基于發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心養(yǎng)的案例研究

蔡雙兵

摘要：分子和原子概念，是初中階段從微觀角度解決問題的核心知識(shí)，屬于深層學(xué)習(xí)目標(biāo)。人教版“分子可以分為原子”的教學(xué)，常用看動(dòng)畫建構(gòu)概念，這種淺層學(xué)習(xí)效果低下。教學(xué)設(shè)計(jì)過程需厘清基礎(chǔ)，注重真實(shí)情境、真實(shí)探究，著力發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：初中化學(xué);核心素養(yǎng);真實(shí)情境;真探究

文章編號(hào)：1008-0546（2020）02-0052-04 中圖分類號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.02.016

“分子可以分為原子”是人教版九年級(jí)化學(xué)第三單元“課題1分子和原子”的教學(xué)內(nèi)容。通過研究教材，觀摩2015年江蘇省初中化學(xué)優(yōu)質(zhì)課“分子和原子”的評(píng)比可以看出，教學(xué)中一般把這一部分內(nèi)容放入第二課時(shí)進(jìn)行。看動(dòng)畫建構(gòu)分子和原子概念是常用的方法。朱雪琴老師對(duì)利用這種方法的教學(xué)后測(cè)表明“一個(gè)班級(jí)中有87.6%甚至更多的學(xué)生在學(xué)習(xí)之后仍對(duì)分子和原子的概念不理解”。分子和原子概念，是初中階段從微觀角度解決問題的核心知識(shí)，屬于深層學(xué)習(xí)目標(biāo)。教學(xué)中，播放動(dòng)畫，學(xué)生被動(dòng)接受，機(jī)械記憶，這種淺層學(xué)習(xí)方式，必然是低階思維能力的獲得。所以，在教學(xué)過程中，以與新知識(shí)聯(lián)系的、與學(xué)生經(jīng)驗(yàn)融合的復(fù)雜問題為主線，以探究為主要學(xué)習(xí)形式，才能促進(jìn)學(xué)生高階思維能力的發(fā)展。

一、厘清學(xué)生基礎(chǔ)，找準(zhǔn)發(fā)展核心素養(yǎng)的著力點(diǎn)

1.整合資源，關(guān)注啟蒙，學(xué)科知識(shí)是發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)的基本載體

奧蘇貝爾說，影響學(xué)生學(xué)習(xí)最重要的因素是學(xué)生的已知。

認(rèn)識(shí)學(xué)生基礎(chǔ)，利于新知建構(gòu)。“保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小微粒”是人教版八年級(jí)物理對(duì)分子概念的表述。概念是對(duì)反映對(duì)象的本質(zhì)屬性的思維形式。學(xué)生在八年級(jí)還未了解化學(xué)性質(zhì)的涵義，亦不可能抽象概括出分子概念。對(duì)全校239名學(xué)生對(duì)分子概念認(rèn)識(shí)的抽樣中，知道（11人，4.6%）、能說出（1人，0.4%）、理解（0人，0%）。鑒于學(xué)科要求的不同，需認(rèn)清“教材已有≠已學(xué)≠已會(huì)”。

真實(shí)情境，身邊物質(zhì)，利于探究。引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)和探究身邊的化學(xué)物質(zhì)，了解化學(xué)變化的奧秘，是化學(xué)啟蒙教育的重要內(nèi)容。課程開展恰逢中秋，冰激凌月餅（或雪月餅）是時(shí)下新奇且常見的物品。包裝盒中的干冰，是學(xué)生早有耳聞但極少見的物質(zhì)。對(duì)239份抽樣中，知道干冰升華吸熱有236人（98.7%），知道二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁的有231人（96.7%）。因此，可以設(shè)計(jì)以冰激凌月餅、干冰升華為情境，結(jié)合氧氣、二氧化碳性質(zhì)的探究活動(dòng)。

化學(xué)學(xué)習(xí)的初始階段，掌握幾種常見物質(zhì)的化學(xué)式，能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因此，在前面的教學(xué)過程中，要有意識(shí)進(jìn)行常見物質(zhì)化學(xué)式的傳授，如水（H2O）、二氧化碳（CO2）、氧氣（O2）等，便于分子模型的搭建，亦有利于三重表征的初步統(tǒng)一。

2.紙上談兵，莫如動(dòng)手實(shí)踐，真探究是發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑

原子論到分子學(xué)說，是阿伏伽德羅尊重蓋·呂薩克大量實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上建立的氣體化合體積定律的一種理性分析。我們往往教給學(xué)生分析結(jié)果，常常忽略最有教育價(jià)值的分析過程。看幾個(gè)動(dòng)畫，是無法體會(huì)從阿伏伽德羅第一次提出分子論，直到五十年之后才被科學(xué)界接受的曲折過程。缺失的是重要的科學(xué)精神。

教材提供氧化汞分子分解示意圖。反應(yīng)前，畫了兩個(gè)氧化汞分子。反應(yīng)后，生成一個(gè)氧分子和兩個(gè)汞原子。伴隨新媒體的運(yùn)用，教師一般把它設(shè)計(jì)成flash動(dòng)畫，看動(dòng)畫建構(gòu)分子、原子概念。媒體改變并未帶來思維質(zhì)變。這種淺層學(xué)習(xí)過程，學(xué)生缺少必要的反思。學(xué)生亦不會(huì)理解或提出疑問，為什么反應(yīng)前是兩個(gè)氧化汞分子，而不是一個(gè)或者三個(gè)，若是四個(gè)又會(huì)怎么樣呢？

若是只給學(xué)生一個(gè)氧化汞分子，能否生成一個(gè)汞原子和一個(gè)氧分子呢？學(xué)生若能探究出粒子的個(gè)數(shù)比為一個(gè)定值，是不是也能慢慢理解宏觀現(xiàn)象下的一種微觀必然呢？

探究是一種學(xué)習(xí)方法。不能簡(jiǎn)單認(rèn)為“實(shí)驗(yàn)才是探究學(xué)習(xí)的唯一途徑”。任何建立在理性思考下的嘗試都可以看做是探究活動(dòng)。若能把看動(dòng)畫變成做動(dòng)畫，亦是探究性學(xué)習(xí)。

二、教學(xué)設(shè)計(jì)

1.真實(shí)情境，化學(xué)視角，理解物理變化時(shí)分子的變化情況

[師]展示某品牌“雪月餅”。

中秋佳節(jié)，在品嘗一種雪月餅時(shí)，見證了一種神奇。請(qǐng)看，月餅盒里放置干冰。知道為什么嗎？

[生]干冰升華吸熱，溫度降低，使雪月餅保存時(shí)間長(zhǎng)。

[師]今天，我們從化學(xué)視角來認(rèn)識(shí)“干冰升華”。

設(shè)問：“干冰升華”屬于什么變化？請(qǐng)用微粒的觀點(diǎn)解釋。

[生]回答：干冰升華屬于物理變化，二氧化碳由固態(tài)變成氣態(tài)，二氧化碳分子間隔變大。

2.三種表征，自搭模型，認(rèn)識(shí)分子和原子聯(lián)系

[師]二氧化碳分子還可以用符號(hào)或模型表示，見表1。

[師]請(qǐng)解釋一下二氧化碳分子模型的涵義。

[生]一個(gè)二氧化碳分子由一個(gè)碳原子和兩個(gè)氧原子構(gòu)成。

[師]若用紅色磁性貼表示碳原子、橙色磁性貼表示氧原子，請(qǐng)大家試著搭建二氧化碳分子模型。

[生]搭建二氧化碳分子模型。

[師]若用“●●●●”四種不同規(guī)格的磁性貼分別表示氫原子、氯原子、氧原子、汞原子，小組內(nèi)同學(xué)合作，在小白板上搭建分子模型。同時(shí)填寫表2。

[師]請(qǐng)同學(xué)們用分子模型表示干冰升華的過程。

3.實(shí)驗(yàn)探究，歸納對(duì)比，建立分子概念

問題：干冰升華，分子間隔改變，物質(zhì)物理性質(zhì)改變，化學(xué)性質(zhì)是否改變呢？

[師]請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證猜想。

[生]設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行探究，得出結(jié)論。如表3。

[師]追問：分子改變，物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)是否就改變呢？

[生]繼續(xù)探究，如表4。

[師]“由分子構(gòu)成的物質(zhì)，分子是保持其化學(xué)性質(zhì)的最小粒子”，怎么理解？

[生]由分子構(gòu)成的物質(zhì)，分子不變，物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)保持不變;分子改變，物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)改變。

4.小組合作，自作動(dòng)畫，建立原子概念

問題：物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化時(shí)，分子如何變成新分子？

（1）探究1：氫氣在氯氣中燃燒生成氯化氫的分子變化。

[師]請(qǐng)小組合作，利用搭建的分子模型探究化學(xué)變化中的分子變化：

[師]設(shè)問①這個(gè)變化中，發(fā)生變化的是分子還是原子？（可從種類、個(gè)數(shù)角度分析）

②1個(gè)氫分子和1個(gè)氯分子生成幾個(gè)氯化氫分子？

若生成4個(gè)氯化氫分子，需要?dú)浞肿雍吐确肿觽€(gè)數(shù)是多少？

氫氣分子、氯氣分子、氯化氫分子個(gè)數(shù)間有什么關(guān)系？

[生]討論，分析。

[師]引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)。

（2）探究2：氧化汞分解過程中的分子變化。

[師]請(qǐng)同學(xué)們利用分子模型，繼續(xù)探究：

③有人說：原子是化學(xué)變化中的最小粒子，如何理解？

5.科學(xué)故事，充分挖掘科學(xué)史的教育功能

[師]科學(xué)故事：科學(xué)界認(rèn)識(shí)分子經(jīng)歷了曲折。

1803年，英國(guó)科學(xué)家約翰·道爾頓提出原子概念，物質(zhì)由不可分的微粒——原子構(gòu)成，原子在一切化學(xué)變化中是不可再分的最小單元。

1808年，法國(guó)科學(xué)家蓋·呂薩克根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)，結(jié)合道爾頓的原子理論，提出：同溫同壓下，相同體積的氣體中含有相同的原子個(gè)數(shù)。遭到了道爾頓的強(qiáng)烈反對(duì)。

1811年，意大利科學(xué)家阿伏伽德羅發(fā)現(xiàn)了兩者爭(zhēng)論的焦點(diǎn)，并根據(jù)蓋·呂薩克的實(shí)驗(yàn)，提出假設(shè)：物質(zhì)是由分子構(gòu)成的，分子是由原子構(gòu)成的，并大膽提出假設(shè)，氫氣分子、氯氣分子是由兩個(gè)原子構(gòu)成的，并把蓋·呂薩克的研究成果修正為“同溫同壓下，相同體積的氣體中含有相同的分子個(gè)數(shù)”。

如表5所示，阿伏伽德羅理論解決了蓋·呂薩克理論與道爾頓理論矛盾的焦點(diǎn)，即：依據(jù)蓋·呂薩克理論，半個(gè)氫原子+半個(gè)氯原子結(jié)合成一個(gè)氯化氫復(fù)合原子，這與道爾頓“原子在一切化學(xué)變化中是不可再分”的理論相違背。

遺憾的是，此后五十年里，阿伏伽德羅的理論并未得到大多數(shù)科學(xué)家的認(rèn)同，直到他去世的第二年，分子理論才被學(xué)界接受。

6.理性拓展，為學(xué)生的后續(xù)學(xué)習(xí)服務(wù)

[師]問題：若我們的分子結(jié)構(gòu)真如我們今天用磁性貼表示的那樣，在現(xiàn)實(shí)生活中會(huì)出現(xiàn)什么情況呢？如：分子是不停運(yùn)動(dòng)的，有原子構(gòu)成的分子會(huì)出現(xiàn)什么情況呢？氫氣和氯氣的反應(yīng)為什么要點(diǎn)燃呢？

[生]討論、分析。

總結(jié)本節(jié)課知識(shí)。

三、教學(xué)反思

1.基于學(xué)生基礎(chǔ)，追求應(yīng)然和實(shí)然的統(tǒng)一

核心素養(yǎng)的培養(yǎng)基于核心知識(shí)的掌握。拋棄“相關(guān)學(xué)科課本已經(jīng)出現(xiàn)，學(xué)生應(yīng)該已經(jīng)掌握”的固有思維。基于學(xué)情的目標(biāo)確立和方法的選擇有助于知識(shí)的掌握。生活常識(shí)，已有知識(shí)，能力水平課前充分了解，方能達(dá)到應(yīng)然和實(shí)然的統(tǒng)一。

2.基于科學(xué)史實(shí)，追求新時(shí)代的科學(xué)精神

通過教科書來了解科學(xué)，學(xué)生往往以為科學(xué)的理論是與生俱來的正確，是萬古不變的永恒真理。科學(xué)的發(fā)展，常是正確與謬誤的交織。事實(shí)上，原子論到分子學(xué)說的提出，是基于大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)基礎(chǔ)上的一種理性思維，同時(shí)也是對(duì)權(quán)威的一種批判質(zhì)疑。科學(xué)史上生動(dòng)的事例，能讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)家對(duì)真理的執(zhí)著和追求，感受科學(xué)探究的艱辛和曲折，亦培養(yǎng)了勇于探究的科學(xué)精神。基于科學(xué)史實(shí)的教學(xué)，能培養(yǎng)學(xué)生新時(shí)代科學(xué)精神。

3.基于科學(xué)探究，追求學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)的能力培養(yǎng)

善學(xué)的重要表現(xiàn)是善于思考。具有邏輯結(jié)構(gòu)的教學(xué)內(nèi)容能幫助學(xué)生從感性到理性認(rèn)識(shí)的升華。如本節(jié)課的設(shè)計(jì)過程中，真實(shí)情境引入：雪月餅冷藏用干冰一引出探究主題：化學(xué)視角看干冰。探究后明確：構(gòu)成物質(zhì)分子未變，物質(zhì)的物理性質(zhì)改變了一引出新問題：分子未變，物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)改變嗎？探究后明確：分子未變，化學(xué)性質(zhì)未改變一引出新問題：若分子改變，化學(xué)性質(zhì)改變嗎？探究后明確：化學(xué)變化中，分子改變，化學(xué)性質(zhì)改變一引出新問題：化學(xué)變化中，分子是如何改變的呢？探究后明確：分子破裂，原子重組→新問題：反思，剛才的一系列探究有沒有問題？

具有邏輯結(jié)構(gòu)的知識(shí)易形成問題串，課堂教學(xué)活動(dòng)易形成探究鏈。大量真探究，能有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力，鍛煉學(xué)生思維能力，最終有利于培養(yǎng)學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)的能力。

4.適當(dāng)理性拓展，追求學(xué)生思維能力的培養(yǎng)

教學(xué)設(shè)計(jì)過程中，有一些問題值得我們探討。如：（1）用磁性貼搭建分子模型是否合適？（2）是否有必要引入道爾頓、蓋·呂薩克、阿伏伽德羅關(guān)于分子一原子論的爭(zhēng)論，尤其是蓋·呂薩克的氣體化合體積定律？（3）是否有必要探究化學(xué)變化過程中粒子的個(gè)數(shù)比值？（4）是否有必要拓展，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)構(gòu)成分子的原子和原子之間有個(gè)力的作用？

學(xué)習(xí)是循序漸進(jìn)的。若我們用球棍模型來表示分子，學(xué)生是否理解棍的涵義？現(xiàn)階段用磁性貼表示分子結(jié)構(gòu)，應(yīng)該算是比較妥當(dāng)?shù)摹＠硇酝卣梗瑢?duì)將來化學(xué)鍵和活化能的學(xué)習(xí)有所鋪墊。對(duì)于氣體化合體積定律，現(xiàn)階段并不要求學(xué)生掌握它。可以思考，教材中電解水探究水的組成，生成的氫氣和氧氣的體積之比為2：1。這個(gè)真實(shí)存在的現(xiàn)象，對(duì)我們研究水的組成有什么幫助？至少，我們應(yīng)該要讓學(xué)生知道，宏觀情況的氣體體積暗含著微觀粒子的個(gè)數(shù)的某些關(guān)系。這對(duì)高中學(xué)習(xí)阿伏伽德羅定律應(yīng)該有些幫助。