構建物質微粒觀 發展化學核心素養

靳輝

[摘? ?要]宏觀辨識與微觀探析能力是學生通過化學學習需要形成的重要化學核心素養，幫助學生初步建立起對物質的微粒性的認識，形成微粒觀，是發展學生化學核心素養的重要途徑。化學教學應從整體出發，依據學生已有的知識經驗和認知發展水平，充分利用核心概念以及形成核心概念的典型微粒知識組織教學，通過直觀手段幫助學生建立宏觀和微觀的聯系，引導學生用微粒觀解釋宏觀事實和現象，循序漸進地幫助學生建立和深化微粒觀，促進學生化學核心素養不斷發展。

[關鍵詞]物質微粒觀;化學教學;核心素養

[中圖分類號]? ?G633.8? ? ? ? [文獻標識碼]? ?A? ? ? ? [文章編號]? ?1674-6058（2019）11-0058-02

當今社會，知識更新的速度越來越快，知識總量呈幾何倍數增長，要發展學生的核心素養，必須超越具體知識本身，從記憶知識、掌握知識向思考事實、發展觀念轉變。我們生活的物質世界是由分子、原子等極其細小的微粒構成的，宏觀辨識與微觀探析能力是學生通過化學學習需要形成的重要化學核心素養，幫助學生初步建立起對物質的微粒性的認識，形成微粒觀念，是發展學生化學核心素養的重要途徑。

隨著課改的不斷深入，絕大多數化學教師逐漸認識到微粒觀的構建在化學教學中的重要性，但很多教師對于學生微粒觀的培養在理解上存在偏差，還處在讓學生準確記憶微粒具體知識的淺層次上，認為有關微粒知識的大量堆積，就能使學生建立起微粒觀。在這些錯誤理解的誤導下，觀念建構的過程被具體知識的反復記憶、重復訓練所取代，學生對于化學學習的熱情在降低，對于化學知識的理解浮于表面，核心素養的全面發展根本不能實現。微粒觀是學生通過化學學習所獲得的有關微觀粒子的總觀性認識，是學生主動運用微粒的有關思想方法認識身邊的事物和處理問題的思維習慣和自覺意識。例如，一個具有微粒觀的學生，當他看到雨過天晴之后路面上的水漬逐漸減少時，他對這個問題的思考不會僅停留在“蒸發”這個宏觀層面，而是會自覺深入到物質的微觀層面，認識到水分消失的過程實際上是水分子在外界能量改變時，通過分子運動脫離了路面。因此，只是簡單地將微粒觀的具體內容記住，學生不可能主動建立起微粒知識與身邊事物的聯系，不可能有效地形成微粒觀。要想把具體知識上升到觀念層次，就必須讓學生對于知識的形成有深度的體驗和感悟。

一、緊密聯系學生已有知識經驗和認知發展水平

學生在學習化學之前，對于微粒知識并不是完全空白的，因為我們生活在由微粒構成的物質世界，會經常碰到能反映物質存在及其性質的各種現象，而且學生通過媒體、書籍以及生物等學科的學習對微粒也有一些認識，但這些認識通常是模糊的、片面的，甚至是錯誤的。學生已有的感性認識是學生認識微粒和形成微粒觀的起點，微粒觀就是在這些感性認識的基礎上經過不斷修正、深化逐漸形成的。在教學中，我們最好能從學生身邊的、熟悉的物質和現象入手，發現并喚醒學生的這些感性經驗。比如，講解“分子運動的速率與溫度有關”這一結論時，與“濕衣服在溫度較高的情況下干得比較快，在溫度較低的情況下干得比較慢”這個生活常識建立聯系，學生很快就會理解。

當學生感性經驗不足時，我們還應精心選擇一些典型的實例或方法來補充和豐富學生的經驗。比如，學生都知道分子很小，但他們對小的認知一般處于“肉眼無法看到”這個層次，到底有多小他們并沒有正確的認識。對此，我們可讓學生通過計算一個水分子的質量、數計算結果中零的個數、讀計算結果等三步來豐富學生的感性認識。這樣，學生在經歷了手算、眼觀、口讀等感性認知過程以后，對分子小的程度的認知會進一步加深，為形成微粒觀、發展核心素養奠定基礎。

二、重視核心概念對于微粒觀構建的重要作用

微粒觀不是無源之水，它是建立在深刻理解具體微粒知識的基礎之上的。而核心概念則是架在化學基本觀念和具體化學知識之間的橋梁，它以化學基本觀念為指導，統領具體化學知識，以最精練的語言聯系最多的化學知識和現象，并能結構化地聯系這些知識和現象涉及的概念、原理。在初中階段，學生微粒觀的構建要經過從定性認識物質的微粒性到定量認識物質的微粒性兩個螺旋上升的階段，這兩個階段都有特定的核心概念來引領具體化學知識。定性認識物質的微粒性的核心概念是分子、原子，通過建立分子、原子的概念，學生認識到構成宏觀物質的微粒自身具有一定的結構，并且初步理解粒子結構在發生變化時的行為表象;定量認識物質的微粒性的核心概念是化合價、質量守恒定律，通過學習化合價、質量守恒定律，學生學會從宏觀和微觀相結合的視角定量解釋物質的化學變化。

例如，魯教版教材從定性的角度展示微粒性，其建立分子、原子概念的過程分為如下幾步：第一步，以常見的水分子作為范例，通過圖示和文字等方式使學生認識到“水分子是客觀存在的，現實中的水是由極其細小的大量水分子構成的，每個水分子也都有特定的結構”，目的在于利用先入為主的心理特點，讓學生在化學學習之初就建立宏觀和微觀相結合的思維方式;第二步，學生對分子的認識由水分子擴大到“世界上的很多物質都是由分子構成的，而且這些分子具有體積微小、不斷運動、有間隔等性質”;第三步，通過水的三態變化等具體事例讓學生感受到物質在發生物理變化時構成物質的分子沒有發生變化，只是分子自身的能量改變導致運動速率、分子的間隔和排列方式發生改變;第四步，通過水的電解和水的合成兩個典型范例，引導學生感悟在化學變化中生成了新物質，分子發生了改變，分子的化學性質也隨之改變，而原子沒有改變。

由此可見，分子、原子概念的建立不是孤立的，而是在具體微粒知識的基礎上逐漸推進、不斷發展的。我們在教學中應充分關注不同階段的核心概念在微粒觀培養中的統領作用，選擇合適的具體知識為載體，引導學生通過高水平的思維活動，逐漸形成微粒觀，促進核心素養的發展。

三、運用直觀手段建立宏觀和微觀的聯系

宏觀與微觀的相互聯系是化學學科與其他學科不同的思維方式。作為啟蒙階段的初中化學教育，應注重宏觀與微觀的相互聯系，通過一些直觀手段幫助學生在認識宏觀世界和微觀世界之間搭建起橋梁。

微觀粒子不同于現實宏觀物質，看不見也摸不著，學生很多時候需要想象才能深刻理解，類比等方式可以有效地幫助學生想象。比如，在“分子間有間隔”的教學中，我們一般都會演示水和酒精等體積混合的實驗。雖然學生從宏觀的實驗現象能明顯地感知到兩種溶液混合后體積減小，但是要想讓學生在“分子之間有間隔”和“體積減小”之間建立直接聯系還存在一定的困難。我們可以用宏觀物質類比微觀粒子，將沙子加入到等體積的石子中去，所得的體積小于兩物質體積之和。這樣，學生就能很直觀地看到沙子滲透到石子的間隔當中，然后再用類比的方法幫助學生建立聯系，即水分子和酒精分子與沙子和石子類似，它們之間也存在一定的間隔，可以運動到彼此的間隔當中去，所以得到的體積比原來的體積之和要小。

有些微粒知識，只靠想象來掌握有一定的難度，而有時實驗等方法又不能很好地解決問題或實驗條件無法達到時，我們可以利用模型、動畫、視頻、手持技術等手段組織教學。這些可視化技術能將微觀、抽象的問題變得形象、直觀，有利于豐富學生的微觀世界。比如，電解水實驗中，能清晰觀察到玻璃管內有氣泡出現;用帶火星的木條來檢驗正極，有氧氣生成，用燃燒法來檢驗負極，有氫氣生成;等等。而水分子分裂成氫原子和氧原子，氫原子和氧原子重新組合成新的分子的微觀變化過程則是無法觀察到的。這時，我們就可以在課本提供的模型的基礎上，通過Flash等動畫軟件模擬水分子電解生成氫分子和氧分子的過程，或讓學生自己動手拆解水分子的模型并組裝成氫分子和氧分子。這樣，可以使學生在觀察到宏觀實驗現象的基礎上感知化學變化的實質。

除此之外，初中化學教材配印了很多精美的插圖和圖表，它們以直觀的展現方式幫助學生理解教材所敘述事物的形態及變化規律，補充了文字敘述的不足，使其內容表達更合理、更完善、更科學。我們應充分利用好教材中的插圖輔助教學，加深學生對微觀世界的理解。

四、引導學生用微粒觀解釋宏觀事實和現象

要想幫助學生構建微粒觀，不僅要用科學規范的概念來引領學生對物質微粒性的認識，還應注意引導學生用微粒觀對常見的生活現象和物質的性質進行科學的解釋。在具體教學中，可以引導學生把觀察物質宏觀現象和性質同物質的微粒觀結合起來，在宏觀辨識與微觀探析的不斷交替中發展科學的物質微粒觀。用微粒觀解釋宏觀事實和現象，初中階段通常包括以下三個方面：

第一，基于微觀粒子的基本性質，從分子、 原子的角度去解釋一些生活現象。例如，為什么你在客廳都能聞得到來自廚房的飯菜的香味呢？為什么濕衣服可以晾干，而且放在通風狀況良好或陽光充足的地方干得更快？ 燒水時，為什么水開了會將壺蓋頂開？變癟的乒乓球放在熱水中為什么會重新鼓起來？

第二，基于微觀粒子如何構成物質的認識，解釋物質的組成與分類。例如，如何用分子的觀點解釋純凈物和混合物的不同？水中為什么不含有氫氣？為什么同一族的元素化學性質相似？為什么酸溶液能使紫色石蕊變紅？為什么碳酸鈉和碳酸鉀化學性質相似卻不相同？

第三，基于化學反應的微觀認識，解釋化學反應的行為表象。例如，化學反應前后為什么會質量相等？木炭為什么在氧氣中比在空氣中燃燒劇烈？中和反應及其復分解反應的微觀實質是什么？化學反應中各物質為什么會按照一定的質量比例進行？

總之，物質微粒觀的構建可增進學生對于化學學科特征和本質規律的認識，有助于學生宏觀辨識與微觀探析等核心素養的發展。因此，教師在教學中應從整體出發，依據學生已有的知識經驗和認知發展水平，充分利用核心概念以及形成核心概念的典型微粒知識組織教學，通過直觀手段幫助學生建立宏觀和微觀的聯系，引導學生用微粒觀解釋宏觀事實和現象，讓學生親身體驗微粒知識的發現過程，體會微粒知識中所蘊含的思想和方法，感悟微粒知識的應用價值，循序漸進地幫助學生建立和深化微粒觀，促進學生化學核心素養不斷發展。

（責任編輯 羅? ?艷）