“構(gòu)成物質(zhì)的基本微粒”教學(xué)設(shè)計(jì)的重構(gòu)和反思

沈紅英

摘要：“構(gòu)成物質(zhì)的基本微粒”是引導(dǎo)學(xué)生從宏觀知識(shí)進(jìn)入微觀知識(shí)學(xué)習(xí)的起點(diǎn)。將近幾年發(fā)表的與此有關(guān)的教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行了對(duì)比，找出問(wèn)題所在，對(duì)該內(nèi)容的教學(xué)進(jìn)行了重構(gòu)，并對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)中某些問(wèn)題進(jìn)行了反思。

關(guān)鍵詞：微粒;基本性質(zhì);對(duì)比;重構(gòu);反思

文章編號(hào)：1008-0546（2021）01-0034-05

中圖分類號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.01.010

化學(xué)幫助人類正確認(rèn)識(shí)物質(zhì)，要從本質(zhì)上了解物質(zhì)及其變化，就要知道物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)。學(xué)習(xí)并深入研究化學(xué)必須要經(jīng)歷從宏觀辨識(shí)到微觀探析的過(guò)程，只有構(gòu)建了“微粒觀”，學(xué)生才能掌握化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)。“物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”一章是學(xué)生從微觀視角認(rèn)識(shí)物質(zhì)的開(kāi)篇，學(xué)生已經(jīng)熟悉了“氧氣、二氧化碳、水”的性質(zhì)及可能發(fā)生的變化，通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，有助于學(xué)生從微觀層面了解物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)，進(jìn)而理解化學(xué)反應(yīng)的微觀實(shí)質(zhì)。“構(gòu)成物質(zhì)的基本微粒”作為進(jìn)入微觀世界學(xué)習(xí)的起點(diǎn)，主要闡述了微粒的基本性質(zhì)。對(duì)初中生來(lái)說(shuō)，微觀世界很抽象，很難有直觀感受，引導(dǎo)學(xué)生從宏觀知識(shí)進(jìn)入微觀知識(shí)的學(xué)習(xí)是教學(xué)的關(guān)鍵。因此“微粒”的教學(xué)要盡可能從學(xué)生能接觸到的生活事件或物質(zhì)作為教學(xué)活動(dòng)的素材，充分利用教材上的資源，如一些圖片，制作成動(dòng)畫模擬，形成感性認(rèn)識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生觀察、分析，“宏微結(jié)合，建立宏觀現(xiàn)象與微觀本質(zhì)之間的聯(lián)系，發(fā)展學(xué)生的化學(xué)科學(xué)思維方式”[1]。

一、近幾年該課題教學(xué)設(shè)計(jì)的對(duì)比和分析

筆者查閱了近幾年一些雜志上發(fā)表的與“構(gòu)成物質(zhì)的基本微粒”教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的教學(xué)論文。人教版的課題是“分子和原子”，滬教版的課題是“構(gòu)成物質(zhì)的基本微粒”，主要都是圍繞“微粒很小、微粒在不斷運(yùn)動(dòng)、微粒之間有空隙”展開(kāi)論述的。

1.不同版本教材對(duì)于微粒基本性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

人教版教材關(guān)于該教學(xué)內(nèi)容有如下實(shí)驗(yàn)2]：

[實(shí)驗(yàn)1]向盛有水的小燒杯中加入少量品紅，靜置，觀察發(fā)生的現(xiàn)象（圖1）。

[實(shí)驗(yàn)2]分子運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象：

（1）向盛有約20mL蒸餾水的小燒杯A中加入5-6滴酚酞溶液，攪拌均勻，觀察溶液的顏色。

（2）從燒杯A中取少量溶液置于試管中，向其中慢慢滴加濃氨水，觀察溶液顏色有什么變化。

（3）另取一個(gè)小燒杯B，加入約SmL濃氨水。用一個(gè)大燒杯或水槽罩住A、B兩個(gè)小燒杯（如圖2）。觀察幾分鐘，有什么現(xiàn)象發(fā)生？你能解釋這一現(xiàn)象嗎？

以上實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了構(gòu)成物質(zhì)的分子很小、分子在不停地運(yùn)動(dòng)。至于分子間的空隙，列舉了生活中的事例：氣體可壓縮儲(chǔ)存于鋼瓶中，物體的熱脹冷縮現(xiàn)象，并沒(méi)有設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)加以證明。

滬教版教材關(guān)于該教學(xué)內(nèi)容有如下實(shí)驗(yàn)[3]：

觀察與思考（如圖3）：

[實(shí)驗(yàn)1]向燒杯A中加入20mL蒸餾水，滴人2-3滴酚酞試液，得到溶液甲。向溶液甲中滴加1-2滴濃氨水，觀察現(xiàn)象。這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說(shuō)明了什么？

[實(shí)驗(yàn)2]在燒杯C中重新配制甲溶液。在燒杯B中加入3-5mL濃氨水，用一個(gè)大燒杯把兩個(gè)燒杯罩在一起，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。你如何解釋產(chǎn)生的現(xiàn)象？

活動(dòng)與探究（如圖4）：

[實(shí)驗(yàn)]取一根約30cm長(zhǎng)一端封口的細(xì)玻璃管，按圖4進(jìn)行下面的實(shí)驗(yàn)。事先預(yù)測(cè)結(jié)果，并與實(shí)際記錄值進(jìn)行比較（表1）。

想一想（圖5）：這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說(shuō)明了什么問(wèn)題？

【實(shí)驗(yàn)】取兩支大小相同的醫(yī)用注射器，將栓塞向外拉，分別吸人等體積的空氣和水，用手指頂住注射器末端的小孔，將栓塞慢慢推人。

哪一支注射器內(nèi)的物質(zhì)容易被壓縮？你知道其中的原因嗎？

以上實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了微粒在不停運(yùn)動(dòng)和微粒之間有空隙，教材中把微粒的極小性（質(zhì)量與體積都很小）后置于“1滴水中水分子個(gè)數(shù)”和“原子的質(zhì)量和體積都很小”來(lái)體現(xiàn)。

2.不同教師對(duì)于微粒基本性質(zhì)的教學(xué)設(shè)計(jì)

筆者對(duì)比了2014-2018年與該課題有關(guān)的、發(fā)表的教學(xué)論文，共9篇：（3）一（7）以人教版教材“分子和原子”為例，其余都是以滬教版教材“構(gòu)成物質(zhì)的基本微粒”為例。

（1）不同教學(xué)設(shè)計(jì)中的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)（表2）。

（2）不同教學(xué)設(shè)計(jì)的大致思維導(dǎo)圖（圖6）。

（3）以上實(shí)驗(yàn)或教學(xué)設(shè)計(jì)的缺陷

不管是教材，還是教師的教學(xué)設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明微粒的基本性質(zhì)方面，最大的問(wèn)題在于都生硬地割裂了構(gòu)成物質(zhì)微粒的三個(gè)基本性質(zhì)，認(rèn)為一個(gè)實(shí)驗(yàn)只能說(shuō)明微粒的一個(gè)基本性質(zhì)，解釋完了后面教學(xué)時(shí)不再使用。而事實(shí)上一個(gè)實(shí)驗(yàn)可以解釋微粒的兩個(gè)甚至三個(gè)基本性質(zhì)，因此該內(nèi)容的教學(xué)設(shè)計(jì)可以只抓住一兩個(gè)實(shí)驗(yàn)把微粒的基本性質(zhì)都解釋清楚，簡(jiǎn)約而不簡(jiǎn)單，不需要做很多實(shí)驗(yàn)。如此進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，提高了實(shí)驗(yàn)的使用效率，教學(xué)條理分明、脈絡(luò)清晰。還可以補(bǔ)充一些趣味性強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)，如干冰氣球?qū)嶒?yàn)，請(qǐng)學(xué)生從微觀角度解釋。既活躍了課堂氣氛，更能很好地解決本教學(xué)內(nèi)容的難點(diǎn)：用微粒的觀點(diǎn)解釋某些常見(jiàn)的生活現(xiàn)象，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

二、該課題教學(xué)設(shè)計(jì)的重構(gòu)

筆者以滬教版教材“構(gòu)成物質(zhì)的基本微粒”為例，不把微粒的三個(gè)基本性質(zhì)割裂開(kāi)來(lái)解釋。在設(shè)計(jì)該內(nèi)容時(shí)分兩個(gè)環(huán)節(jié)，建構(gòu)如下思維導(dǎo)圖（圖7）：

1.第一環(huán)節(jié)：以一個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明微粒的三個(gè)基本性質(zhì)

[實(shí)驗(yàn)]研磨方糖，溶于水，學(xué)生品嘗

（1）研磨方糖，方糖顆粒變小;溶于水，變小的方糖顆粒消失不見(jiàn)了。方糖小顆粒并不是憑空消失了，而是分散到水中了。學(xué)生品嘗或根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)，糖水是甜的。顯然，方糖依然存在于水中，但卻看不見(jiàn)了，說(shuō)明方糖是由看不見(jiàn)的極其微小的粒子構(gòu)成的，這些粒子就是微粒，極其微小、看不見(jiàn)。

（2）方糖放入水中，沉在水底，最后消失不見(jiàn)，學(xué)生品嘗，上面也是甜的。方糖溶于水后，整杯液體都是甜的，說(shuō)明構(gòu)成方糖的微粒運(yùn)動(dòng)到水中各處。因此構(gòu)成水的微粒要留出位置給方糖，所以構(gòu)成水的微粒也在運(yùn)動(dòng)。事實(shí)上，構(gòu)成水的微粒本來(lái)就一直在不停的運(yùn)動(dòng)。若僅僅只有構(gòu)成方糖的微粒的運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有構(gòu)成水的微粒的運(yùn)動(dòng)，在邏輯上是不通的。通過(guò)這種明白有力的說(shuō)理，條理清楚的分析，可以很好地培養(yǎng)學(xué)生的思辨能力。

（3）糖溶于水這一司空常見(jiàn)的現(xiàn)象更重要的是可以說(shuō)明微粒之間有空隙。構(gòu)成水的微粒之間若沒(méi)有空隙，構(gòu)成方糖的微粒不會(huì)運(yùn)動(dòng)到水中。上層液體具有甜味，是由于構(gòu)成方糖的微粒運(yùn)動(dòng)到上層的水中去了。顯然，構(gòu)成水的微粒必然提供空隙。從另一方面，構(gòu)成方糖的微粒不提供空隙，“敵軍圍困萬(wàn)千重，我自巋然不動(dòng)”，方糖不會(huì)消失不見(jiàn)。所以方糖溶于水實(shí)際上方糖也提供空隙給水，方糖和水互相提供空隙。在教學(xué)過(guò)程中要讓學(xué)生腦海中形成“水包裹方糖的微粒”“方糖包裹水的微粒”的印象。

糖溶于水的實(shí)驗(yàn)，日常生活中聚焦于其功能，而在化學(xué)的啟蒙階段，該實(shí)驗(yàn)不是簡(jiǎn)單的重復(fù)，而是讓學(xué)生擁有了學(xué)科理解的眼光。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生經(jīng)歷一番思辨，若能長(zhǎng)期進(jìn)行這樣的思維訓(xùn)練，學(xué)生的思維能力就不一樣了。這就是語(yǔ)言的魅力，這就是思辨的美！

[舉一反三]用方糖溶于水說(shuō)明了構(gòu)成物質(zhì)的微粒的三點(diǎn)基本性質(zhì)，接著按照教材進(jìn)行微粒的基本性質(zhì)實(shí)驗(yàn)。①探究微粒運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)：將盛放濃氨水的小燒杯和無(wú)色酚酞試液的小燒杯用一個(gè)大燒杯罩在一起，盛放無(wú)色酚酞試液的小燒杯中的液體變紅了。②水和酒精混合實(shí)驗(yàn)：在長(zhǎng)直細(xì)玻璃管里先加一半紅墨水，再加一半酒精，混合后，整體液體都變成紅色。

請(qǐng)學(xué)生利用微粒的基本性質(zhì)解釋上述現(xiàn)象。

2.第二環(huán)節(jié)：影響微粒運(yùn)動(dòng)快慢和微粒之間空隙大小的因素

（1）影響微粒運(yùn)動(dòng)快慢的因素一溫度

[實(shí)驗(yàn)]

①取質(zhì)量相同、形狀相同的兩塊方糖，分別放人等體積冷水和熱水中，比較方糖消失的快慢。

②取高錳酸鉀兩小顆粒，分別放人等體積冷水和熱水中，比較紫紅色裊裊升騰的快慢。

（2）影響微粒之間空隙大小的因素—壓強(qiáng)和溫度

①壓強(qiáng)

[實(shí)驗(yàn)]壓縮水和空氣：

兩支相同的注射器，一支吸人空氣，另一支吸入等體積的水，再用手指按注射器未端小孔，用力壓縮，比較壓縮前后注射器內(nèi)空氣和水的體積。

②溫度

[實(shí)驗(yàn)]熱脹冷縮：

兩支溫度計(jì)分別放人等體積的冰水和熱水中，比較溫度計(jì)中液柱的高低。

三、該課題教學(xué)內(nèi)容的兩點(diǎn)反思

1.滬教版教材中探究微粒運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中，盛放無(wú)色酚酞試液的小燒杯中液體變紅了，而盛放濃氨水的小燒杯中的液體沒(méi)有變紅，為什么？構(gòu)成濃氨水的微粒可以運(yùn)動(dòng)到酚酞試液中，而構(gòu)成酚酞的微粒并沒(méi)有主動(dòng)運(yùn)動(dòng)到氨水中，這是由于不同物質(zhì)的微粒之間的作用力不同，導(dǎo)致微粒的運(yùn)動(dòng)情況不同。由于微粒之間的作用力不同，由微粒構(gòu)成的物質(zhì)表現(xiàn)出來(lái)的揮發(fā)程度不同。酚酞的相對(duì)分子質(zhì)量比較大，構(gòu)成酚酞的微粒之間的作用力比較大，因此酚酞的熔沸點(diǎn)比較高，很難揮發(fā)。在“物質(zhì)是由微粒構(gòu)成，微粒在不斷運(yùn)動(dòng)的”這兩個(gè)核心支撐條件下，讓學(xué)生知道不同微粒之間的作用力不同，不同物質(zhì)的微粒運(yùn)動(dòng)情況也就不同的，這有利于培養(yǎng)學(xué)生的逆向思維能力。

事實(shí)上微粒之間的作用力有多種形式。糖能溶于水，而石頭不能溶于水，其實(shí)就是微粒之間的作用力不同造成的;濕衣服晾干，水分子運(yùn)動(dòng)到空氣中去了，衣服依然完好無(wú)損，其實(shí)也與微粒之間作用力的大小有關(guān)。教學(xué)過(guò)程中有些內(nèi)容需要循序漸進(jìn)，給學(xué)生留點(diǎn)空間產(chǎn)生更加豐富的想象，讓學(xué)生有興趣進(jìn)一步學(xué)習(xí)高中化學(xué)的內(nèi)容。

2.水和酒精混合實(shí)驗(yàn)不是通過(guò)混合后細(xì)長(zhǎng)玻璃管一端出現(xiàn)空隙證明微粒之間有空隙，紅墨水彌散在整個(gè)細(xì)長(zhǎng)玻璃管已經(jīng)證明微粒之間的空隙。細(xì)長(zhǎng)玻璃管一端出現(xiàn)空隙與微粒之間的空隙有關(guān)，但不是必備條件。微粒之間有空隙為酒精和紅墨水混合后體積變小提供了條件，而真正導(dǎo)致兩者混合后體積變小的原因是新的作用力的形成。酒精和水中都有氫鍵，混合后形成新的氫鍵，酒精和水之間的氫鍵拉近了微粒之間的空隙。兩者混合的一剎那，紅墨水彌散開(kāi)來(lái)，紅墨水中的水分子不斷向酒精里擴(kuò)散，酒精分子和水分子互相提供空隙，兩者混合均勻，最終整個(gè)細(xì)長(zhǎng)玻璃管中的液體都變成紅色。

10mL乙酸和10mL苯混合后體積大于20mL，說(shuō)明微粒之間沒(méi)有空隙？恰恰說(shuō)明微粒之間有空隙，因?yàn)橛锌障叮椒肿舆\(yùn)動(dòng)到醋酸分子中去了，醋酸分子運(yùn)動(dòng)到苯分子中間去了。苯分子是非極性分子，醋酸里有氫鍵，苯分子運(yùn)動(dòng)到醋酸中，破壞了醋酸中的部分氫鍵，使得兩者混合后體積反而變大。因此無(wú)論混合后體積變大還是變小，都能證明微粒之間有空隙。因?yàn)橛锌障叮攀沟没旌虾笠后w體積產(chǎn)生變化。

對(duì)于初中學(xué)生來(lái)說(shuō)，初中化學(xué)是學(xué)習(xí)化學(xué)的啟蒙階段。相對(duì)而言，一些具體的宏觀物質(zhì)的學(xué)習(xí)較易掌握，而微觀粒子比較抽象，學(xué)習(xí)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的困惑。“微粒觀”的建構(gòu)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，因此，用學(xué)生熟悉的具體物質(zhì)作為載體，讓學(xué)生逐漸建立起用微粒的視角看宏觀物質(zhì)及其變化的能力。通過(guò)宏微結(jié)合，了解物質(zhì)變化的實(shí)質(zhì)，促使學(xué)生從感性認(rèn)識(shí)走向理性認(rèn)識(shí)，不斷培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力和思辨能力。

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