宏微辨析和模型認(rèn)知素養(yǎng)導(dǎo)向下的化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)

溫利廣

摘要：以宏微辨析（宏觀辨識(shí)與微觀探析）和模型認(rèn)知素養(yǎng)為導(dǎo)向，將“畫水——基于化學(xué)的視角”主題的教學(xué)任務(wù)整合為“一‘畫水’：宏微結(jié)合，認(rèn)識(shí)模型”“二‘畫水’：微觀探析，模型認(rèn)知（物理變化）”“三‘畫水’：微觀探析，模型認(rèn)知（化學(xué)變化）”和“四‘畫水’：模型建構(gòu)，多角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)”四個(gè)遞進(jìn)模塊，培養(yǎng)學(xué)生持久的、可遷移的通過建構(gòu)微觀模型展示自己對(duì)化學(xué)宏觀事實(shí)的理解和解釋的能力并形成多角度有序認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其變化的思維框架。

關(guān)鍵詞：宏微辨析;模型認(rèn)知;素養(yǎng)導(dǎo)向;畫水;化學(xué)教學(xué)

文章編號(hào)：1008-0546（2022）04-0047-06

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.04.010

中圖分類號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

一、教學(xué)主題內(nèi)容與教學(xué)現(xiàn)狀分析

1.教學(xué)主題內(nèi)容分析

本節(jié)內(nèi)容為“畫水——基于化學(xué)的視角”，是對(duì)初中化學(xué)教材人教版第1至4單元學(xué)習(xí)后的一節(jié)專題復(fù)習(xí)拓展課，主要內(nèi)容為通過四次“畫水”引導(dǎo)學(xué)生從宏觀和微觀相結(jié)合的方式多角度有序認(rèn)識(shí)水及其變化，也可以為其他版本教材同類內(nèi)容的教學(xué)提供參考。

2.教學(xué)現(xiàn)狀分析（1）學(xué)情分析

通過前面4個(gè)單元的新課學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)水、氧氣等常見物質(zhì)的宏觀組成、微觀構(gòu)成和性質(zhì)、用途等有了初步的認(rèn)識(shí)，但多數(shù)只停留在記憶層面，獲得的主要是淺層次的、碎片化知識(shí)，尚未形成基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)分析、解決問題的學(xué)科思維。具體表現(xiàn)為：（1）尚未將宏觀辨識(shí)、微觀探析和模型認(rèn)知固化為自己學(xué)習(xí)的一種重要方式。（2）尚未形成多角度有序地認(rèn)識(shí)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化的思維習(xí)慣。

（2）已有的教學(xué)設(shè)計(jì)及相關(guān)文獻(xiàn)分析已有文獻(xiàn)中發(fā)現(xiàn)兩篇與本主題內(nèi)容相關(guān)的文

章。徐泓，夏建華，盛恩宏等以2018年安徽省初中學(xué)業(yè)水平考試化學(xué)試卷第15題為例，對(duì)核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的中考化學(xué)試題的特點(diǎn)進(jìn)行分析，并將第（1）小題的設(shè)問方式改為“請(qǐng)畫出符合表中水在空氣中放置質(zhì)量變化的微觀示意圖”，根據(jù)考生繪制的不同圖示評(píng)判不同考生的證據(jù)推理與模型認(rèn)知的素養(yǎng)水平[1]。樂進(jìn)軍，潘立紅以“分子”教學(xué)為例，剖析教學(xué)中多次讓學(xué)生“畫水”所包含的遵循學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的特色，提煉出一些優(yōu)化課堂教學(xué)的教學(xué)策略[2]。

一方面，以上做法為本主題內(nèi)容的教學(xué)設(shè)計(jì)和課堂實(shí)施評(píng)價(jià)提供了非常有益參考。另一方面，上述做法的也存在一些“遺憾”或“留白”：文獻(xiàn)1尚停留在“設(shè)想”層面，沒有基于教學(xué)實(shí)踐呈現(xiàn)教學(xué)實(shí)施過程中學(xué)生分析解決問題的思維表現(xiàn)和教師的應(yīng)對(duì)策略;文獻(xiàn)2中學(xué)生四次“畫水”活動(dòng)均停留在物理變化層面，沒有基于水的認(rèn)識(shí)發(fā)展引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)多角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其變化的思維框架。

二、教學(xué)設(shè)計(jì)思想與創(chuàng)新點(diǎn)

學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力[3]。以素養(yǎng)為導(dǎo)向的化學(xué)教學(xué)強(qiáng)調(diào)將“科學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)”轉(zhuǎn)化為“科學(xué)認(rèn)識(shí)的學(xué)習(xí)”，更能突出學(xué)習(xí)的意義和突顯學(xué)科的特點(diǎn)。

在具體的教學(xué)設(shè)計(jì)中，筆者打破教材的編排，以宏微辨析（宏觀辨識(shí)與微觀探析）和模型認(rèn)知素養(yǎng)為導(dǎo)向，將“‘畫水’——基于化學(xué)的視角”的教學(xué)任務(wù)整合為“一‘畫水’：宏微結(jié)合，認(rèn)識(shí)模型”“二‘畫水’：微觀探析，模型認(rèn)知（物理變化）”“三‘畫水’：微觀探析，模型認(rèn)知（化學(xué)變化）”和“四‘畫水’：模型建構(gòu)，多角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)”四個(gè)遞進(jìn)模塊。本節(jié)課采用主題式教學(xué)，立意深遠(yuǎn)：一方面，通過四次“畫水”引導(dǎo)學(xué)生將“物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”從微觀和宏觀相結(jié)合的視角進(jìn)行了再一次的學(xué)習(xí)，重點(diǎn)在于培養(yǎng)學(xué)生持久的、可遷移的“通過建構(gòu)模型展示自己對(duì)化學(xué)事實(shí)的理解和解釋的能力”[4]并形成多角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其變化的思維框架;另一方面，通過“畫水”引導(dǎo)學(xué)生以形象的方式進(jìn)行直觀表達(dá)，使教學(xué)過程成為學(xué)生一種愉快的情緒生活和積極的情感體驗(yàn)，然后在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行反思、評(píng)價(jià)，認(rèn)識(shí)到存在問題，進(jìn)而產(chǎn)生認(rèn)知沖突，激發(fā)和強(qiáng)化學(xué)習(xí)化學(xué)的積極心向。

三、教學(xué)目標(biāo)

1.通過建構(gòu)與水及其變化相關(guān)的微觀模型展示學(xué)生對(duì)化學(xué)宏觀事實(shí)的理解和解釋的能力，發(fā)展宏微辨析素養(yǎng)和模型認(rèn)知素養(yǎng)。

2.通過畫關(guān)于水的認(rèn)識(shí)模型，幫助學(xué)生形成多角度有序地審視身邊化學(xué)物質(zhì)及其變化的思維方式。

3.在不同視角的“畫水”活動(dòng)中引導(dǎo)學(xué)生從宏觀走向微觀，從形象思維走向抽象思維，充分感受化學(xué)學(xué)習(xí)的獨(dú)特之旅，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)習(xí)化學(xué)的積極心向。

四、教學(xué)流程

基于上述教學(xué)目標(biāo)，制定圖1所示教學(xué)流程。

五、教學(xué)實(shí)錄

師（導(dǎo)入）：今天老師想考考同學(xué)們的“畫功”和“化功”——嘗試從化學(xué)的視角“畫水”。

1.一“畫水”：宏微結(jié)合，認(rèn)識(shí)模型

（投影）活動(dòng)1：（展示一杯水）請(qǐng)同學(xué)們?cè)趯W(xué)案上分別從宏觀和微觀角度將這杯水畫出來(lái)（用O表示氧原子，H表示氫原子），然后結(jié)合你的作品分別從宏觀和微觀角度描述水的組成與物理性質(zhì)。

生：先“畫水”，代表性作品見圖2、圖3;然后描述水的組成與物理性質(zhì)，師生活動(dòng)情況見表1。

2.二“畫水”：微觀探析，模型認(rèn)知（物理變化）（投影）活動(dòng)2：（2018.安徽.15題改編）某興趣小組在相同條件下，將10.00g的水和氯化鈣濃溶液分別置于相同規(guī)格的燒杯，并敞口存放于空氣中，燒杯中物質(zhì)質(zhì)量隨時(shí)間變化情況見表2。（查閱資料：該條件下，氯化鈣濃溶液具有吸水性且不與空氣中的物質(zhì)反應(yīng)。）

學(xué)習(xí)任務(wù)：

（1）可選擇表2中的做除濕劑。

（2）畫出能反映燒杯中水在空氣中放置時(shí)發(fā)生變化的微觀示意模型圖，并進(jìn)行必要的標(biāo)注（圖中用O表示氧原子，H表示氫原子）。

師：請(qǐng)同學(xué)們認(rèn)真閱讀題目，思考到底要畫什么以及怎么畫。

生：小組討論、交流，畫能反映水在空氣中放置時(shí)發(fā)生變化的微觀示意模型圖，代表性作品見圖4、圖5、圖6;選取3名學(xué)生在黑板上通過擺放水分子模型展示自己對(duì)化學(xué)宏觀事實(shí)的理解和解釋。第（2）小題師生活動(dòng)情況見表3。

師：作為剛接觸化學(xué)不久的初中學(xué)生，前面幾位同學(xué)的作品其實(shí)已很不錯(cuò)了，能讓人看出這是學(xué)過化學(xué)的人，體現(xiàn)出了一定的微觀探析和模型認(rèn)知素養(yǎng)。不過，老師覺得同學(xué)們還可以畫得更好。那么，我們到底還有哪些因素還沒有考慮到呢？提示同學(xué)們既要結(jié)合微粒的基本特征，又要從濃氯化鈣溶液在空氣中質(zhì)量變化情況中獲得啟發(fā)。

生：小組討論、交流、畫圖并展示，見圖7。師生活動(dòng)情況見表4。（投影）遷移應(yīng)用（課外完成）：干冰是固態(tài)的二氧化碳，在空氣中極易升華，成為二氧化碳?xì)怏w。干冰升華吸收了空氣中的大量熱量，使周圍空氣溫度下降，空氣中的水分子受冷凝結(jié)成小水珠，因此會(huì)產(chǎn)生白霧。舞臺(tái)上的煙霧多用干冰制造。請(qǐng)你在燒杯中畫出能反映干冰在空氣中放置時(shí)發(fā)生變化的微觀示意模型圖（空氣中的其它分子可忽略），并進(jìn)行必要的標(biāo)注（用O表示氧原子，C表示碳原子）。

3.三“畫水”：微觀探析，模型認(rèn)知（化學(xué)變化）

師：通過前面的學(xué)習(xí)我們知道，水在物理變化過程中，水分子本身是不改變的，變的只是分子間的間隔和運(yùn)動(dòng)速率。如果水發(fā)生化學(xué)變化時(shí)，你能不能也用微觀示意模型圖將這個(gè)過程表示出來(lái)呢？

（投影）活動(dòng)3：將水蒸氣通過熾熱的煤層（主要成分為C）可制得較潔凈的水煤氣（主要成分是CO和H2），現(xiàn)象為火焰騰起更高，而且變?yōu)榈{(lán)色（H2和CO燃燒的顏色）。化學(xué)反應(yīng)的符號(hào)表達(dá)式為C+H2O（氣）高溫CO+H2。水煤氣屬于易燃易爆物，其中的CO有毒。煤氣廠常在家用水煤氣中特意摻入少量難聞氣味的氣體，目的是當(dāng)煤氣泄漏時(shí)能聞到及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

學(xué)習(xí)任務(wù)：（1）閱讀上述材料，思考濕煤比干煤燃燒更旺的原因是什么？（2）畫出能反映水蒸氣與煤發(fā)生反應(yīng)的微觀示意模型圖（用O表表示氧原子，H表示氫原子，C表示碳原子）。

生：閱讀、思考、小組討論交流、畫圖并展示，代表性作品見圖8、圖9;第（2）小題師生活動(dòng)情況見表5。師：我們班同學(xué)的畫功不錯(cuò)，“化功”也不錯(cuò)。借助微粒模型可以幫助我們深入認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其變化的本質(zhì)和規(guī)律。為了進(jìn)一步檢驗(yàn)大家的水平，請(qǐng)同學(xué)們?cè)谡n后再畫一個(gè)有水生成的反應(yīng)。

（投影）遷移應(yīng)用（課外完成）：在第二單元的學(xué)習(xí)中，我們知道實(shí)驗(yàn)室可以通過分解過氧化氫制取氧氣。請(qǐng)你畫出能反映過氧化氫分解生成水和氧氣的微觀示意模型圖（用O表示氧原子，H表示氫原子，C表示碳原子）。

4.四“畫水”：模型建構(gòu)，多角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)

師：從微觀與宏觀兩個(gè)角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其變化是化學(xué)學(xué)習(xí)的重要特征。對(duì)比活動(dòng)2和活動(dòng)3中水發(fā)生的兩種變化，同學(xué)們能否從微觀與宏觀兩個(gè)角度通過建構(gòu)模型的方式加以認(rèn)識(shí)呢？

（投影與展示）活動(dòng)4-1：畫“從宏觀和微觀兩個(gè)角度看待水的變化的認(rèn)識(shí)模型”。生：在教師的引導(dǎo)下畫“從宏觀和微觀兩個(gè)角度看待水的變化的認(rèn)識(shí)模型”，見圖10。

師：我們的畫水任務(wù)還沒有全部完成。多角度有序地認(rèn)識(shí)身邊的化學(xué)物質(zhì)是一種重要的化學(xué)學(xué)科能力。那么，對(duì)于一種物質(zhì)，我們可以從哪些角度去認(rèn)識(shí)它呢？能否在上述基礎(chǔ)上建構(gòu)出“多角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)的思維模型”？

（投影）活動(dòng)4-2：建構(gòu)“多角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)的思維模型”，畫“關(guān)于水的認(rèn)識(shí)模型”。

生：討論、交流，師生活動(dòng)情況見表6和圖11。

師：請(qǐng)同學(xué)們參照“多角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)的思維模型”畫“關(guān)于水的認(rèn)識(shí)模型”。

生：畫“關(guān)于水的認(rèn)識(shí)模型”，見圖12。

師：多角度有序地認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其變化，能幫助我們更全面了解物質(zhì)世界。為了進(jìn)一步鞏固所學(xué)知識(shí)，請(qǐng)同學(xué)們?cè)谡n后再畫一個(gè)物質(zhì)的認(rèn)識(shí)模型，請(qǐng)看屏幕。

（投影）遷移應(yīng)用（課外完成）：結(jié)合已有知識(shí)，通過上網(wǎng)查閱相關(guān)資料，參照“多角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)的思維模型”，請(qǐng)你畫出“關(guān)于雙氧水的認(rèn)識(shí)模型”。

六、教學(xué)效果與反思

本節(jié)課以宏微辨析和模型認(rèn)知素養(yǎng)為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生在四次基于化學(xué)視角的“畫水”活動(dòng)中較好地達(dá)到以下效果：（1）借助微觀模型讓水的變化過程動(dòng)起來(lái)、外顯出來(lái)，進(jìn)一步提升了宏微融合能力。（2）通過建構(gòu)關(guān)于水的認(rèn)識(shí)模型形成了多角度分析問題的思考框架，進(jìn)一步發(fā)展了模型認(rèn)知素養(yǎng)。（3）在不同視角的“畫水”活動(dòng)中充分感受化學(xué)學(xué)習(xí)的魅力，進(jìn)一步激發(fā)了學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

不足之處：（1）由于時(shí)間關(guān)系，部分“遷移應(yīng)用”內(nèi)容沒能讓學(xué)生在40分鐘的課堂上完成，調(diào)整為在課后以鞏固練習(xí)的方式完成。（2）由于筆者所任教的學(xué)校是一所生源不理想的鄉(xiāng)村學(xué)校，通過觀察學(xué)生的表現(xiàn)發(fā)現(xiàn)仍然有一部分學(xué)生（中下生）的微觀探析和模型認(rèn)知能力尚處于低水平層次。這也表明學(xué)科核心素養(yǎng)的形成與發(fā)展不是一朝一夕的事情，更不可能只是通過一兩節(jié)課就可以養(yǎng)成。

改進(jìn)建議：（1）從保持教學(xué)內(nèi)容的完整性和給予學(xué)生充足思考時(shí)間的角度出發(fā)，可以嘗試上60～80分鐘的大課。（2）在初中化學(xué)第1至4單元學(xué)習(xí)乃至今后的化學(xué)教學(xué)中進(jìn)一步突顯素養(yǎng)導(dǎo)向。

參考文獻(xiàn)

[1]徐泓，夏建華，盛恩宏.核心素養(yǎng)導(dǎo)向下中考化學(xué)試題特點(diǎn)分析及對(duì)命題的思考——以2018年安徽省中考化學(xué)試卷第15題為例[J].化學(xué)教育（中英文），2018，39（21）：1-5.

[2]樂進(jìn)軍，潘立紅.遵循認(rèn)知規(guī)律優(yōu)化課堂教學(xué)——以“分子”教學(xué)為例[J].化學(xué)教育，2015，36（19）：32-35.

[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]楊玉琴.化學(xué)核心素養(yǎng)之“模型認(rèn)知”能力的測(cè)評(píng)研究[J].化學(xué)教學(xué)，2017（7）：9-14.