用樂隊在球場的演奏場景類比學(xué)習(xí)“分子的性質(zhì)”

黃海彬 竇寧慧

摘要：基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)理念，用音樂為橋梁，以學(xué)生熟悉的樂隊演奏場景，類比學(xué)習(xí)分子的性質(zhì)以及分子運(yùn)動理論。

關(guān)鍵詞：音樂：化學(xué)核心素養(yǎng)：分子

文章編號：1008-0546（2022）12-0075-03

中圖分類號：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2022.12.019

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》要求通過義務(wù)教育階段的化學(xué)課程學(xué)習(xí)，讓學(xué)生“形成一些最基本的化學(xué)概念，初步認(rèn)識物質(zhì)的微觀構(gòu)成”。幫助學(xué)生建立“物質(zhì)是由微粒構(gòu)成的和微粒的特征”的微粒觀是初中化學(xué)教學(xué)的一個難點(diǎn)。

一、教學(xué)現(xiàn)狀分析

微觀粒子看不見、摸不著，學(xué)生又缺乏對它們的直接經(jīng)驗(yàn)，由此造成了對分子、原子等化學(xué)概念的構(gòu)建困難。[1]為了幫助學(xué)生更為直觀地認(rèn)識分子的性質(zhì)，很多中學(xué)化學(xué)教師設(shè)計出一系列的化學(xué)實(shí)驗(yàn)來幫助學(xué)生了解微觀粒子的運(yùn)動特點(diǎn)，微觀粒子之間的作用力等，希望藉此盡量避免機(jī)械式、死記硬背式的化學(xué)教學(xué)。

我們知道，實(shí)驗(yàn)教學(xué)側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生的視覺空間智能、身體運(yùn)動智能、自然觀察智能以及人際交往智能，然而每個學(xué)生的優(yōu)勢智能是不同的，教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生的現(xiàn)階段的智力特點(diǎn)和身心發(fā)展特點(diǎn)去拓寬教學(xué)的方法，進(jìn)行教學(xué)時可以用學(xué)生擅長的智能去帶動學(xué)生不擅長的智能發(fā)展。[2]初中生的形象思維能力好，不太擅長抽象思維，筆者嘗試使用音樂作為促進(jìn)化學(xué)學(xué)習(xí)的手段，通過類比的方法架起音樂和化學(xué)之間的橋梁。

筆者查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)之前也有嘗試將化學(xué)和音樂學(xué)科聯(lián)系的設(shè)計，但基本都是采用將化學(xué)知識編排成樂曲進(jìn)行吟唱的方式，聯(lián)系方式比較單一，[3]也不夠深入學(xué)科本質(zhì)。由此，筆者嘗試了另一種聯(lián)系方式。

二、教學(xué)設(shè)計的思路和創(chuàng)新

本節(jié)課通過類比的方法，將樂隊比作宏觀物質(zhì)，組成樂隊中的樂手比作構(gòu)成宏觀物質(zhì)的微觀粒子，[4]創(chuàng)設(shè)一系列情景，引導(dǎo)學(xué)生分析微觀粒子的性質(zhì)，幫助學(xué)生逐漸建構(gòu)物態(tài)變化與分子運(yùn)動論的關(guān)系，幫助學(xué)生擺脫對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象僅僅只能描述、記憶，缺乏對其微觀本質(zhì)的理解的困境。

三、教學(xué)片段

【教師】播放足球場中有一個樂隊正在演奏的視頻（用直升飛機(jī)在高空進(jìn)行拍攝）。

【教師】同學(xué)們，如果我們將樂隊比做宏觀物質(zhì)，請問構(gòu)成這個樂隊的樂手們可以類比為什么呢？

【學(xué)生】構(gòu)成宏觀物質(zhì)的分子、原子。

【教師】當(dāng)我們用肉眼從較遠(yuǎn)距離看體育場時，我們能否看到樂手們之間有空隙呢？

【學(xué)生】不能。

【教師】沒錯，我們看到的是樂手們緊密地挨在一起（播放圖1）。但如果直升機(jī)上的攝影師將鏡頭拉近呢？（播放圖2）。

【學(xué)生】能看出樂手之間的距離。

【教師】我們將樂手想象成構(gòu)成物質(zhì)的分子，由于分子的質(zhì)量和體積很小，就像遠(yuǎn)距離看樂手非常小，所以看不出他們之間有間隙。直升機(jī)上的攝影師可以將攝像機(jī)鏡頭拉近從而看清樂手，那同學(xué)們有什么辦法能看清微小的分子呢？

【學(xué)生】可以用顯微鏡。

【教師】同學(xué)們的想法很好。構(gòu)成物質(zhì)的微觀粒子比樂隊的樂手要小得多，它們會連續(xù)振動，隨機(jī)移動，經(jīng)常發(fā)生碰撞，尤其構(gòu)成氣體的微觀粒子，運(yùn)動速度很快，掃描隧道顯微鏡可以利用微觀粒子表面的凹凸不平，顯現(xiàn)出分子、原子的樣子。

設(shè)計意圖：我們將構(gòu)成物質(zhì)的微觀粒子和在足球場表演的樂隊進(jìn)行類比（見表1），這個類比是想幫助學(xué)生理解，物質(zhì)看起來聚集在一起，沒有空隙，但是實(shí)際上經(jīng)過放大后，構(gòu)成它們的微觀粒子之間有較大的間隙。

【教師】同學(xué)們都知道物質(zhì)有三態(tài)的變化，固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。構(gòu)成不同狀態(tài)的物質(zhì)的分子或原子之間間隙大小相同嗎？不同狀態(tài)的物質(zhì)的分子或原子又是如何運(yùn)動的呢？

【教師】播放理查德克萊德曼的鋼琴曲《星空》節(jié)選，讓學(xué)生感受節(jié)奏的由快到慢。

我們想象三個場景：第一個場景（播放圖3），樂隊的樂手們站得很近，在原地踏步時緩慢地演奏《星空》。第二個場景（播放圖4），樂手們稍微加快演奏的速度來演奏相同的音樂，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)木幣盼璧副硌荩顒用娣e和第一個場景差不多大。第三個場景是樂手們分散在足球場中（播放圖5），他們之間有很大的距離，演奏的還是相同的音樂，但是節(jié)奏比前兩個場景更快了，并且隨著音樂隨機(jī)移動。他們很難靠在一起，高能地、自由地在足球場中運(yùn)動。

同學(xué)們能想象出這三個場景分別對應(yīng)著哪三種狀態(tài)的粒子嗎？它們分別有哪些特點(diǎn)呢？

【學(xué)生】學(xué)生甲：第一個場景代表的是構(gòu)成固體的粒子，粒子之間的間隙比較小，運(yùn)動得也比較慢，在同一個位置上運(yùn)動。

學(xué)生乙：第二個場景代表的是構(gòu)成液體的粒子，粒子之間的間隙比固體大一些，運(yùn)動速率比固體分子更快一些，并做一定的移動。

學(xué)生丙：第三個場景代表的是構(gòu)成氣體的粒子，粒子之間的間隙很大，運(yùn)動速率非常快，可以自由運(yùn)動。

【教師】與樂手們的演奏場景相類比，同學(xué)們能想象出構(gòu)成不同狀態(tài)物質(zhì)的粒子運(yùn)動方式。實(shí)際上，物質(zhì)三態(tài)的相互轉(zhuǎn)化只是分子之間的距離發(fā)生了變化，分子在固態(tài)只能振動，不能移動，這也是為什么固體有一定的形狀和體積。而液體分子在平衡位置振動得比固體分子振動得更劇烈，不僅如此，它還可以相對其他分子做移動，因此液體有一定體積而沒有形狀。氣體分子可以自由地、高速地運(yùn)動（播放一段《野蜂狂舞》），因此它們之間也會發(fā)生頻繁的碰撞，以至于雖然運(yùn)動速度很快卻難以前進(jìn)，這也是有些物質(zhì)擴(kuò)散很慢的原因。與固體和液體相比，氣體既沒有體積也沒有形狀。

設(shè)計意圖：通過構(gòu)建樂隊演奏的三個場景來類比三種狀態(tài)的分子運(yùn)動（見表2），可以讓學(xué)生更直觀地感受到三態(tài)的區(qū)別，一般情況下，固體粒子之間的間隙比液體粒子的間隙更小，而氣體粒子之間有較大的間隙。講清楚不同物質(zhì)狀態(tài)分子的運(yùn)動，可以更好地幫助學(xué)生理解教材中分子運(yùn)動的實(shí)驗(yàn)探究。

【教師】分子的運(yùn)動速率除了跟物質(zhì)的種類有關(guān)，還與什么有關(guān)呢？

【學(xué)生】溫度。

【教師】沒錯，如果我們將溫度比作指揮家指揮的節(jié)奏，指揮家加快演奏節(jié)奏，樂手們也會根據(jù)指揮加快演奏節(jié)奏。升高溫度，分子運(yùn)動得更快。相反地，指揮家減慢節(jié)奏，樂手們也會相應(yīng)地減慢演奏節(jié)奏。而降低溫度，分子也會運(yùn)動得更慢。

【教師】同學(xué)們能嘗試從分子運(yùn)動論的角度分析下原因嗎？

【學(xué)生】如果溫度升高，微觀粒子就會獲得能量，從而增加它們的振動幅度，就會運(yùn)動得更快。相反，如果溫度降低，粒子就會失去能量，從而降低它們的振動幅度，也就運(yùn)動更慢。

設(shè)計意圖：節(jié)奏是樂隊演奏的速率，將演奏節(jié)奏隨著指揮家的指揮節(jié)奏的改變而改變，類比于溫度影響微觀粒子的振動速率，從而影響微觀粒子的運(yùn)動速率（見表3）。

四、教學(xué)反思

微觀粒子的性質(zhì)以及分子運(yùn)動理論是幫助學(xué)生構(gòu)建分子概念的重要工具，通過對分子概念的構(gòu)建，可以使學(xué)生形成物質(zhì)構(gòu)成的微粒觀，深化對世界的物質(zhì)性的認(rèn)識。[5]筆者在本篇文章中將宏觀物質(zhì)比作樂隊，構(gòu)成樂隊的樂手看成是分子，目的是讓看不見摸不著的分子具象化。又因?yàn)榉肿拥倪\(yùn)動特點(diǎn)與宏觀物質(zhì)的特點(diǎn)迥然不同，學(xué)生直接想象分子的運(yùn)動比較困難，因此筆者再通過音樂節(jié)奏的快慢變化，構(gòu)建不同場景中樂手的演奏節(jié)奏變化，讓學(xué)生逐步了解在物質(zhì)三態(tài)變化過程中，微觀粒子的運(yùn)動方式的改變以及這種改變對宏觀物質(zhì)的表象造成的影響。

現(xiàn)代科學(xué)證明：左腦負(fù)責(zé)語言及相關(guān)的理論性思維能力，右腦負(fù)責(zé)音樂能力和形象思維能力。筆者將音樂與化學(xué)教學(xué)融合，促進(jìn)了兩個大腦半球的相互協(xié)同，統(tǒng)一運(yùn)作，有助于提高學(xué)生的注意力、記憶力和想象力，從而輕松有效地突破教學(xué)重難點(diǎn)。構(gòu)建分子的概念需要了解和選擇適當(dāng)?shù)目茖W(xué)方法，中學(xué)化學(xué)教師可以針對不同學(xué)生的情況，不斷調(diào)整教學(xué)方法和策略，增強(qiáng)學(xué)生突破難點(diǎn)的信心，并通過學(xué)科的融合，培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科的思維能力及扎實(shí)的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1]吳俊明，分子概念構(gòu)建的意義、基礎(chǔ)和教學(xué)策略[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2013（4）：5-7.

[2] 劉玉娟．發(fā)展學(xué)生優(yōu)勢智能的課堂教學(xué)策略研究[J]．中國教育學(xué)刊，2003（1）：34-37．

[3] 楊雯玉．基于多學(xué)科融合下中學(xué)音樂教學(xué)探究[D]．海口：海南師范大學(xué)，2021.

[4] Hugo Vieira. Bridging Music and Chemistrv：A MarchingBand Analogy to 'reach Kinetic- Molecular Theory [J]J.Chem. Educ， 2022（ 99）： 729-735.

[5] 畢華林，對高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的認(rèn)識和理解[J]．化學(xué)教育，2021（1）：3-9．