物質的量概念教學的結構化設計和思維建模策略

施建梁

【摘 要】采用化學學科核心素養視角下的結構化設計策略和建模策略，將物質質量到微觀粒子數的計算作為一個結構化的整體，從宏觀具象建模遷移到微觀抽象模型，引導學生基于最近發展區基礎上建構概念，內化相關概念間的關系，對突破難點起到良好效果。

【關鍵詞】結構化；具象模型；抽象模型

物質的量是高一化學的第一個理論重點，也是學生從初中上高中接觸到的第一個抽象的理論知識難點。學好本概念對學生從微觀粒子角度理解物質的組成及結構，計算微觀粒子數目，實現宏觀質量和微觀粒子數目間的相互轉化，建立宏微結合觀念，為化學后續學習提供必要的計量方法具有重要意義。但因概念本身的抽象性造成學生學習的困難，而化學學科核心素養視角下的結構化設計策略和建模策略為建構概念突破難點、發展核心素養起到良好教學效果。

一、物質的量教學的結構化設計策略

教師在組織教學內容時應高度重視化學知識的結構化設計，充分認識知識結構化對于學生化學學科核心素養發展的重要性，尤其是應有目的、有計劃地進行“認識思路”和“核心觀念”的結構化設計，逐步提升學生的化學知識結構化水平，發展化學學科核心素養。

現有的物質的量第一課時在教學實踐中常是這么設計的：利用一課時完成物質的量、阿伏加德羅常數、和微粒數三個物理量的概念及三者之間的公式，將摩爾質量與氣體摩爾體積放在第二節。教材引導學生從一滴水中含多少個水分子入手，通過文本引導學生掌握抽象的物質的量概念，在單個概念的文字與公式中糾纏，學生死記文字和公式，然后花大量時間訓練計算以強化公式記憶。該設計存在三個問題：1.缺乏基于知識關聯的結構化，割裂知識的整體性，未按照知識之間的邏輯關系來組織，是一種孤立的教學；2.未挖掘學生的元認知，微觀粒子是抽象的不可觸摸和不可見的，直接強加一個物質的量對學生的理解會產生困難；3.糾纏于文字與公式理想化的認為學生基于教師講述或文本描述就能很好的理解概念通過重復強化公式的記憶。這是一種低效的、碎片化的教學。學生不理解知識的本質，沒建立該有的知識結構無法實現遷移應用，是一種基于表層的淺層教學，未挖掘概念的知識結構與學生原有認知結構的結合點，而思維建模策略可以有效突破這難點。

二、物質的量教學的思維建模策略

1.具象模型建構與原認知激發階段

在宏觀可視問題解決過程中形成問題解決的思維模型：從學生熟悉的、宏觀的生活經驗（原有知識結構）入手，引導學生理清如何利用量米杯簡化從米的質量計算米粒數量過程中，引出兩個實現不同物理量間相互轉化的工具——轉化因子模型——杯子，只要解決每杯米的質量和每杯米的數量，就能解決從米質量到米粒數目的簡捷計算，并得出一個新的重要物理量“杯數”即物質的量概念原型。在學生理清這個宏觀而又具體的問題解決過程中建立物質的量概念學習的宏觀思維模型。

摩爾概念模型——量米杯：一定數量米粒的集合；物質的量概念模型——量米杯的杯數：一定質量的米能分為幾杯；摩爾質量模型：每杯米的質量；阿伏加德羅常數模型：每杯米的米粒數。

問題1：今天中午你家煮飯用了多少米？

生：3碗、5杯、6杯……

師：到底用了多少米？用了3碗的會比用了5杯的少嗎？

生：不一定，因為碗、杯子大小不一樣。

師：能否用統一的標準來衡量所用米的多少？通常用質量，如我家用了一斤米，你家用了兩斤。也就是說我們通常用質量來表達物質的多少。質量是個宏觀可見、可測的物理量。但每餐煮飯我們不可能總用秤去稱用了多少米，所以我們常用一個工具“杯子”，假如統一規定杯子的大小，只要知道每杯米的質量，就可根據你家用了幾杯米知道你家用米的質量。

問題2：如何計算今天中午你家煮飯用了多少粒米？

生：計算一杯米有多少粒。

師生小結：杯子是解決問題的一個好工具，杯子可認為是一定數量米粒的集合，杯子數量和米粒數量成正比，杯子數量越多所含米粒越多；杯子數量又和米的質量成正比，可實現米的質量與米粒數目間的轉化。建立如下計算模型：

杯子數量=米的質量/每杯米的質量

米粒數目=杯子數量×每杯的米粒數

本階段教學應用學生生活中非常熟悉的量米煮飯場景，抓住米質量與米粒這種類似宏觀質量與微粒數目關系的原有認知模型的充分激發，引出一個新的物理量“杯子數量”，并指出兩個中介量“每杯米的質量”和“每杯米含米粒的數目”在實現質量和米粒數轉化過程中的重要地位，為物質的量概念學習建立具體形象知識的附著點，成為物質的量概念學習的牢固支架，體現深度學習理念的重要要素：聯系與構建，化陌生為熟悉，化抽象為直觀，由最近發展區出發、讓抽象學習成為已有認知基礎上的拓展和延伸，為微觀概念建構及計算打下基礎。

（下轉第47頁）（上接第45頁）

2.抽象模型建構與概念建構階段

通過相似性問題遷移由一定質量米的米粒數計算轉化成一定質量水中水分子數計算，將具象模型問題解決過程中建構的問題解決思維模型遷移到微觀抽象問題中，形成物質的量概念建構思維模型。

教學實錄片段

展示一瓶礦泉水（約500g），水是由微觀粒子水分子組成，如何計算這一瓶水中有多少個水分子？

師：引入一個新物理量——物質的量：是一定數量微觀粒子的集合，表示物質所含微觀粒子數目的多少，又能與宏觀質量建立聯系的物理量（符號n），單位為摩爾（符號mol）。物質的量相當于量米模型中杯子數量。則摩爾即杯子，那如何規定這杯子的大小呢？請閱讀課本。

通過以上模型構建和模型遷移應用，學生對號入座，摩爾相當于杯子，摩爾質量就是每杯微粒集體的質量，阿伏加德羅常數是每杯的微粒數。對照建立三者之間的關系為：

物質的量（n）=質量（g）/摩爾質量（M）

微粒數目（N）=物質的量（n）×阿伏加德羅常數（NA）

本節物質的量概念教學通過這種思維模型建構策略，學生從已有宏觀認知模型出發，構建微觀抽象模型，通過量米杯模型理解宏微轉化的重要工具物質的量概念，掌握計算方法，將知識內化為自身知識結構。其優點有三：①將抽象概念化為基于已有認知知識結構的拓展，是已有知識結構上生長出來的新知識結構，有牢固的附著點，徹底掙脫對物質的量概念的死記硬背；②從認識思路的結構化角度看，這種宏觀質量與微觀粒子間實現轉化的學習過程是一個結構化的整體，有完整的前因后果有利于學生建立完整的知識結構；③從宏觀物質處理辦法遷移到微觀粒子處理辦法，體現宏觀物質與微觀粒子的認識過程具有共通的本源，微觀粒子表達方式是宏觀物質表達方式的進一步深入與概括，有利于學生從宏微結合的視角來分析和解決問題，形成宏微結合的化學核心觀念。

【參考文獻】

[1]中國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[M].人民教育出版社，2018.01

[2]房喻，徐端鈞.普通高中化學課程標準（2017年版）解讀[M].高等教育出版社，2018.09