對“微粒特征”的跨學科教學對比研究

包婷 詹發云

摘要：以八年級“走進分子世界”與九年級“構成物質的基本微粒”進行跨學科同題異構的教學研究。分別從學科和學習視角，解讀課標要求，分析教材內容，對比教學流程和實驗設計，研究物理與化學學科對微粒特征的教學差異。在整合學科資源，突破教學難點的同時，引導課程跨學科銜接，提高學生的思維能力。

關鍵詞：微粒特征;跨學科;教學對比;教材分析

文章編號：1008-0546（2022）08-0007-05?? 中圖分類號：G632.41?? 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.08.002

初中的物理和化學都是啟蒙性學科，對同一知識基于不同教材視角存在不同的解讀。“微粒特征”的概念在八年級物理和九年級化學學科中均有涉及，內容相似但側重點不同，因此教學內容、教學方式存在差異。教學中要加強物理與化學的教學融通，在表達方式、知識運用層面銜接溝通，避免對知識的片面理解，造成學科壁壘。基于學生認知水平，需要在學科對比分析中從不同學科視角進行有效銜接。以下是從物理、化學學科不同視角對“微粒特征”教學展開研究的實踐與思考。

一、基于學科視角的對比分析

1.課標對比

在八年級物理“從粒子到宇宙”的章節中學生首次與微觀世界接觸，認識到了物質是由類似于分子這樣的微粒構成的。“走進分子世界”利用特定實驗引導學生探究分子的熱運動以及分子間引力和斥力的關系。

九年級化學“物質構成的奧秘”是化學微觀理論展開研究的啟蒙章節，“構成物質的基本微粒”主要圍繞微粒的基本特征展開，旨在加深學生對微粒觀、變化觀等學科觀念的認識和理解。宏觀辨識與微觀探析的學科素養既是特有的化學學科觀念，也是解決化學問題的學科視角[1]，為后續化學變化本質、物質性質解析和化學符號用語的學習起著重要的鋪墊作用。

2.教材對比（見表1）

3.目標對比

（1）物理學科中“走進分子世界”課時的教學目標

①知道物質由大量不斷運動的分子構成，能結合現象感知分子間存在間隙;

②了解人類認識微觀世界的過程與方法，能根據經驗猜想分子的結構模型;

③掌握分子運動與宏觀物體運動的區別，能運用分子動理論解釋三態變化。

（2）化學學科中“構成物質的基本微粒”課時的教學目標

①通過微粒運動與分子間隙的知識學習，形成基于宏微結合的化學學科觀念;

②通過生活現象與趣味實驗的深入剖析，提升基于證據推理的科學探究能力;

③通過方案設計與實驗論證的小組合作，培養基于協同學習的自我表達能力。

二、基于學習視角的教學設計

1.問題設計

模型假說是八年級物理教學中一種常用研究方法。“走進分子世界”一課設計3個教學環節，設置11個教學問題（見表2），問題傾向于尋找學生熟悉的生活情境，解釋貼近生活的科學現象，旨在根據科學家的研究歷程帶領學生了解微觀世界，發現問題，搜集證據，觀察現象，得出結論。

（2）學生已經學習了物理學科中的“走進分子的世界”，從化學學科角度來進一步探討微粒的基本特征，更需要關注對課堂問題的內容編排與層次考量。科學合理的問題設置可以促使教學環節順利推進，環環相扣的問題串聯可以促進學生高階思維發展[2]。“構成物質的基本微粒”一課設計3個教學環節，設置14個問題（見表3）。

對比分析：物理教學過程中往往通過由淺入深，由表及里的問題，引導學生逐步剖析科學理論的核心要義。化學教學則側重于以問題啟迪學科思維，以問題引發深度學習。聚焦情境問題的解決，能有效實現知識到智慧的領悟與理解。

2.實驗選擇

（1）物理學科選擇的經典實驗

①實驗1——放大鏡下的鉛筆痕跡

實驗內容：用2B鉛筆在素描紙上輕輕畫一筆，用肉眼直接觀察，再用放大鏡觀察。會看到筆跡是由極小的黑色木炭顆粒組成，且顆粒間并不緊挨著。

實驗效果：先用黑色木炭顆粒代替微粒，讓學生有較為直觀的感受，初步感知物質是由微粒構成的，并通過該實驗逐步引導，讓學生對于肉眼不可見的微粒有更清楚理性的認識。

②實驗2——不同溶液的擴散現象

實驗內容：裝半筒水，然后用長頸漏斗小心地把硫酸銅溶液倒進量筒底部，實驗開始時硫酸銅溶液和清水的界面非常清楚。隨著時間的推移，溶液最終均勻分散（如圖6所示）。

實驗效果：通過前期現象的搜集，學生在對比不同時刻的擴散現象時，直觀感受到微粒處在永不停息的無規則運動中，顏色的深淺變化，再現微粒的運動軌跡。

③實驗3——酒精與水的相互混合

實驗內容：先向長玻璃管內加入大約一半體積的水，再向其中加入相同體積的無水酒精，用塞子塞住管口后，上下顛倒數次，發現總體積變小。

實驗效果：用直觀的演示實驗證明微粒中特殊的“1+1<2”，結合實驗引導學生分析，總結現象，搜集證據，充分認識到微粒之間確實存在著一定間隙。

④實驗4——兩個鉛塊的黏合效應

實驗內容：將兩個光滑的鉛塊壓緊后，再用一個鉤碼掛在下面，鉛塊不會分開，證明分子間存在吸引力。

實驗效果：經典的實驗引起學生的認知沖突，激發學生的學習興趣。通過利用生活中的實物再次實驗，加深學生對于分子間存在吸引力的理解，再通過引導學生尋找生活中更多類似的現象。

（2）化學學科選擇的經典實驗

①實驗1——化無形為有形

實驗內容：教材中利用酚酞和濃氨水進行實驗，具體的裝置有多種選擇。本節課設計裝置如圖7，8所示。先將間隔滴有無色酚酞的長形濾紙條放入特制玻璃管的長柄處，V形拐角處也盛有一定量的酚酞試液，并在管口塞上棉花。

實驗效果：本實驗對教材上的裝置進行調整，用更形象的實驗再現微粒運動軌跡。讓學生對于微粒運動有更直觀的感受，并且長柄V形管的定制在一定程度上節約藥品，且密封性更好。

②實驗2——比比誰更快

實驗內容：準備好兩套組裝好的玻璃部件，一套提前浸在冷水中，一套提前浸在熱水中。再用滴管分別吸取一定量的濃氨水，同時滴在棉花上，觀察兩組試管中的實驗現象。

實驗效果：再次利用濃氨水與酚酞的化學反應，使課堂實驗結果更加完整，利用對比的方法設置對照組，具體探究溫度對微粒運動速度的影響。

③實驗3——誰的力氣大

實驗內容：利用一個針筒抽取一定量的空氣，用拇指堵住針筒一端，用力推活塞;再用另外一個針筒抽取一定量的水，用拇指堵住針筒一端，用力推活塞，感受氣體和液體被壓縮的難易程度。

實驗效果：組織學生實驗，可以激發學生活力，擴大參與度，簡單易操作的實驗也可以非常有效地探究不同狀態物質的間隙大小差別。

④實驗4——熱脹冷縮趣味實驗

實驗內容：提供材料，不固定方案，學生小組討論。利用塑料碗、玻璃瓶、塑料管、氣球、橡皮筋、紅墨水等材料自主設計方案探究溫度對微粒間隙的影響，具體可行的方案如圖9，10所示。

實驗效果：實驗探究是化學的學科特色。利用實驗進行論證，可以引導學生形成基于證據推理的學科觀念。探究的意味不能止于“探”，遵循既定步驟按部就班，實質上不能真正培養學生的科學素養。因此，開放式的實驗，將問題拋給學生，讓學生深“究”原因，可以激發學生更大的潛能[3]。

對比分析：通過不同學科經典實驗的對比，發現物理的教學實驗會選擇基于物理變化的實驗素材，或者是生活中常見現象的模擬再現，簡單直白更適應八年級學生的認知水平。九年級化學課堂中，基于化學反應的實驗現象更加快速有趣。化學教學中為了讓抽象的概念得以更直觀形象地展現在學生面前，需要準備多樣化的素材來充分激發學生的學習興趣。

三、對化學學科教學的啟示

對同一科學體系下的基本理論，充分考慮學科知識間的相關聯系，可以引導學生積極構建知識體系。在同一邏輯方法的思維訓練中，深入研究學生已具備的關鍵能力，可以促進學生強化學科核心素養。相似概念的再教學不能是簡單的重復解讀，而應當是在考慮學情的基礎上了解學生的已知，關注學生的未知，并有效設計教學環節，科學安排探究活動，提升理論知識的運用能力。基于對物理教材中學生已知理論的初步分析，物理與化學課堂中不同的教學設計內容，在對“微粒特征”的九年級化學教學過程中，應當關注以下幾點：

1.研究教材，促進學科的融合相通

不同學科各有側重，物理強調分子動理論的一般性規律，化學學科課程則是傾向于以實驗操作為核心，科學探究為主題展開對化學變化實質的學習與探索。原理相同，只是教材編制對于認知概念的表述略有不同，其中差異之處不必過分解讀，而應當在教學設計時加強不同學科在知識理解、表達方式、運用層面的交流溝通，避免認知的混淆。同時，也要基于學科特色，在復習舊知的同時挖掘知識的深度，激發學生更多的思考。精選生活情境，凸顯化學特色，增加課堂趣味，實現學科知識與主題情境的有效融合。

2.分析學情，啟迪學生的高階思維

問題設計要注重學生對于知識體系的建構，充分考量學生知識掌握與學習能力的程度，強化學生對比分析和歸納演繹的思維能力。通過預設具有梯度的系列問題，才能有效平衡情境、問題、活動三者關系。已知的知識適合于在實際問題解決過程中加以鞏固，有難度的新知適合于在情境引導中逐次滲透。一味地重復講解只是枯燥的知識重疊，教學內容只有在充分關注學生學習思維培養的同時才能實現效率的最大化。

3.素養為本，培養學科的關鍵品格

實驗是化學學習必不可少的，對抽象的概念學習有一定的保障作用。化學的課堂是一步一步基于證據的推理過程，是理性探究科學的過程。核心素養要求下的課堂要注重情智建構，動態整合學科資源，喚醒已知經驗，探究未知理論，開展深度學習，培育證據推理與模型認知的學科素養。只有充分發揮學生的主動性，遷移學習要領，強化思維邏輯，學科素養才能得以提升。

參考文獻

[1]吳星.對高中化學核心素養的認識[J].化學教學，2017（5）：4-5.

[2]嚴春.基于主題情境的初中化學深度學習教學實踐與思考——以“微粒的性質”為例[J].化學教與學，2021（3）：2-7.

[3]詹發云.基于“問題探究證據推理”的教學設計——以“構成物質的基本微粒”為例[J].教學月刊·中學版（教學參考），2018（1-2）：81-85.