基于微觀分析與假設(shè)的“水的組成”探究教學(xué)

朱少祥

（花都區(qū)秀全外國語學(xué)校 廣東 廣州 510800）

教育部《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》在“前言”部分指出：“化學(xué)是在原子、分子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其應(yīng)用的一門基礎(chǔ)自然科學(xué)，其特征是研究物質(zhì)和創(chuàng)造物質(zhì)。”因此，在初中化學(xué)教學(xué)中，教育學(xué)生用微觀的視角對化學(xué)現(xiàn)象進行分析和解釋，對物質(zhì)的變化做出猜想和假設(shè)，應(yīng)成為教師努力的方向。

如何操作？ 人教版教材修訂兩年來，筆者進行了積極探索，下面以“探究水的組成”課堂教學(xué)為例說明，以期拋磚引玉。

一、探究水的組成的課堂架構(gòu)

探究水的組成是“水的組成”課題的一部分。在人教社《化學(xué)（九年級）上冊》中，“水的組成”課題被安排在第四單元課題3， 該課題在上下單元以及前后課題之間都起著承前啟后的作用。

探究水的組成包括氫氣的驗純與燃燒、電解水實驗、水分解的微觀分析三部分。考慮到“氫氣驗純”是中學(xué)階段學(xué)生學(xué)習(xí)可燃性氣體驗純的唯一素材，筆者將該部分內(nèi)容處理成學(xué)生實驗， 后移到第2 課時，與純凈物的分類一起學(xué)習(xí)。將“微觀分析與假設(shè)”放在“氫氣的燃燒”和“電解水實驗”之間，以突出微觀建構(gòu)的核心地位。課堂由五個模塊構(gòu)成，基本架構(gòu)見圖1。

圖1 “探究水的組成”課堂架構(gòu)

以上設(shè)計，體現(xiàn)了“提出問題→實驗求證→做出結(jié)論”的科學(xué)探究過程，凸顯利用微觀模型對宏觀現(xiàn)象進行分析和假設(shè)的化學(xué)研究特色。

二、探究水的組成各模塊的實施

1．“情景導(dǎo)入”模塊：將學(xué)生的思維導(dǎo)向探究水的組成這一課堂主題

有效的課堂情景要蘊含學(xué)科問題，要有利于學(xué)生建立起認識脈絡(luò)，并實現(xiàn)知識的遷移。在“情景導(dǎo)入”模塊中，教師先投影相關(guān)實驗圖片，讓學(xué)生回憶空氣組成的測量、過濾操作的原理、蒸餾水（純水）的制取，然后提出問題：“水是由哪些元素組成的？ ” 當(dāng)學(xué)生輕松地做出回答后，教師接著追問：“你判斷的依據(jù)是什么？ ”“如何用實驗來證明？ ”當(dāng)學(xué)生的注意力高度集中，頭腦中有一絲想法卻又無法回答清楚時，教師及時點題，進入新課。

以上情景，幫助學(xué)生將新課學(xué)習(xí)建立在已有認知的基礎(chǔ)之上，并通過適時追問、反問，誘發(fā)學(xué)生的思維沖突，從而消除了學(xué)生因知識本身過于淺顯而產(chǎn)生的懈怠情緒，起到了良好的課堂導(dǎo)入效果。

2．“水的生成”模塊：重視氫氣燃燒的認知脈絡(luò)和實驗的證據(jù)價值

對于學(xué)生來說， 氫氣是一種既熟悉又陌生的物質(zhì)。熟悉是因為大家都有兒時玩氫氣球的經(jīng)歷，陌生則因為它“觀無影，聞無味，尋無蹤”。因此，必須通過必要的情景以過渡到氫氣的燃燒實驗。

教學(xué)中，教師先用氫氣流吹肥皂泡，根據(jù)肥皂泡向上運動認識“輕（氫）氣”；再用燃燒的木條引燃肥皂泡，說明氫氣可燃后提出問題： 氫氣燃燒的產(chǎn)物可能是什么？ 怎樣用實驗證明？ 學(xué)生在充分思考、設(shè)計和論證的基礎(chǔ)上， 用冷而干燥的燒杯進行檢驗， 最后分析得出“水是由氫、氧兩種元素組成”的結(jié)論。教學(xué)流程見圖2。

圖2 “水的生成”教學(xué)流程圖

以上處理，較為清晰地體現(xiàn)了“生活常識→化學(xué)物質(zhì)→性質(zhì)探索→實驗檢驗→做出結(jié)論” 的學(xué)習(xí)脈絡(luò)，突出了化學(xué)學(xué)習(xí)的生活性和探究性。

3．“微觀建構(gòu)”模塊：突出微觀模型在探究水的組成中的分析與假設(shè)功能

模型化是初中化學(xué)微粒觀教育的基本方法，是幫助學(xué)生建立微觀想象的重要手段。本課時“微觀建構(gòu)”模塊包括“微觀分析”和“微觀假設(shè)”兩個環(huán)節(jié)，基本流程是：學(xué)生利用微觀模型先對水的生成過程進行解釋和分析，再將水分子拆分、重組，對水的分解產(chǎn)物做出猜想和假設(shè)，教學(xué)流程見圖3。

圖3 “微觀建構(gòu)”教學(xué)流程圖

在“微觀分析”環(huán)節(jié)，學(xué)生首先討論氫氣燃燒時導(dǎo)管口主要存在哪些分子， 其中哪些分子參加了反應(yīng)；然后從教師提供的模型（含H2、O2、N2、H2O 分子）中，選擇氫分子和氧分子， 模擬氫氣燃燒的微觀過程；最后，師生一起將上述過程簡化、小結(jié)成“選擇（選擇參加反應(yīng)的分子）→拆解 （將分子拆分成原子）→重組（將原子重組成新分子）”三個階段（圖4）。

圖4 氫氣燃燒微觀模型圖

在“微觀假設(shè)”環(huán)節(jié)，學(xué)生利用微觀模型將水分子拆分后，再嘗試將氫原子和氧原子進行重組，猜想可能的產(chǎn)物，討論如何證明，進而非常自然地轉(zhuǎn)入“水的分解”模塊的學(xué)習(xí)。

以上微觀建構(gòu)活動，既是上一單元分子、原子、元素知識的鞏固和深化， 也是下一單元理解質(zhì)量守恒、配平化學(xué)方程式的認知基礎(chǔ)，而在課堂學(xué)習(xí)中則體現(xiàn)了從直觀到抽象、從宏觀到微觀、從感性到理性的認知過程，突出了微觀分析與假設(shè)在化學(xué)研究中的核心作用。

4．“水的分解”模塊：體現(xiàn)“驗證微觀假設(shè)”和“探究水的組成”的雙重功能

電解水是初中化學(xué)的典型實驗，實驗過程蘊含著有序觀察、準(zhǔn)確描述、定性與定量分析等豐富的學(xué)習(xí)素材，有賴于通過探究任務(wù)的驅(qū)動加以利用。

在“微觀建構(gòu)”模塊通過微觀模型對水的分解做出假設(shè)，論證了分解水的條件以及可能的產(chǎn)物的基礎(chǔ)上，學(xué)生先認識電解水裝置，接通電源，觀察和描述現(xiàn)象： 兩電極上產(chǎn)生大量氣泡……負極端產(chǎn)生氣泡多……氣體在刻度管頂端聚集，水面逐漸下降……正負兩極氣體體積比約為1∶2； 然后根據(jù)原猜想設(shè)計氣體檢驗方法并實驗；最后論證原微觀猜想的正確性。教學(xué)流程見圖5。

圖5 “水的分解”教學(xué)流程

這樣， 學(xué)生帶著證明微觀猜想的任務(wù)開展實驗，目的更加明確，思考性更強，體現(xiàn)了變教為誘、變學(xué)為思、以誘達思、促進發(fā)展的教學(xué)思想。

5．“課堂小結(jié)”模塊：通過問題回應(yīng)探究主題，強化微觀想象

課堂小結(jié)是對當(dāng)堂所學(xué)內(nèi)容的梳理和歸納，目的在于突出學(xué)習(xí)重點，促進知識遷移。在“課堂小結(jié)”中，教師提出兩個問題：

［問題1］在氫氣燃燒和電解水實驗中，哪些現(xiàn)象和事實能說明水是由氫、氧兩種元素組成的？

［問題2］假如將你縮小成實驗中的水分子，在這兩個實驗中你將看到發(fā)生了什么？

問題1 讓學(xué)生從課堂探究主題的高度審視本節(jié)課所學(xué)習(xí)的內(nèi)容，有利于對知識架構(gòu)形成整體印象；問題2 則讓學(xué)生變換視角，從原子、分子的微觀層面，用自己的語言，描述微觀的變化，培養(yǎng)了學(xué)生的想象能力。

因此，以微觀分析和假設(shè)為核心的“水的組成”探究教學(xué)，教學(xué)過程不再是教材文本內(nèi)容的簡單復(fù)述和實驗過程的照單呈現(xiàn)，課堂探究主題更加鮮明，也在一定程度上順應(yīng)了現(xiàn)代化學(xué)從原子、分子層面進行分析、設(shè)計與合成的研究趨勢。

［1］中華人民共和國教育部．義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn) ［M］．北京：北京師范大學(xué)出版社，2011，（1）：5－11

［2］人民教育出版社課程教材研究所化學(xué)課程教材研究開發(fā)中心．義務(wù)教育教科書化學(xué)（九年級上冊）［M］．北京：人民教育出版社，2012，（5）：79－82

［3］朱少祥．初中化學(xué)“水的組成”教學(xué)文獻綜述［J］．中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2014，（11）：68－71