化學核心素養“宏觀辨識與微觀探析”的教學實踐探析

李貴花

摘 要：基于化學核心素養“宏觀辨識與微觀探析”素養的發展，以“認識同周期元素性質的遞變規律”為例，通過“復習鞏固”“性質預測”“實驗探究”“思維建模”等教學流程，在課程情境中讓學生初步形成物質結構決定物質性質的觀念，促進“宏觀辨識與微觀探析”素養的提升。

關鍵詞：高中化學;宏觀辨識與微觀探析;教學實踐

《普通高中化學課程標準》（2017版），下文簡稱《課程標準》）指出：“各學科應引導教學更加關注育人目的，更加關注培養學生的核心素養[1]。”“宏觀辨識與微觀探析”作為化學學科核心素養的重要組成部分，既是核心素養培養過程中應形成的化學觀念，也是解決化學學科問題的思維方法。其落地需要教師將“宏觀辨識與微觀探析”素養（以下簡稱“宏微”素養）的培養循序漸進地融入平時的教學中，以期通過一系列化學認知活動逐漸培養和形成從宏觀辨識與微觀探析視角認識客觀事物的內在品質，并使之成為學生在當下學習和今后工作或生活中能主動從宏觀辨識與微觀探析視角分析、看待問題的自覺意識和思維習慣[2]。

一、發展“宏微”素養的理論依據

“宏微”素養體現了化學學科與其他學科不同的思維方式，學會用這種特殊的思維方式學習化學，能夠增進學生對化學學科的理解、對知識的掌握和對問題的分析。《課程標準》中“宏觀辨識與微觀探析”的概念是：能從不同層次認識物質的多樣性，并對物質進行分類;能從元素和原子、分子水平認識物質的組成、結構、性質和變化，形成“結構決定性質”的觀念。能從宏觀和微觀相結合的視角分析與解決實際問題。其內容包含三個層面：

（一）知識層面：能從不同層次認識物質的多樣性，并對物質進行分類，能從元素和原子、分子水平認識物質的組成、結構、性質和變化。

（二）思維層面：能從宏觀和微觀相結合的視角分析與解決實際問題。

（三）觀念層面：形成“結構決定性質”的觀念。

知識層面是學生從化學學科角度認識物質、形成宏觀辨識與微觀探析思維、建構結構決定性質觀念的必備知識，是解決問題的工具，也是形成關鍵能力的基礎。思維層面要求學生能從宏觀到微觀或從微觀到宏觀角度認識物質及其變化的本質，以建構解決化學問題的思維視角。觀念層面是對宏觀辨識與微觀探析深度理解之后形成的化學觀念，是化學學科的核心觀念，是宏觀辨識與微觀探析思維方式的具體表現形式，也是學生思考和解決問題的一種策略與機制。三個層面并不是孤立的，而是有機聯系、相輔相成、循環發展，促進“宏微”素養的形成和進階。童文昭老師將發展“宏微”素養的思維類型與能力表現概括如下[3]。

1.宏觀→微觀類型。判斷結構：能根據物質的宏觀特征對物質及其反應進行分析，推斷物質的微觀組成和結構。

2.微觀→宏觀類型。分析性質，預測現象，推斷結果：能根據物質的微觀組成和結構，預測、推斷物質的性質、變化的現象和結果。

3.“宏微”結合類型。觀念性思維體現：能基于物質結構決定物質性質、物質性質反映物質結構的觀念，綜合微觀和宏觀層面的認識，對物質結構、性質、變化、現象等方面的問題進行分析、解決和評價。

二、教學背景分析

（一）關于“宏微”素養的學情分析

初中階段，學生通過“物質構成的奧秘”“自然界的水”的學習，建立了宏觀辨識與微觀探析的基本意識，高中階段，經過選擇性必修1與選擇性必修2第一章前兩節內容的學習，學生已經能較為熟練地書寫、表達及簡單應用部分微觀方面的化學符號，也能從宏觀上辨識實驗現象，但對宏觀現象背后的微觀實質理解能力有限，從微觀角度預測物質性質的能力欠缺，缺乏將宏觀現象與微觀實質相聯系綜合分析化學實質的意識[4]。

（二）教學案例教材版本

魯科版高中化學必修第二冊第一章第三節第一課時

（三）教學設計思路

以第3周期元素為例探究同周期元素性質的遞變規律為主線，通過研究物質性質的基本程序——“復習鞏固”“性質預測”“實驗探究”“思維建模”引導學生應用必修第二冊第一章第一節原子結構與元素性質的相關知識預測第3周期元素原子得失電子能力的強弱，討論、設計并動手實驗驗證預測，最后根據實驗結果歸納結論，建構判斷同周期元素原子得失電子能力強弱的思維模型，初步建立“位”“構”“性”三者的聯系。幫助學生形成“結構決定性質，性質反映結構”這一統攝性化學觀念，實現“宏微”素養的落地。教學中，關于認識同周期元素性質遞變規律的活動內容與發展“宏微”素養呈現以下關聯：

1.理解與辨析→復習11至18號元素原子結構示意圖→運用微粒結構圖式描述物質。

2.分析與推測→根據原子結構的相關知識預測11至18號元素原子得失電子能力的強弱→從微觀視角分析問題，預測物質的宏觀物質。

3.探究與創新→設計并操作實驗驗證11至18號元素原子得失電子能力的強弱→從宏觀和微觀相結合的視角解決實際問題。

4.歸納與論證→由實驗結果得出11至18號元素原子得失電子能力的強弱順序→初步建立“位”“構”“性”三者的聯系，形成“結構決定性質”的化學觀念。

（四）教學目標

本文旨在探討基于“宏微”素養角度的教學實踐，因此設定如下教學目標。

1.能從原子結構角度，解釋同周期元素原子得失電子遞變的原因，培養學生運用微粒結構圖示描述物質及其變化，聯系物質的組成和結構解釋宏觀現象的能力。

2.能從預測的物質性質出發，依據實驗目的，設計實驗方案，通過實驗事實，驗證金屬元素原子失電子能力強弱比較的間接方法，培養學生綜合微觀和宏觀層面的認識，從宏觀特征入手根據實驗現象辨識物質及其反應，對物質結構、性質、變化、現象等方面的問題進行分析、解決的能力。

3.能從預測的物質性質出發，運用信息分析問題、解決問題，根據反應發生的條件等一系列信息，總結非金屬元素原子得電子能力強弱比較的間接方法，培養學生綜合微觀和宏觀層面的認識，對物質結構、性質、變化、現象等方面的問題進行分析、解決的能力。

4.體會原子結構與同周期元素性質遞變之間的關系，初步形成物質結構決定物質性質，物質性質反映物質結構的觀念，實現“宏觀辨識與微觀探析”素養的進階[5]。

（五）教學環節

環節1，從原子結構預測第3周期元素原子得失電子的遞變規律。

1.通過已學知識，說出比較元素原子失電子能力的方法。

2.寫出第3周期元素原子結構示意圖，并嘗試從原子結構角度說明該周期元素原子得失電子能力出現差異的原因。

3.通過第3周期元素的原子結構預測第3周期元素原子得失電子能力的遞變規律。

設計意圖：此階段學生“結構決定性質”的化學觀念尚處于萌芽階段，學生由原子結構預測第3周期元素原子得失電子能力的遞變規律難度較大。教師通過設置問題鏈，將微觀層面探析物質的組成、結構、變化現象等相關零散知識進行整合、內化，將知識從熟悉引向陌生，循序漸進，由淺入深，實現“結構決定性質”化學觀念的覺醒、促進“宏微”學科素養的有效落實，提高學生解決問題的能力。

對“從原子結構角度說明第3周期元素原子得失電子能力出現差異的原因”這一難點的突破，可通過設置問題鏈引導學生思考：①第3周期元素原子的電子層數，最外層電子數有什么變化規律？②第3周期元素原子的半徑有什么變化規律？③原子核內質子與核外電子存在什么作用力？它們之間的距離有什么變化規律？導致得失電子的難易出現什么差異？這三個問題要求學生從微觀層面分析不同類物質性質差異的原因，從而得出第3周期元素原子得失電子能力的遞變規律。

環節2，設計實驗驗證環節1對第3周期元素原子得失電子能力強弱的預測。

1.根據已學知識及課本20頁方法導引中的提示，分小組討論比較Na、Mg、Al元素原子失電子能力強弱的方法，并設計實驗方案驗證。

2.根據課本21頁方法導引中的提示，認真閱讀課本21頁“閱讀探究”欄目，獲取非金屬元素原子得電子能力強弱的證據，形成表格。

設計意圖：以實驗為抓手，通過實驗探究活動引導學生從宏觀和微觀結合上觀察各類物質及其反應的不同特征，依據實驗證據或材料證據歸納物質性質，推出合理結論。培養學生從“宏微”結合的角度分析與解決實際問題的能力，促進“宏微”素養的提升。

從課堂實際效果看，學生已具備一定實驗探究能力，能較好地設計并操作實驗，教師可在實驗探究任務中適時尋找“宏微”素養的生長點。如，有一小組提出可通過金屬單質與鹽溶液的置換反應判斷Na、Mg、Al元素原子失電子能力的強弱，設計并操作相應實驗時，從宏觀實驗現象發現：①Na與可溶性鎂鹽溶液發生反應，未有新的金屬單質生成，而是產生白色沉淀。②Mg與可溶性鋁鹽溶液發生反應，未觀察到新金屬單質生成，鎂片上產生大量細小氣泡，溶液逐漸變渾濁。原因何在？問題①：通過必修第一冊的學習，學生很容易從微觀角度想到Na遇到H2O、可溶性鎂鹽時，反應順序是先水后鹽。問題②：Mg與可溶性鋁鹽溶液反應，涉及選擇性必修1中鹽類水解的內容，此時教師可通過問題鏈引導學生深入思考：Ⅰ.產生大量氣泡可能是生成了什么氣體？設計實驗驗證。氣體是溶液中哪些微粒反應產生的？Ⅱ.這些微粒在鋁鹽溶液中存在嗎？設計實驗證明這些微粒的存在。Ⅲ.這些微粒與Mg反應的順序是什么？猜測并動手實驗后，學生可以得出：鋁鹽溶液呈酸性，Mg先與溶液中的H+反應生成H2。因此，不能利用金屬單質與鹽溶液的置換反應判斷Na、Mg、Al元素原子失電子能力的強弱。對該實驗設計預測之外的現象解析要求學生從微觀層面分析反應原理，認識反應本質，提高從宏觀和微觀相結合的視角分析與解決實際問題的能力[6]。

環節3，宏微結合得出結論，建構思維模型。

1.根據這節課學習的內容，得出第2周期元素原子得失電子的遞變規律。

2.比較第2周期元素性質的遞變規律。

3.總結元素周期表中同周期元素原子得失電子的遞變規律。

設計意圖：通過認識元素“位”“構”“性”之間的內在聯系，引導學生形成物質結構決定物質性質，物質性質反映物質結構的化學觀念，協助學生遵循“微觀→宏觀”“宏觀→微觀”的思維建立同周期元素性質遞變規律的認知模型。

為讓學生對“位”“構”“性”之間的聯系有深刻認識，可進行簡單的課堂訓練。如進行小組開火車搶答競賽，由教師提問，各小組學生按座位順序搶答，若答案錯誤，可由其他小組繼續搶答。搶答的試題對學生形成“結構決定性質，性質反應結構”觀念的作用應簡單、直接、高效，如下（針對第2周期）：

①失電子能力最強的元素是哪一個？

②最外層電子數最多的元素是哪一個？

③最高正價最大的元素是哪一個？

④最高價含氧酸酸性最強的元素是哪一個？

⑤氣態氫化物穩定性最強的元素是哪一個？

⑥第一個非金屬元素處于第幾位？

⑦與酸反應生成氫氣最慢的元素是哪一個？

三、教學反思

（一）注重技巧，尋找最適教學實施路徑

“宏微”素養發展在高中化學教學中大多涉及微觀視角分析問題，具有抽象性強、直觀性弱、思維難度高等特點，教學過程往往枯燥無味。教師可從熟悉的知識點入手逐步過渡到陌生知識點的掌握;從常見易理解的情境入手訓練，逐步加深難度到可適應陌生情境的問題解決;從化學實驗入手，逐步將抽象化的微觀本質通過宏觀的實驗現象或數據呈現，降低學生理解并內化知識的難度。

（二）循序漸進，符合學生認知規律

“宏微”素養是在一定知識基礎上發展起來的化學學科能力。高中不同學段學生知識基礎和心理發展程度存在差異，根據學生在不同學段的知識結構特點設定相應難度梯度進行針對性教學，走穩每一步。

（三）合理規劃，設置導引性問題鏈

化學教學中設置問題鏈引導學生自主學習的情況較為多見。問題鏈的設置應為教學目標服務，帶有明確的目的性，若目的是解決問題，問題鏈的設置需考慮思維活動開展的深度，問題鏈要有一定的難度梯度，由淺入深、由表及里、前后銜接、問問相扣，化學教學中的知識性教學設置的問題鏈多為此類;若目的是強化訓練，問題鏈的設置需考慮思維活動開展的廣度，問題鏈可以沒有層次性，只在同一水平重復，但需考慮問題鏈覆蓋知識的全面性，化學教學中的認知性習題訓練設置的問題鏈多為此類。

結束語

本節課使學生初步改變了化學觀念，強化了化學學習中物質結構與性質之間的聯系，凸顯了“宏微”結合思想在解決化學問題中的重要作用，實現了從化學基礎知識的學習向培養學生“宏微”素養的轉變，真正提升了學生“宏微”素養的水平。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[2]顧建辛.關于化學學科核心素養培育的微觀思考：“宏觀辨識與微觀探析”和“證據推理與模型認知”關聯性學習行為中的“思想實驗”[J].化學教學，2020（4）：10-14.

[3]童文昭，楊季冬，王后雄.“宏觀辨識與微觀探析”素養測評框架的構建：基于PISA及高考評價體系的思考[J].化學教學，2020（8）：74-79.

[4]閆亞妮.中學化學教學中“宏觀辨識與微觀探析”核心素養的培養研究[D].固原：寧夏師范學院，2019.

[5]魏鳳琴.人教版普通高中教科書《化學》必修第一冊教學感悟[J].中學化學，2021（11）：17-18.

[6]張鴻雁.思維導圖在高中生化學學科核心素養培養中的應用[D].呼和浩特：內蒙古師范大學，2019.

本文系福建省教育科學“十三五”規劃2020年度課題“基于高中化學學業質量標準的‘宏觀辨識與微觀探析素養培養的實踐研究”（立項批準號：FJJKX20-905）的階段性研究成果。