以水之名，建構(gòu)宏觀和微觀之間的橋梁

袁夢(mèng)玥

摘要：化學(xué)是在分子、原子層次上研究物質(zhì)性質(zhì)、組成、結(jié)構(gòu)和變化規(guī)律的科學(xué)。從五彩繽紛的宏觀世界到美麗神奇的微觀世界，如何提高微觀知識(shí)內(nèi)容復(fù)習(xí)的趣味性、直觀性和有效性一直是初中化學(xué)教學(xué)關(guān)注的重點(diǎn)和難點(diǎn)。通過(guò)“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”復(fù)習(xí)課的展示，以“水”為載體，從知識(shí)整合、模型建構(gòu)、問(wèn)題解決和素養(yǎng)培育四個(gè)角度進(jìn)行說(shuō)明，讓學(xué)生在豐富多彩的活動(dòng)中建構(gòu)起宏觀和微觀之間的橋梁。

關(guān)鍵詞：化學(xué)復(fù)習(xí)課;知識(shí)整合;模型建構(gòu);問(wèn)題解決;素養(yǎng)培育

文章編號(hào)：1008-0546（2021）06-0041-05 中圖分類號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.06.012

一、背景分析

“物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”是人教版初中化學(xué)教材第三單元的內(nèi)容，這一課題打開(kāi)了微觀世界的大門，學(xué)生需要從微觀的角度去分析物質(zhì)及其變化。學(xué)習(xí)過(guò)程中認(rèn)知方式和思維方式的轉(zhuǎn)變使得學(xué)生存在較大的困難。不少教師針對(duì)該部分內(nèi)容的復(fù)習(xí)教學(xué)提出了相應(yīng)的學(xué)習(xí)策略，楊元輝教師利用問(wèn)題群導(dǎo)學(xué)，串聯(lián)起物質(zhì)、元素、分子、原子和離子等五個(gè)概念的相關(guān)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生回顧思考[1] ，周才萍教師運(yùn)用思維導(dǎo)圖呈現(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系分子、原子和離子之間的關(guān)系和原子結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識(shí)，幫助學(xué)生搭建知識(shí)框架體系[2];任凱等教師利用“誰(shuí)是臥底”的游戲整理微粒的相關(guān)性質(zhì)，在學(xué)生積極互動(dòng)的過(guò)程中進(jìn)行概念的辨析和記憶[3]。

本課例為“物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”的期中主題復(fù)習(xí)，涉及的內(nèi)容涵括了教材前五個(gè)單元中涉及物質(zhì)組成構(gòu)成的內(nèi)容。根據(jù)《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》的要求，物質(zhì)構(gòu)成的奧秘從化學(xué)物質(zhì)的多樣性、微粒構(gòu)成物質(zhì)、認(rèn)識(shí)化學(xué)元素、物質(zhì)組成的表示四個(gè)方面進(jìn)行考查。結(jié)合學(xué)生在期中前的學(xué)習(xí)進(jìn)度，筆者羅列出對(duì)物質(zhì)構(gòu)成奧秘期中復(fù)習(xí)涉及的課標(biāo)要求（見(jiàn)圖1）。

根據(jù)課標(biāo)內(nèi)容可以看出學(xué)生復(fù)習(xí)該部分內(nèi)容主要存在兩個(gè)困難——知識(shí)容量大和知識(shí)難度大。初三學(xué)生的認(rèn)知正處在形象思維到抽象思維的過(guò)渡階段，而物質(zhì)構(gòu)成的奧秘的內(nèi)容從基本概念（元素、分子、原子、離子、混合物、純凈物、化合物、單質(zhì)、氧化物）到知識(shí)應(yīng)用（用微粒的觀點(diǎn)解釋生活現(xiàn)象），從簡(jiǎn)單記憶（元素的名稱符號(hào)、物質(zhì)的微粒構(gòu)成、原子的結(jié)構(gòu)、化合價(jià)）到深層理解（微粒之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，根據(jù)化合價(jià)寫化學(xué)式），從定性認(rèn)識(shí)（物質(zhì)的組成和構(gòu)成）到定量計(jì)算（相對(duì)分子質(zhì)量、質(zhì)量分?jǐn)?shù)、純度），從知識(shí)學(xué)習(xí)到觀念（分類觀、元素觀等）建構(gòu)，對(duì)于初三學(xué)生來(lái)說(shuō)內(nèi)容零碎抽象，且對(duì)思維要求高。

教師在設(shè)計(jì)過(guò)程中想要解決學(xué)生的困難需要思考如何化零碎為整體，建立知識(shí)之間的聯(lián)系，做好知識(shí)的整合以及化抽象為具體，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉學(xué)生的思維能力。

二、設(shè)計(jì)與思考

1.著力知識(shí)整合，搭建邏輯體系

復(fù)習(xí)課之難，難于知識(shí)內(nèi)容多而廣，那么在設(shè)計(jì)過(guò)程中知識(shí)的刪減與整合就顯得尤為重要。本文所展示的案例中重點(diǎn)復(fù)習(xí)物質(zhì)的組成與構(gòu)成，將有關(guān)相對(duì)分子質(zhì)量、質(zhì)量分?jǐn)?shù)等的計(jì)算放于另一課時(shí)。復(fù)習(xí)的內(nèi)容見(jiàn)表1。

該內(nèi)容中第5點(diǎn)對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，可直接放在講解過(guò)程中或習(xí)題中進(jìn)行考察，而不需另外設(shè)置環(huán)節(jié)。綜上，設(shè)置本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)為：

道物質(zhì)是由分子、原子、離子等微粒構(gòu)成的及三者間的轉(zhuǎn)化關(guān)系。

步學(xué)習(xí)根據(jù)現(xiàn)象和事實(shí)推理形成結(jié)論的方法，感受物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)與物質(zhì)宏觀性質(zhì)之間的聯(lián)系。

微觀的角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)的多樣性。

具體授課時(shí)，教師先從生活中宏觀的無(wú)色透明的水出發(fā)，回顧水的元素組成和分子構(gòu)成，再?gòu)纳罴皩?shí)驗(yàn)中水蒸發(fā)和水分解的宏觀現(xiàn)象出發(fā)，對(duì)比分析物質(zhì)的物理變化和化學(xué)變化，然后進(jìn)一步放大水分子的結(jié)構(gòu)，選取其中的氧原子進(jìn)行原子結(jié)構(gòu)和離子結(jié)構(gòu)的復(fù)習(xí)，最后再?gòu)奈⒂^結(jié)構(gòu)回到宏觀物質(zhì)，通過(guò)視頻展示、討論、資料展示等讓學(xué)生感受到研究微觀世界的重要意義。

在知識(shí)整合過(guò)程中，教師注重了載體的選擇、過(guò)渡的方式和知識(shí)的架構(gòu)。

（1）載體的選擇

物質(zhì)的組成與構(gòu)成，其重點(diǎn)在組成與構(gòu)成，其載體則是物質(zhì)，那么在“物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”復(fù)習(xí)課設(shè)計(jì)時(shí)就要找到具體的物質(zhì)作為載體，使抽象概念有據(jù)可循，同時(shí)，知識(shí)框架的建構(gòu)需要一個(gè)中心點(diǎn)，這樣才能發(fā)散式地展開(kāi)復(fù)習(xí)。

水是地球上最普通、最常見(jiàn)的物質(zhì)之一，它與我們的生活息息相關(guān)。人教版初中化學(xué)教材第四單元的課題就是“自然界中的水”，在該單元中學(xué)生學(xué)習(xí)并探究了水的組成和結(jié)構(gòu)，也了解了水的相關(guān)物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，所以水可以作為復(fù)習(xí)物質(zhì)構(gòu)成奧秘的載體，本課例就是以水之名揭示微觀世界的奧秘（見(jiàn)圖2）。

（2）過(guò)渡的方式

復(fù)習(xí)課堂不應(yīng)是知識(shí)的拼湊，而應(yīng)該是知識(shí)的整合，那么教師就要找到知識(shí)間的內(nèi)在聯(lián)系，使整節(jié)課形成一個(gè)完整的邏輯體系和知識(shí)體系。

本課例從整體上將知識(shí)內(nèi)容以“宏觀一微觀一宏觀”的形式進(jìn)行串聯(lián)，將課堂內(nèi)容劃分為從宏觀物質(zhì)到微觀粒子，從宏觀現(xiàn)象到微粒性質(zhì)，從分子構(gòu)成到原子構(gòu)成以及從微觀粒子到宏觀物質(zhì)這四個(gè)活動(dòng)。在不斷放大宏觀物質(zhì)水的過(guò)程回顧復(fù)習(xí)分子、原子、離子的相關(guān)知識(shí)，在微觀分子聚集成宏觀物質(zhì)的過(guò)程中展示微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性質(zhì)的關(guān)系。

在細(xì)節(jié)上，本課例采取了問(wèn)題引導(dǎo)的方式。例如將物質(zhì)分類的講解安排在通過(guò)水蒸發(fā)、水分解的分析比較回顧物質(zhì)變化的相關(guān)內(nèi)容之后，巧妙地從水作為反應(yīng)物的分解反應(yīng)過(guò)渡提問(wèn)“我們有沒(méi)有學(xué)過(guò)水作為生成物的分解反應(yīng)？”從而讓學(xué)生繪制過(guò)氧化氫分解制氧氣的微觀示意圖，進(jìn)而在該示意圖的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生從微觀的角度理解純凈物、混合物、單質(zhì)和化合物的概念和區(qū)分。這樣的問(wèn)題過(guò)渡既順利轉(zhuǎn)向物質(zhì)分類的教學(xué)，又考察了學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)類型及常見(jiàn)的化學(xué)反應(yīng)的掌握情況。

另外，學(xué)生在繪制過(guò)氧化氫分解微觀示意圖的過(guò)程中，也產(chǎn)生了很多“典型問(wèn)題”，例如沒(méi)有遵守質(zhì)量守恒定律（保證化學(xué)反應(yīng)前后原子的個(gè)數(shù)相等），為了使原子個(gè)數(shù)相等直接在反應(yīng)物中添加氧原子等，教師通過(guò)展示學(xué)生的典型錯(cuò)誤，讓學(xué)生幫助進(jìn)行修正，在不斷修正的過(guò)程中鞏固化學(xué)變化中的守恒關(guān)系。

（3）知識(shí)的架構(gòu)

復(fù)習(xí)課中教師要以整體聯(lián)系的眼光組織、設(shè)計(jì)各單元、各知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系，幫助學(xué)生將知識(shí)“連成線，構(gòu)成面”，從而形成立體、開(kāi)放、整體的知識(shí)結(jié)構(gòu)。本課例以思維導(dǎo)圖的形式呈現(xiàn)了課堂內(nèi)容，在講解過(guò)程中不斷擴(kuò)大和完善，從而形成“物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”期中復(fù)習(xí)的知識(shí)框架（見(jiàn)圖3）。

2.建構(gòu)模型認(rèn)知，探析微觀本質(zhì)

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》提出5個(gè)方面的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中包括“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”，中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的化學(xué)模型以研究對(duì)象作為分類依據(jù)可以劃分為微粒結(jié)構(gòu)類、變化過(guò)程類和結(jié)構(gòu)與變化的關(guān)系類[4]。物質(zhì)構(gòu)成奧秘中的分子模型、變化中的分子模型等均屬于化學(xué)模型，其展示和講演充分利用了模型的表征功能、解釋功能和重演功能。本課例中讓學(xué)生提前制作了水分子的模型，化微觀模型為具體模型（見(jiàn)圖4）。

學(xué)生的學(xué)習(xí)應(yīng)該是積極的、主動(dòng)的、快樂(lè)的、個(gè)性的、多樣的、豐富的，而且是完整的、有結(jié)構(gòu)的、系統(tǒng)的，從而真正實(shí)現(xiàn)了海德格爾的“讓學(xué)”理念和大教學(xué)論專家夸美紐斯的“使教員可以少教、學(xué)生可以多學(xué)”的目標(biāo)[5]。將微觀模型的實(shí)體化交給學(xué)生，不僅可以展現(xiàn)學(xué)生的個(gè)性，漂亮多彩的水分子也讓學(xué)生在搭建模型的過(guò)程中更加的快樂(lè)和積極。課堂上，學(xué)生利用制作的水分子模型對(duì)物質(zhì)變化的微觀本質(zhì)進(jìn)行探析（見(jiàn)圖5）。

在物質(zhì)分類的講解中，也利用了微觀模型（見(jiàn)圖6），教師分別圈畫出了過(guò)氧化氫分解中的微觀模型，讓學(xué)生進(jìn)行物質(zhì)類別的分析、對(duì)比和識(shí)別，進(jìn)而從微觀的角度理解純凈物是同種分子，混合物是多種分子，化合物是多種元素的原子，而單質(zhì)是同種元素的原子。

3.創(chuàng)設(shè)問(wèn)題解決，提升思維能力

問(wèn)題是科學(xué)研究的出發(fā)點(diǎn)，學(xué)生的學(xué)習(xí)就是發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題、反思問(wèn)題的過(guò)程。教師教學(xué)過(guò)程中要?jiǎng)?chuàng)設(shè)有效問(wèn)題激發(fā)學(xué)生的探究興趣，復(fù)習(xí)課的教學(xué)也可采用問(wèn)題鏈的形式，層層遞進(jìn)。

本課例的四個(gè)活動(dòng)中均設(shè)立了情景問(wèn)題，對(duì)于較為簡(jiǎn)單的內(nèi)容，以簡(jiǎn)單的問(wèn)題橫向“串聯(lián)”，例如有關(guān)分子構(gòu)成。

情景問(wèn)題：水是地球上最普通、最常見(jiàn)的物質(zhì)之一，它與我們的生活息息相關(guān)。在學(xué)習(xí)化學(xué)前，水在我們眼中是一種無(wú)色透明的液體，現(xiàn)在，我們看到水會(huì)想到什么？

子問(wèn)題1：水的化學(xué)式是？由化學(xué)式可知水由什么組成？

子問(wèn)題2：將水放大200萬(wàn)倍，我們可以看到構(gòu)成水的微粒，它是？

子問(wèn)題3：繼續(xù)放大水分子，可以看到一個(gè)水分子由什么構(gòu)成？

對(duì)于有一定難度，需要學(xué)生進(jìn)行一定的分析、比較、推理的內(nèi)容，采用遞進(jìn)式問(wèn)題串，在前一問(wèn)解決的基礎(chǔ)上解答下一個(gè)問(wèn)題，如物質(zhì)變化的微觀本質(zhì)以及原子構(gòu)成的相關(guān)知識(shí)。

情景問(wèn)題：水無(wú)論是在生活中，還是在實(shí)驗(yàn)室中都有很多應(yīng)用，是一種重要的化學(xué)資源。這些應(yīng)用中的宏觀現(xiàn)象，體現(xiàn)了水分子的一些性質(zhì)。

現(xiàn)象一用水壺煮水，煮沸后壺蓋被頂開(kāi)。

現(xiàn)象二水能分解產(chǎn)成氫氣和氧氣。

子問(wèn)題1：上述現(xiàn)象說(shuō)明分子具有什么性質(zhì)？

子問(wèn)題2：用自己制作的水分子模型模擬水蒸發(fā)、水分解的微觀過(guò)程。

子問(wèn)題3：在水蒸發(fā)、水分解的過(guò)程中，什么改變，什么不變？

情景問(wèn)題：水分子可以分成氫原子和氧原子，氧原子可以再分嗎？

子問(wèn)題1：氧原子中的質(zhì)子數(shù)，電子數(shù)，最外層電子數(shù)是多少？寫出氧原子、氧離子的結(jié)構(gòu)示意圖和氧離子符號(hào)。

子問(wèn)題2：觀察填寫的示意圖，原子變成離子時(shí)，不變的是什么，改變的是什么？

對(duì)學(xué)生之前未接觸過(guò)的知識(shí)拓展，則采用引導(dǎo)式問(wèn)題，幫助學(xué)生掌握解決問(wèn)題的方法，如化學(xué)反應(yīng)微觀示意圖的講解。

情景問(wèn)題：水作為反應(yīng)物可以生成氫氣和氧氣，那我們學(xué)過(guò)什么分解反應(yīng)可以生成水嗎？

子問(wèn)題1：保持過(guò)氧化氫和水的化學(xué)性質(zhì)的微粒分別是什么？過(guò)氧化氫和水化學(xué)性質(zhì)不同的原因是？

子問(wèn)題2：說(shuō)出圈畫出來(lái)的微觀圖所屬的物質(zhì)類別。

子問(wèn)題3：該反應(yīng)中生成的水和氧氣的分子個(gè)數(shù)比是多少？

子問(wèn)題4：反應(yīng)時(shí)我們用的不是純凈的過(guò)氧化氫，而是過(guò)氧化氫溶液，其中有過(guò)氧化氫分子和水分子。此時(shí)，生成的水和氧氣的分子個(gè)數(shù)比是多少？

4.滲透學(xué)科觀念，促進(jìn)素養(yǎng)培育

核心素養(yǎng)的培育是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，初中化學(xué)作為學(xué)生接觸化學(xué)的開(kāi)始，也是高中化學(xué)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，其教授過(guò)程中就應(yīng)該逐漸滲透學(xué)科觀念，促進(jìn)學(xué)生的素養(yǎng)培育。

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括：宏觀辨識(shí)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、實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識(shí)、科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任五個(gè)方面。物質(zhì)構(gòu)成的奧秘作為關(guān)于宏觀物質(zhì)世界的微觀探查必然與“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”緊密聯(lián)系，本課例中讓學(xué)生制作水分子模型進(jìn)行物質(zhì)變化和分類的探究活動(dòng)中就引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)宏觀與微觀之間的橋梁，運(yùn)用宏觀的現(xiàn)象推理微觀分子的性質(zhì)，運(yùn)用微觀變化總結(jié)歸納反應(yīng)的微觀本質(zhì)。

本課例還將“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的觀點(diǎn)蘊(yùn)藏在課堂設(shè)計(jì)的多個(gè)環(huán)節(jié)中，通過(guò)不斷的舉例說(shuō)明，滲透學(xué)科觀念（見(jiàn)表2）。

知識(shí)之美蘊(yùn)含在其結(jié)構(gòu)、內(nèi)容、形式、邏輯、意境之中，教師教學(xué)過(guò)程中應(yīng)該通過(guò)知識(shí)展示學(xué)習(xí)之美。本課例通過(guò)播放“美麗化學(xué)分子微觀結(jié)構(gòu)”的視頻讓學(xué)生感受化學(xué)的力量和魅力，視頻中“DNA宇宙飛船”“病毒”等恰好和生命科技緊密聯(lián)系。該視頻的播放可以引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)學(xué)科美，從而培養(yǎng)學(xué)生對(duì)學(xué)科的熱愛(ài)，激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而保持長(zhǎng)久的學(xué)習(xí)動(dòng)力。

不同學(xué)科中蘊(yùn)含著的價(jià)值內(nèi)容及形態(tài)，也是學(xué)生建立價(jià)值觀、人生觀、世界觀的基礎(chǔ)，化學(xué)學(xué)科可以通過(guò)介紹化學(xué)史、展示人類文明進(jìn)步和科技發(fā)展來(lái)進(jìn)行價(jià)值引領(lǐng)。本課例通過(guò)展示科學(xué)家們實(shí)際觀測(cè)到的微粒以及諾貝爾獎(jiǎng)中與分子結(jié)構(gòu)相關(guān)的內(nèi)容，讓學(xué)生感受化學(xué)對(duì)人類生存和發(fā)展的重要價(jià)值從而培養(yǎng)學(xué)生正確的“科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任”。

資料1：2014年中國(guó)科學(xué)家在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了水分子的亞分子級(jí)分辨成像。該工作為分子間氫鍵相互作用的研究開(kāi)辟了新的途徑。

資料2：2020年，國(guó)外科學(xué)家用冷凍電鏡首次識(shí)別出了蛋白質(zhì)中的單個(gè)原子。這些結(jié)構(gòu)對(duì)于理解酶是如何工作的，以及利用這些見(jiàn)解來(lái)識(shí)別能夠阻止其活性的藥物特別有用。

資料3：屠呦呦團(tuán)隊(duì)通過(guò)保留分子中關(guān)鍵性基團(tuán)，改變分子中不利的結(jié)構(gòu)，獲得結(jié)構(gòu)更優(yōu)化的功能性分子，研發(fā)出抗瘧新藥。青篙素的發(fā)現(xiàn)使其獲得2015年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。

資料4：艾曼紐和珍妮弗兩位科學(xué)家因發(fā)現(xiàn)了基因技術(shù)中最先進(jìn)的分子工具之一一CRISPR/Cas9基因剪刀獲得2020年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。該技術(shù)可以極其精確地改變動(dòng)物、植物和微生物的DNA分子，對(duì)生命科學(xué)產(chǎn)生了革命性的影響。

三、結(jié)語(yǔ)

“物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”復(fù)習(xí)課例以水之名，將物質(zhì)組成構(gòu)成的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行整合，通過(guò)“問(wèn)題解決”“模型建構(gòu)”等方式搭建宏觀與微觀之間的橋梁，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科思維與觀念，在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中效果較好。如何在課例設(shè)計(jì)過(guò)程中滲透一些定量的內(nèi)容，使復(fù)習(xí)內(nèi)容更加充實(shí)需要進(jìn)一步去思考。

參考文獻(xiàn)

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[3]任凱等.“誰(shuí)是臥底”在翻轉(zhuǎn)課堂課后深化階段中的應(yīng)用[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2019（1）：58-59

[4]陳進(jìn)前.“模型認(rèn)知”是重要思維方式[J].化學(xué)教學(xué)，2020（5）：9-15

[5]成尚榮.回到教學(xué)的基本問(wèn)題上去[J].課程·教材·教法，2015（1）：21-28