立足于水的微觀認識滲透化學微粒觀

趙文宇

摘要：化學微粒觀是中學化學的核心觀念。以水為認識對象，設計活動、進行實驗探究，建立起宏觀-微觀-符號相聯系的思維方式；運用模擬動畫、圖片進行分析，使學生能夠從微觀的視角學習化學知識，為建構化學微粒觀初步奠定基礎。

關鍵詞：水的微觀認識；教學策略；初中生；化學微粒觀

文章編號：1005–6629（2016）4–0037–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

人民教育出版社2012年6月出版的義務教育教科書九年級《化學》（上冊）第三單元“物質構成的奧秘”是初中生化學學習的“第一道門檻”，教師普遍認為該部分難講、難教，學生學起來也是覺得枯燥乏味。一部分學生甚至出現了畏難的心理，導致學生該部分的知識支離破碎。主要表現在以下幾個方面：一是學生常常割裂概念的宏觀解釋與微觀解釋；二是學生對物質所具有的物理性質的微觀理解較差；三是學生對化學反應的動態過程和微粒本質的理解存在困難。2011年版的《義務教育化學課程標準》指出“水是學生最熟悉的物質，在教學中要注意引導學生通過實驗探究水的組成和性質；聯系生產生活實際了解水的凈化、水的污染和水資源的保護”[1]。為此，教師在教學中應該多站在學生的角度，選擇生活中常見的物質水及其有關的現象或典型事例，提出基本問題，并通過設計活動、實驗探究，運用模擬動畫、圖片進行分析，引導學生走進化學的微觀世界，滲透化學微粒觀。

1 與水有關的初中化學微粒觀的內容

初中化學微粒觀的主要內容包括：物質是由微觀粒子構成的；微粒很小；微粒是運動的；微粒間有間隔；微粒間存在相互作用。與水有關的微粒觀的內容是：水是由水分子聚集形成的；水分子很小；水分子在不斷地運動；水分子間有間隔；水分子間存在相互作用。與之對應的在教材中的典型事例有：水分子的存在；水的三態變化；水的天然循環；水的電解；物質在水中的溶解；水的化學式的含義；水的化學式的計算；中和反應的微觀實質等。

2 立足水的微觀認識滲透化學微粒觀教學策略

2.1 精心設計探究活動，加強實驗教學

物質是由微粒構成的，讓學生確信水是由水分子構成的，是進行微粒觀教學的第一步。如設計活動“讓學生親身感受我們周圍空氣中水分子的存在”，上課前教師先安排學生在教室里灑上水。

師：同學們，我們一起來做一個深呼吸……一起感受空氣中的水。為什么在教室里灑上水可以增加空氣的濕度？

生：水分蒸發到空氣中，所以濕度就增加了。

師：水分蒸發到空氣中，為什么既看不見也摸不著了？

生1：因為它是無色透明的。

生2：因為它非常小，所以看不到。

師：水是由非常小的水分子構成的，漂浮在空氣中，我們的眼睛不能直接看到它們。那么，有誰能夠設計一個實驗讓我們現在能看到我們周圍的水分子？

此時，學生都沉浸在思考中。教師向學生展示裝有冰水且內外壁干燥的瓶子，讓學生觀察瓶子內壁的變化。

師：水在常溫常壓下也不停蒸發著，蒸發到空氣中，我們的眼睛不能夠直接看到它們，當一定條件下，存在于我們周圍空氣中的無數的水分子又集聚到了一起，我們又能夠看得見了。

在認識了水分子，介紹了課本中的水分子模型圖后，有必要組織學生做兩個小活動。活動一：用不同顏色的卡紙制作水分子模型、氧分子模型、氫分子模型。活動二：用自己的拳頭代表氫原子，頭代表氧原子，分別組合成水分子、氫分子、氧分子（兩人合作）。或是讓男同學代表氧原子，女同學代表氫原子，分別組合成水分子、氫分子、氧分子。通過活動既可以強化學生對水分子的進一步認識，又可以增加課堂教學的趣味性。

在學習分子在不停地運動時，可設計“品紅在水中的擴散”的實驗。在兩杯等量的熱水和冷水中分別加入等量的品紅，觀察品紅的擴散現象，對比兩杯水中品紅的擴散速率。引導分析得出：水分子在不停地運動，并且溫度越高，運動的速率越快。

另外，電解水，蔗糖、食鹽溶解，氫氧化鈉與鹽酸反應等實驗是與水有關的實驗教學內容，教師在教學中應高度重視，充分發揮實驗的教育功能，通過教師精心設計的實驗，引導學生從微觀角度對實驗現象、原理進行分析，為初中生化學微粒觀的建立奠定基礎。

2.2 從定量的角度認識水宏觀與微觀之間的聯系

2011年版的《義務教育化學課程標準》指出“從宏觀到微觀、從定性到定量，體現了化學學科發展的趨勢。對物質組成的微觀研究和定量研究使化學逐步成為在實驗和理論兩個方面都獲得迅速發展的一門自然科學”[2]。我們運用化學學科特有的方法，從定量的角度認識水宏觀與微觀之間的聯系。如“有關化學式計算”的教學內容可以進行如下設計（簡略）：

[情境創設]學習了課題3“水的組成”，小明知道了水是由氫元素與氧元素組成的化合物。今天中午他買了一瓶“云南山泉”，看著這一瓶水，他想：一瓶礦泉水中含有氧元素和氫元素的質量是多少？

[教學過程]

[師]一個水分子非常小，但是它也有一定的質量，那么它的質量為多少，化學上是怎樣表示的？

任務一：請你算一算

任務二：思考填空

1.相對分子質量是指化學式中各原子的相對原子質量的總和。

2.一個水分子的質量是它的實際質量，而一個水分子的相對分子質量是H2O中氫原子與氧原子的相對原子質量總和。

[師]一個水分子由2個氫原子和1個氧原子構成，如何表示一杯水中的水分子、氧原子、氫原子的數目？

[生1]有數不清個。

[生2]氫原子的個數應該是氧原子的2倍。

[師]如果這一杯水含有n個水分子，那么對應的就含有n個氧原子和2n個氫原子，請用式子表示出這一杯水中氧原子與氫原子的質量比。endprint

在教師的引導與幫助下，學生寫出：一杯水中氧原子與氫原子質量比=（n×氧原子的質量）/（2n×氫原子的質量）。

[師]元素是質子數（即核電荷數）相同的一類原子的總稱，（n×氧原子的質量）可以表示這一杯水中氧元素的質量，（2n×氫原子的質量）可以表示這一杯水中氫元素的質量，所以，（n×氧原子的質量）/（2n×氫原子的質量）=氧元素質量/氫元素質量，代入相對原子質量化簡為：O/2H=16/2= 8/1。

[師]請根據“物質中某元素的質量分數”的定義，寫出這杯水中氧元素的質量分數的計算式。

學生經過自己的思考和教師的引導，他們能夠寫出：

[師]通過以上分析，我們共同來解決這樣一個問題：一瓶礦泉水中（除H2O外其他成分忽略不計，體積為500mL，密度為1 g/cm3），氧元素的質量為多少？

[生]礦泉水中氧元素的質量=

教師在教學中不能單純為了計算而機械地訓練學生，而應該站在學生微粒觀建構的層面上，挖掘有用的教學資源，使得化學式的計算在學習、研究物質的組成的宏觀與微觀之間搭建起一座橋梁。

2.3 建立宏觀-微觀-符號相互聯系的思維方式

“化學入門的關鍵就在于建立‘宏觀-微觀-符號相互聯系的思維方式（這同時也是學生學習化學的最大困難），形成這種思維方式既掌握了技術類工具知識（化學符號的識、讀、寫），又掌握了原子論的思想和方法，如同學生手中掌握了一支獵槍和尋找獵物的基本方法，在化學的森林里，他就能主動獲取知識，立于不敗之地”[3]。在學習水的化學式的意義和電解水的化學方程式時，就應該讓學生建立起“宏觀-微觀-符號”相互聯系的思維方式。例如學習水的化學式的意義，應該讓學生先看到水、水蒸氣、冰的實物或者圖片，再展示水分子的微觀模型，接著寫出水的化學式，在此基礎上，讓學生結合實物或者圖片、微觀模型、化學式說出H2O的四層含義。通過經常訓練，使學生看到水的三態變化能夠想到水分子模型，并能夠用符號來表示，或者看到H2O在大腦中能夠呈現水的宏觀圖像和微觀模型。再如，學習化學方程式2H2O

通電= 2H2↑+O2↑時，做完電解水實驗，檢驗了正極與負極的氣體后，詢問學生：水、氫氣、氧氣這三種物質的構成微粒是什么？讓學生畫出水分子、氫分子、氧分子的微觀模型圖；繼續問：“水分子為什么會變成氫分子和氧分子？”讓學生想象可能的變化過程，然后用水分子、氫分子、氧分子模型來表示自己的想象過程。學生發現將一個水分子的氫原子分開后組成一個氫分子，卻剩下一個氧原子，需要再分解一個水分子讓氧原子配對。當要求學生用符號來表示這個變化過程的時候，在教師的引導下，學生依照微觀示意圖能夠寫出“2H2O通電= 2H2↑+O2↑”。隨之，讓學生討論該化學方程式的意義。由于學生經歷了這個化學方程式的產生過程，這個式子表達出來的“有什么物質參加反應生成什么物質”的宏觀意義和“分子分解成原子、原子重新結合成新分子”的微觀意義，以及由相對分子質量所表征的定量意義自然也就不難理解了。至于他們所觀察到的生動豐富的實驗現象也就和這個化學方程式緊緊地聯系在一起了。經過這些實驗、觀察、驗證、推理、思考的過程，學生在化學變化層面上建立了“宏觀-微觀-符號”相聯系的化學思維方式。

2.4 重視微觀動畫、圖片在教學中所起的作用

微觀世界是無法用肉眼直接觀察到的，這對學生的微粒觀建構造成一定的困難。在教學中使用微觀動畫、圖片把抽象的知識化難為易、變靜為動，既可以激發學生學習興趣，又達到了形象直觀的效果。

在生活中，水給我們的印象是連續不斷、流動的液體，學生對于理解“水是由水分子構成的，一滴水中含有1.67×1021個水分子”，存在一定的困難。在教學中可利用“一滴水通過電子顯微鏡逐級放大的景象或圖片（2000倍、200萬倍、10億倍）”加深水的微觀構成在學生頭腦中的印象，讓學生確信：水是由水分子構成的，水分子很小，水分子間有間隔。在學習“分子間是有間隔的，分子是不斷運動的”這一分子特點時，要避免純文字的描述。可用“物質三種狀態的分子間隔模擬動畫”直觀地反映出：水分子在永不停息地做無規則運動，并且溫度越高，運動速率越快，分子間的距離不斷加大（當然，水結冰時在氫鍵作用下，水分子的結合與重新排布使得固態時水分子之間的距離大于液態時水分子之間的距離），水就由液態變為氣態，但是水分子的大小、性質始終沒有變化。另外，在完成“食鹽或糖在水中的溶解”，“氫氧化鈉與鹽酸發生的酸堿中和反應”的實驗后，也非常有必要使用微觀動畫或微觀圖片做分析與說明，這樣既從微觀角度對實驗現象做了較好的解釋，也對微粒觀的構建起到了一定的作用。

實踐證明，在學生微粒觀構建的初期，以身邊最為熟悉的物質水為出發點，挖掘教學資源，合理設計探究活動；注重從定量的角度認識物質宏觀與微觀之間的聯系；建立宏觀-微觀-符號相聯系的思維方式；運用模擬動畫、圖片進行分析，是在學生的“最近發展區”實施有效的教學，這對初中生構建化學微粒觀有很大的幫助。

參考文獻：

[1][2]中華人民共和國教育部制定.義務教育化學課程標準[S].北京：北京師范大學出版社，2011.

[3]胡久華，王磊主編.初中化學教學策略[M].北京：北京師范大學出版社，2010：59.endprint