甲烷的分子模型等等都可通過建構(gòu)微粒模型，分析物質(zhì)組成、化學(xué)反應(yīng)等宏觀現(xiàn)象。

通過引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)化學(xué)物質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)的模型，促使學(xué)生從微觀視角看待化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生基于微粒觀，解釋或者預(yù)測(cè)化學(xué)反應(yīng)的能力。教師可引導(dǎo)學(xué)生通過繪畫或者搭建、拆分、重組、展示微粒模型等學(xué)習(xí)活動(dòng)，使學(xué)習(xí)內(nèi)容生動(dòng)有趣、具體形象，培養(yǎng)學(xué)生“宏觀—微觀—符號(hào)”三重表征的思維方式。

二、拓展實(shí)驗(yàn)探究，分析微觀科學(xué)本質(zhì)

科學(xué)探究既是一種重要的學(xué)習(xí)方式，也是化學(xué)學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容?；瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)指出，化學(xué)探究的教學(xué)僅憑課堂教學(xué)是不夠的，應(yīng)將其延伸到課外綜合實(shí)踐活動(dòng)中去。教師可引導(dǎo)學(xué)生在教材實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)一步拓展探究，引導(dǎo)學(xué)生分析化學(xué)反應(yīng)的微觀實(shí)質(zhì)，探究化學(xué)科學(xué)本質(zhì)。

如教材中對(duì)于酸堿中和反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)是在NaOH稀溶液中滴加1滴酚酞溶液，變紅色，再滴加鹽酸，直至紅色剛好褪去來反映反應(yīng)發(fā)生。僅從宏觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的變化來判斷，沒有基于微觀視角思考。

為此，教師可作如下拓展：對(duì)Ba（OH）2溶液與HCl溶液混合實(shí)驗(yàn)進(jìn)行拓展探究。

怎樣證明H+、OH-發(fā)生反應(yīng)呢？

實(shí)驗(yàn)操作：在裝有6mL Ba（OH）2溶液的試管中加入6mL稀鹽酸，等分為2份。教師設(shè)置問題：（1）若要說明溶液中不存在大量的OH-，該如何操作？經(jīng)學(xué)生討論得出：滴入幾滴酚酞試液，若觀察到溶液呈無色，則說明不存在OH-；（2）若要說明H+參加了反應(yīng)又該如何操作？有學(xué)生提出，往混合液中滴加幾滴石蕊試液，觀察到變紅色，說明溶液中存在H+。有學(xué)生提出異議，這不能證明鹽酸中的H+參加了反應(yīng)。經(jīng)討論，進(jìn)一步的探究方案如下：①把足量的鎂片放入盛有另一份混合液的試管中。②取3mL水和3mL相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的稀鹽酸加入另一支試管中，放入同樣的鎂片，觀察到第①步產(chǎn)生氣體速度比第②步慢，由此可證明原混合液中的H+參加了反應(yīng)。

教材實(shí)驗(yàn)是從宏觀角度來判斷酸和堿反應(yīng)了，中和發(fā)生。而該實(shí)驗(yàn)通過拓展探究，基于微觀視角從H+、OH-離子的角度來說明酸與堿反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是H+與OH-發(fā)生反應(yīng)生成了水，培養(yǎng)了學(xué)生從微觀視角解釋問題的能力。

三、推斷實(shí)驗(yàn)習(xí)題，加強(qiáng)宏微之間聯(lián)系

“宏觀一微觀”思維方式作為一種統(tǒng)攝性的、突出學(xué)科特點(diǎn)的整體性思維方式為人們提供了觀察和分析問題的基點(diǎn)和視角[4]。化學(xué)實(shí)驗(yàn)推斷試題，是常見的一類試題，教師可根據(jù)溶液反應(yīng)的宏觀現(xiàn)象，推斷離子組成，進(jìn)而加強(qiáng)宏觀與微觀之間的關(guān)系。

溶液之間的化學(xué)反應(yīng)常常會(huì)出現(xiàn)沉淀、氣體等宏觀現(xiàn)象，究其實(shí)質(zhì)，是離子之間的結(jié)合。通過引導(dǎo)學(xué)生解析實(shí)驗(yàn)推斷問題，不僅有助于培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理和模型認(rèn)知”的科學(xué)思維，也有利于促進(jìn)學(xué)生“宏觀辨識(shí)與微觀探析”素養(yǎng)的發(fā)展。

四、質(zhì)疑實(shí)驗(yàn)異常，開展宏微深度學(xué)習(xí)

實(shí)驗(yàn)異常是化學(xué)教學(xué)的“挫折”，往往會(huì)阻礙化學(xué)結(jié)論規(guī)律的順利得出，但又是重要的不可忽視的教學(xué)資源，有利于學(xué)生批判性思維的發(fā)展。實(shí)驗(yàn)異常往往指宏觀現(xiàn)象，初中階段其解釋一般停留在宏觀層面，若基于微觀視角進(jìn)行分析，不僅有助于增強(qiáng)學(xué)生的宏微表征能力，也有利于開展化學(xué)的深度學(xué)習(xí)。

如將一小塊鈉投入到硫酸銅溶液中，出現(xiàn)鈉熔化燃燒，發(fā)生嘶嘶聲音，游走，生成藍(lán)色沉淀等現(xiàn)象。為什么鈉與硫酸銅溶液沒有發(fā)生置換反應(yīng)生成銅呢？

化學(xué)的特征是引導(dǎo)學(xué)生基于微觀視角認(rèn)識(shí)物質(zhì)的性質(zhì)及其變化。在對(duì)實(shí)驗(yàn)異常現(xiàn)象進(jìn)行分析時(shí)，教師也要積極鼓勵(lì)學(xué)生基于微觀角度進(jìn)行思考，究其原因，發(fā)展學(xué)生“宏觀辨識(shí)與微觀探析”的核心素養(yǎng)。

化學(xué)從本質(zhì)上來說是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，三重表征的學(xué)習(xí)也離不開實(shí)驗(yàn)。約翰斯頓認(rèn)為，在解釋微觀世界和理論之前，一定要讓學(xué)生有一定的宏觀認(rèn)識(shí)，并且這種宏觀認(rèn)識(shí)的材料提供得越多，越有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)[5]。作為初中學(xué)生，邏輯思維能力還較為薄弱，從宏觀辨識(shí)轉(zhuǎn)換到微觀表征，還存在一定的困難，為此，通過實(shí)驗(yàn)，豐富學(xué)生宏觀表征體驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)知，然后教師要有意識(shí)引導(dǎo)學(xué)生將宏觀現(xiàn)象與微觀結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來，促進(jìn)學(xué)生“宏觀辨識(shí)與微觀探析”素養(yǎng)的發(fā)展，提高學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1]韓梅.高中化學(xué)學(xué)科中的社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)內(nèi)涵及課程內(nèi)容指向探析——以必修課程為例[J].化學(xué)教學(xué)2020（2）：9-13

[2]吳星.對(duì)高中化學(xué)核心素養(yǎng)的認(rèn)識(shí)[J].化學(xué)教學(xué)，2017（5）：4-5

[3]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018

[4]張園園.化學(xué)學(xué)科“宏觀-微觀”思維方式研究[D].濟(jì)南：山東師范大學(xué)，2007

[5]張丙香，畢華林.化學(xué)三重表征的含義及其教學(xué)策略[J].中國(guó)教育學(xué)刊，2013（2）：73-76