初中生化學微粒觀構建的實踐反思

錢海如+趙華

摘要：微粒觀的構建是初中生學習化學需要形成的基本認識能力。初中生學習“物質構成的奧秘”普遍感到較難，尤其是“離子”的內容，學習過程中經常出現20項問題，采取以下教學策略：以實驗探究引領學生走進微觀世界，以模型運用幫助學生搭建認知橋梁，以理論建立鍛煉學生運用邏輯推理，就可以增強學生對微粒本身的認識，引導學生建立微粒表征、符號表征、宏觀表征的有機聯系，使學生形成科學認識方式，構建微粒觀。同時，在教學中還要注意避免內容空洞貧乏，忽視先前經驗，隨意拔高教學要求等問題。

關鍵詞：課程標準；初中化學；微粒觀；教學策略

文章編號：1005–6629（2017）5–0035–06 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

初中化學教學實踐中發現，初中生學習“物質構成的奧秘”普遍感到較難，在認識上難以實現從宏觀到微觀的轉變，尤其是學習到“離子”的內容，雖然師生平時花費了大量的時間講解和訓練，學生微粒觀的構建效果仍不明顯，這一現象引起了我們的思考：問題究竟出在哪里？怎樣有效地解決？本文從《義務教育化學課程標準（2011年版）》（以下簡稱《課程標準》）的基本要求入手，側重于從教學的實踐層面，分析學生學習過程中出現的常見問題，并以“離子”為例談談初中生化學微粒觀構建的教學策略。

1 課程標準對微粒觀的基本要求

《課程標準》指出，化學學科應通過具體化學知識和概念的學習，促進學生形成化學學科思想和基本觀念，逐步使學生從單一的定性與定量、宏觀與微觀的物質認識過程，過渡到定性與定量相結合、宏觀與微觀相結合的物質認識過程。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能在實驗和理論兩個方面同時發展的一門自然科學[1]。“課程內容”在有關的一、二級主題中對微粒觀的構建有明確的要求，具體見表1所示[2]。義務教育教科書《化學（九年級上、下冊）》（以下簡稱《教科書》）[3]在有關章節中呈現了關于“離子”的學習內容，具體見表2所示。

微粒觀就是人們對物質微粒性的基本看法，表現為自覺地在原子、分子、離子的水平上認識常見物質的組成、結構、性質、用途和變化現象的思維傾向。從表1可以看出，在《課程標準》中使用了“知道”、“認識”、“解釋”等行為動詞，這些行為動詞涵蓋了“認知性學習目標的水平”中的初級、中級、高級水平[4]。從表2可以看出，自從在第3章學習了離子以后，在后續的學習中要進一步認識到離子與其他粒子之間的關系，然后基于這些微粒的認識再去體會物質的組成和分類，去理解物質的物理性質、物理變化、化學性質和化學變化等的本質?？梢钥闯觯⒘Ｓ^的構建，有利于學生形成認識物質的思路：深入到物質內部去看物質的本質，然后跳出來再看它的一些外觀特征、變化的規律。微粒觀是《課程標準》的基本要求，是學生學習化學必須形成的核心化學觀念。

2 學生學習離子出現的常見問題

“離子”的教學是建立在學生已經知道了物質是由微粒構成的，初步建立了分子、原子模型，在此基礎上，繼續深入到原子的內部，從核外電子的分層排布入手，介紹離子的形成和離子構成物質，使學生對構成物質的微粒有一個完整系統的認識，是對學生微粒觀的豐富。由于內容比較抽象，對于以形象思維為主的初中生來說就顯得比較困難。學生在具體內容的學習過程中經常出現的問題有以下20項（見表3）[5]。

以上所列的問題類型中，“對離子本身的認識”共5項，“離子及其符號表征的聯系”共3項，“離子符號表征與宏觀物質的聯系”共12項，可以看出“離子符號表征與宏觀物質的聯系”是學生出現的重點問題，但這些重點問題實際上是對離子的初步應用層次，而問題的根源卻在“對離子本身的認識”和“離子及其符號表征的聯系”，這些內容恰恰是學生開始學習“物質構成的奧秘”時的缺失引起的。因此，我們需要加強“對離子本身的認識”的教學，讓學生對物質的微觀構成了解非常清楚，在此基礎上再對微粒表征和符號表征建立有機聯系，于是，學生對“離子符號表征與宏觀物質的聯系”就會水到渠成了。

3 教學策略

微粒觀構建的教學價值在于培養學生由表及里、由現象到本質、由宏觀到微觀的科學認識方式，鍛煉學生的邏輯推理思維和理論思維。需要我們妥善運用觀察、想象、類比、模型化、探究和實踐活動等方法，幫助學生逐步理解化學現象的本質。教學中，我們可以采取以下策略：

3.1 以實驗探究引領學生走進微觀世界

實驗探究，可以培養學生的學習興趣和實證意識。在初中階段學生建立的微粒觀的核心內容主要包括：宏觀物質都是由原子、分子、離子等肉眼看不見的基本粒子構成的；構成物質的微粒是極其微小的，并且存在著質量、體積大小不同的差異；微粒是不斷運動的；微粒之間存在間隔；構成物質的微粒之間存在相互作用。這些核心內容是學生頭腦中原先沒有的，學生原有的看法往往是“眼見為實”，如何轉變學生原來的看法是難點，對教師的要求也較高，如果處理不當，學生在此就出現分化?！督炭茣肪幣拧拔镔|構成的奧秘”的思路是“微粒的性質→分子→原子（原子結構）→離子（原子核外電子排布）→元素→化合價”，從編排上可以看出，“微粒的性質→分子→原子（原子結構）”是學習“離子”的基礎和鋪墊，更是“前戲”，對“離子”的教學起到至關重要的作用。所以在“分子、原子”中，首先要充分利用身邊的現象和簡單實驗，例如，氨分子的運動、水與酒精混合的體積變化、比較空氣和水在被壓縮時的體積變化情況、觀察并解釋濃氨水和濃鹽酸相互接近時的“空中生煙”現象、品紅的擴散等；其次，還要利用科學家們做過的實驗視頻資料，例如，STM（掃描隧道顯微鏡）與“原子操縱”技術，盧瑟福的粒子散射實驗等；在“離子”教學中演示“金屬鈉在氯氣中燃燒”的實驗，播放“熔融氯化鈉導電”實驗視頻。這些簡單可行的實驗可以激發學生的學習興趣，是引導學生走進微觀世界的好幫手，而視頻資料能展示科學的進步，化學技術的發展，化學家們的追求，微觀世界的真實，還能激發學生的求知欲望。簡單實驗及視頻資料都是宏觀到微觀的一些具體現象和實證，不僅引導學生承認微觀粒子的存在，還幫助學生慢慢打開微觀世界的大門，走進微觀世界，這是幫助學生形成科學認識方式的基礎。

3.2 以模型運用幫助學生搭建認知橋梁

模型運用，便于打通學生的宏觀思維和微觀想象。化學可以說是應用宏觀與微觀結合、思維與實踐結合的方法研究實物材料（化學物質）的組成、結構、性質和變化，以及它們的相互聯系，為人類利用自然、改造自然、保護自然、提高生活質量和生存安全服務，滿足人類的實際需要以及有關的好奇心和興趣的科學[6]?？茖W的認識方式是人們在認識和改造世界中遵循或運用的、符合科學一般原則的各種途徑和手段，模型運用就是其中之一。著名物理學家錢學森曾說：“模型就是通過我們對問題的分析，利用我們考察來的機理，吸收一切主要因素，略去一切非主要因素所創造出來的一幅圖畫?！睂τ凇半x子”的教學，模型運用可以從三個方面入手：

3.2.1 盡量使用實物模型和動畫模型

實物模型和動畫模型就是讓學生體驗“真實感”，實現“宏觀世界”與“微觀世界”的連接。例如，在學習“氯化鈉”的形成過程時，出示鈉原子和氯原子的核外電子的分層排布的原子結構模型，如果再配上鈉原子和氯原子“甩掉（失去）”、“捕捉（得到）”電子的形象動畫，能夠將復雜的核外電子分層運動的理論和離子的形成“可視化”。在學習“物質的溶解”時，配上氯化鈉溶于水的微觀動畫，學生能形象地“觀察”鈉離子和氯離子在水分子的作用下，分散到水中，此時得到的水溶液中存在三種微粒（鈉離子、氯離子、水分子），并且在不斷運動（自由移動），這對于學生建立“宏觀物質氯化鈉溶于水”到“離子分散到其他微觀粒子之間”很有幫助，有利于學生快速理解物質溶解的本質，避免了教師的單純講解，使學生感到枯燥無味，脫離初中生的實際，也避免了涉及高中階段的教學要求，超出課標的要求。

3.2.2 著力構建概念模型和圖示模型

概念模型和圖示模型都是思維模型的一種，都屬于一種科學操作和科學思維的基本方法。作為化學學科核心素養的關鍵能力，其中包括化學信息能力（如結構化、變換、推理等），化學學習能力（如宏微結合、分類研究等化學認知策略及能力等）[7]。這里就涵蓋了化學思維模型，需要我們逐步培養學生的化學學科的模型認知素養，即能認識化學現象與模型之間的聯系，能運用多種模型來描述和解釋化學現象。（1）關于概念模型的構建。例如，在“離子”概念教學中，盡管教科書中這樣提出：“在化學變化中，電中性的原子經常因得到或失去電子而成為帶電荷的微粒，這種帶電的微粒稱為離子[8]”，我們還要增加以下問題：①離子與分子、原子有什么區別和聯系？②原子轉化成離子后，所帶電荷不同，怎樣分類？③離子怎樣才能轉化成原子？④以原子為中心，怎樣將原子、分子、離子、物質聯系起來？這些問題可以幫助學生領會離子概念的含義和實質，充分運用比較與分類的思維方法，進行概念學習的思維建模，以達到準確理解概念、科學應用概念解決實際問題的目的。（2）關于圖示模型的構建。例如，在“物質的溶解”、“水溶液的某些性質”、“中和反應”教學中，呈現下列圖示（如圖1、2、3所示），圖1反映了物質（氯化鈉）溶于水中微粒的種類以及鈉離子和氯離子的數目比，圖2反映了稀硫酸中存在的微粒種類以及氫離子和硫酸根離子的數目比，圖3反映了氫氧化鈉溶液與鹽酸反應后的微觀粒子的種類和數目的變化情況，建立這樣的圖示模型是揭示物質溶解過程和化學反應過程本質的重要手段，可以將實驗與觀察、微觀想象也解決不了問題更加形象，使得分析思路更加清晰。

3.2.3 巧妙利用數學模型和過程模型

數學模型和過程模型都是一種有效的學習模型，它們能以不變應萬變，讓學生更好地理解化學物質。（1）關于數學模型的利用?；瘜W上的許多基本概念與理論，看起來都是定性描述與規定，實際上都涉及到量的比較和定量計算。例如，關于粒子所帶電荷數的教學中，可以依據核外電子數和質子數建立一種數學模型，即n=（-1）×a+（+1）×b（其中，n：粒子所帶電荷數，a：核外電子數，b：質子數）。當n=0時，呈電中性；當n=-x時，屬于陰離子，帶x個單位負電荷；當n=+y時，屬于陽離子，帶y個單位正電荷。利用該數學模型還可以解決學生“錯誤地認為能導電的水溶液有電”的問題，以及解決今后學習中的“電荷守恒”問題。另外，學生在學習離子符號的寫法時，經常錯寫離子符號（如鎂離子符號錯寫成Mg+2）?？梢越柚鷶祵W上“同類項合并”模型，方法是：①鈉離子帶1個單位正電荷，在Na的右上方標出1個“+”，寫作：Na+；②鎂離子帶2個單位正電荷，在Mg的右上方標出2個“+”（Mg++），規范寫作：Mg2+；③鋁離子帶3個單位正電荷，在Al的右上方標出3個“+”（Al+++），規范寫作：Al3+，以此類推。實踐證明，使用這樣的教法，學生的錯誤率較低。（2）關于過程模型的利用。過程模型就是根據學生的認知心理邏輯發展規律，結合人類一般認識過程和化學知識學習的過程，注重宏觀物質與微觀抽象結構相結合，微觀抽象結構與宏觀物質模型結構結合，將獲得的理論模型信息（比如化學符號），與宏觀物質結構模型相結合，實現由物質模型向思想模型（觀念）的轉換[9]。例如，在“氯化鈉的形成過程”教學中，采取下列流程：①提問：氯化鈉是由什么微粒構成的？②演示實驗：鈉在氯氣中燃燒；③展示氯化鈉固體和氯化鈉結構模型；④展示鈉離子和氯離子結構示意圖；⑤指引學生觀察模型、知覺所表征的意義（微粒圖式和離子結構示意圖）；⑥組織交流討論；⑦引導學生聯系整合；⑧指導學生畫出氯化鎂的微粒圖式和離子結構示意圖。這一教學程序強調學生的原有知識經驗，注重“整體——部分——整體”的認識過程，在教師的組織和引導下，通過師生、生生的相互交流，讓學生主動建構屬于自己的學習模型，構建了微粒觀，并能將其運用到后續更廣泛的學習當中。

3.3 以理論建立鍛煉學生運用邏輯推理

理論建立，能夠培養學生的邏輯思維和推理能力。所謂的理論思維是一個具有廣泛涵義的概念，它既含有哲學思維（即世界觀和方法論）和邏輯思維，又含有自然科學中的理論（科學概念、原理、定律）和假說，以及聯想和想象力等。中國科學院院士、吉林大學馮守華教授在一次講座中提到：“化學習慣于從結構的觀點看問題”。這就告訴我們，學習化學需要深入到物質內部去看物質的本質。在進行“原子”教學時，適宜以時間為序展開：古代東方哲學認為的陰陽五行論→德謨克利特的古典原子論→牛頓的粒子學說→道爾頓的原子理論→阿伏伽德羅的分子理論→湯姆遜發現電子（原子的棗糕模型）→盧瑟福行星模型→發現質子和中子（原子核模型）。在進行“離子”教學時，從盧瑟福原子結構相關知識開始，適當介紹原子核外電子排布，介紹科學家的猜想、核外電子的真實運動情況、科學家研究手段和方法，展示核外電子的分層排布的原子結構模型，并簡化為原子結構示意圖，側重分析1-18號元素的原子核外電子排布的特點。然后介紹原子的穩定結構理論，引導學生分析鈉原子和氯原子結構特點，進而發現鈉原子和氯原子的結構不穩定，于是在化學變化中，這些電中性的原子經常因得到或失去電子而成為帶電荷的微粒——離子（陽離子、陰離子），帶有相反電荷的鈉離子和氯離子之間相互作用，構成了氯化鈉。學生在具體的科學史實中不僅了解到科學家的嚴謹求實的科學態度，而且領悟了科學家們的“提出問題、實驗分析、建立模型、解釋現象”的邏輯思維，在潛移默化中培養了學生的邏輯思維和推理能力。

4 教學中應注意的問題

化學的核心是其基本觀念以及相應的思維和實踐[10]。離子的教學是在學生形成對物質宏觀和微觀的初步認識的基礎上，建立微粒表征、符號表征、宏觀表征的有機聯系，幫助學生形成“宏觀（物質特征、現象）→微觀（微粒結構、符號）→宏觀（物質特征、變化）”的認識物質的思路。當前在離子教學中出現了一些不良傾向，主要表現在教學內容貧乏、忽視學生基礎、隨意拔高要求等，給學生學習造成了障礙，加重了學生學習的負擔，不利于培養學生的微粒觀。因此，教學中應注意以下問題[11～13]。

4.1 忌內容空洞貧乏

化學是在原子、分子水平上研究物質的，“物質構成的奧秘”旨在引導學生用微粒的觀點來學習化學，學習內容比較抽象，微觀概念較難建立，涉及到離子的內容又分散于各個章節中，知識零散，難以系統學習。因此，在教學中要秉承教師的“教”是為學生的“學”服務的觀點，充分結合學生實際，創設生動直觀的情境，從分析身邊的一些現象和簡單實驗入手，并充分利用現代教育技術，激發學生的學習興趣，提高學生的想象能力；同時要讓學生動手繪制微觀示意圖或制作模型，嘗試解釋一些簡單的化學現象。此外，還要介紹科學家探索物質微觀世界、認識酸和堿的過程的科學史料，拓展學生視野，學習科學家嚴謹求實的科學態度。防止在課堂上“就知識講知識”、“從理論到理論”，內容空洞貧乏，既忽視了初中生的心智特點，又達不到微粒觀構建的基本要求。

4.2 忌忽視先前經驗

學生在學習“物質構成的奧秘”前，已經從媒體、科普雜志和書籍上接觸過“分子、原子、離子、質子、中子”等詞匯，從物理課上學習了有關分子的知識，如分子在不停地做無規則運動、分子之間存在相互作用力等，這些先前經驗需要我們在教學時激活。同時在教學過程中要注意與學生的交流對話，進一步了解他們原有的看法，充分抓住關鍵點上構建微粒觀的時機，巧妙利用先前經驗的“同化”和“認同”作用，避免在學習過程中產生“相異構想”。如對課堂提問答案判斷后進行如下追問：你是怎么想的？你從哪個角度想到的？你為什么有這樣的答案？你在記憶過程中有哪些技巧？通過學習，你覺得你原來的哪些看法是不科學的？以后在應用時要注意什么？

4.3 忌拔高教學要求

初中生微粒觀的構建就是要在教學過程中加強學生對微粒本身的認識，引導學生建立微粒表征、符號表征、宏觀表征的有機聯系，從而使學生形成科學認識方式，在此基礎上學生才能逐步理解物質及其變化的本質，逐步理解物質的多樣性和統一性，逐步形成核心化學觀念并發展探究物質及其變化的興趣。

參考文獻：

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[13]錢海如，閔蓉蓉.基于化學學科本質的有效教學實踐[J].化學教與學，2014，（6）：15～17.