化學教學中如何培養學生的宏觀辨識與微觀探析能力

黃惠民

[摘要]化學是高中階段的重要課程，提升學生的化學學科核心素養是高中化學教師的主要教學任務，而“宏觀辨識與微觀探析”是化學學科核心素養的重要組成部分。以《金屬的化學性質》的教學為例，提出通過繪制導圖、對比數據、應用實踐，促進學生理解物質結構，掌握元素性質，剖析能量平衡的教學策略，培養學生的宏觀辨識與微觀探析能力。

[關鍵詞]高中化學;宏觀辨析;微觀探析;教學策略

[中圖分類號]

G633.8

[文獻標識碼] A

[文章編號] 1674-6058（ 2020）23-0074-02

“宏觀辨識與微觀探析”是從多個不同的層面對物質的有關性質、結構、相互轉化關系以及能量轉變的認知，其不僅是解決化學問題的重要思維角度，也是關鍵的學科觀念。宏觀是指可以用肉眼直接觀察到的總體，而微觀是指需要借助外部設備才能被觀察到的總體，從電子、分子、原子等方面去探索物質的內在規律。新課程標準明確指出化學是從分子、原子層面探究物質的性質、組成、結構與運用的自然科學，其特點是研究與發現微觀世界。由此可見，化學與其他高中必修學科相比，不僅注重從宏觀的角度認識物質及其變化，更注重從微觀的角度去認知。在高中化學教學中，學生“宏觀辨識與微觀探析”學科核心素養的培養是不可或缺的。

一、繪制導圖，理解物質結構

許多化學知識都具有極強的抽象性，而高中生的抽象思維能力還處于待發展階段，因此他們較難理解。為此，在化學教學中，教師要善于繪制元素和構成物質的原子、分子的結構圖，并且將其靈活地運用于課堂教學中，讓學生能夠形象具體地認識各種物質的結構，進而全面了解化學元素的基本性質，拓展學生對相關元素的應用，有效提升學生探究反應過程的效率。

以《金屬的化學性質》的教學為例，在正式教學之前，教師需要收集好生活中常見的幾種金屬的實物圖，如Al、Fe、Cu，并在課堂導人環節進行展示。在學生欣賞上述幾種金屬實物圖的同時，教師可以讓學生聯系自己的生活經驗，結合自身已有的知識，從宏觀的層面分析Al、Fe、Cu這三種金屬的性質，并且以小組為單位進行分享和討論。接著，教師再引導學生從微觀的角度分析這幾種物質的性質。通過自主思考與交流討論，學生最終得出如下結論：這三種金屬都有一定的顏色，鐵通常是黑色的，而生銹之后變為紅色（鐵銹）;純凈的金屬銅是紫紅色的，生銹的銅（銅銹）是綠色的;鋁是銀色的。三者的硬度系數從大到小為：鐵>銅>鋁，它們均可以導電，而且導電能力存在差異。緊接著，教師順勢提問：“鐵是黑色的，為什么鐵銹是紅色的呢？銅的顏色與銅銹的顏色也大不相同，請仔細思考為什么由同一種單質所構成的不同物質會存在顏色上的差異。”對此，教師需要將學生帶人化學實驗室，指導學生利用顯微鏡觀察物質的結構，并引導其繪制出相關的原子結構圖，同時針對學生出現的疑問和問題進行解答和處理。如此讓學生自主對比分析物質的基本性質與結構，進而讓學生運用宏觀知識分析物質的組成結構，以此培養學生的宏觀辨識與微觀探析能力。

在高中化學教學中，教師有必要采取行之有效的教學措施來提升學生繪制元素學習導圖的能力，以直觀形象地展現由同一種元素構成的不同物質的結構，進而讓學生在腦海中對微觀的物質形成“宏觀”的畫面，這樣有利于學生更加深入地理解化學，切實地體會到化學的獨特魅力，進而熱愛化學學習，熱情地投入到化學課堂中。

二、對比數據，掌握元素性質

在化學學習中，學生可以通過化學實驗現象來直觀地觀察物質，而每次實驗過程中學生還會記錄大量的實驗數據，這些數據對于學生掌握元素的性質大有裨益。基于此，教師可引導學生對實驗數據和現象進行更深層次的剖析，在觀察與動手操作的過程中對元素的基本性質有更為深入的了解。

在引導學生分析完金屬的物質結構之后，教師可提出如下問題：“不同結構的物質的性質會存在怎樣的差異呢？”對此，教師可以展開Na元素和Fe元素的對比實驗。首先，教師在實驗室指導學生制作便于實驗的鐵條，將鈉制作成小塊。接著，讓學生從宏觀的層面觀察和分析這兩種金屬，再分別燃燒鐵條與鈉塊。通過對燃燒現象的觀察，學生有如下發現：鐵條燃燒劇烈，火星四濺，釋放出巨大的熱量，有黑色固體物質生成;鈉在燃燒時會產生黃色火焰，有大量的白煙和淡黃色的固體生成。然后，教師在講臺上將鐵和鈉燃燒形成的產物展示給學生看，同時對其進行細致的講解，讓學生知曉黑色固體的主要成分為四氧化三鐵，淡黃色固體的主要成分為一氧化二鈉。最后，教師引導學生詳細列舉出參與這兩種金屬燃燒的反應物，并留出充足的時間讓學生對比鐵和鈉燃燒前后的物質變化和實驗數據。通過這樣的方式將微觀與宏觀進行有機結合，有助于學生較為深入地了解金屬元素的性質，為后續的學習奠定堅實的基礎。

在上述教學中，教師帶領學生觀察化學實驗現象，鼓勵和指導學生進行數據分析與對比，讓學生通過自主思考從而得出正確的實驗結論，進而最大限度地提升學生的宏觀辨識與微觀探析能力，取得了事半功倍的教學效果，順利且高效地完成教學目標。

三、應用實踐，剖析能量平衡

學習化學的最終目的是將化學知識靈活地運用于解決實際問題的實踐中。衡量學生能力提升程度的主要標準是其能否“活學活用”。在教師對化學實驗進行詳細講解和學生親自動手操作，以及對實驗數據進行對比分析、總結歸納得出結論后，教師在教導學生書寫與列舉化學方程式的過程中，需要引導學生從宏觀和微觀兩個角度整合和剖析其中的能量平衡關系。

例如，在學生對鐵、鈉燃燒前后物質的變化有了初步的了解之后，教師可以進一步提出相關問題：“Na20是鈉和O2燃燒生成的物質，Fe3O4是鐵和O2燃燒生成的物質，這兩種金屬燃燒的化學反應方程式應該怎樣書寫呢？”教師可以引導學生從宏觀層面來分析，從微觀層面來探究。一開始，教師要求學生回顧之前的化學實驗，初步從宏觀角度解釋鐵和鈉燃燒的一系列變化，并向學生指出化學燃燒過程中能量始終是守恒的，同時讓學生回顧之前所學的相關離子（ Fe2+、Na+、O2-）的化合價，鼓勵其配平。在經過縝密的思考和激烈的討論之后，學生發現Na2O（只需要一個O2-和兩個Na+）很好配平，而鐵燃燒生成的氧化物難以配平，配平時需要添加一個分數。這個時候，教師先不要告訴學生消除分數的方法，而是對學生探究Na2O配平的正確性給予肯定和贊揚，并且讓學生清楚地認識到沒有探究出配平Fe3O4的正確方式并不是因為思維錯誤。這樣，有利于提升學生的自信心和自學能力，而且可以有效地將學生引入后續的學習中。接著，教師再從微觀層面為學生講解出現分數的原因：Fe3O4是由三氧化二鐵（Fe2O3）和一氧化鐵（FeO）構成的混合物，因此其中既包含Fe3+，又包含Fe2+，這實質上是相關化學粒子產生了轉移。最后，教師給予學生充足的時間，讓他們根據微觀探究的結論進行配平，最終每個學生都能夠正確地完成配平，達到事半功倍的教學效果。

在上述教學過程中，教師引導學生對實驗數據展開有效的整理和分析，從宏觀和微觀兩個不同的層面進行化學實踐，明確能量平衡的本質，再將所得的結論運用到化學方程式的書寫中。通過這樣的方式，學生的微觀探析能力得到了大幅度的提升，學生的課堂主體作用也得以充分體現。

總而言之，作為一名合格的高中化學教師，要不斷地提升自身的能力，改善教學方法，優化教學手段。教師對于高中化學知識的教學不應該局限于引導學生分析和觀察宏觀現象，更為重要的是要善于幫助學生從微觀的角度分析元素和物質的相關結構、性質以及能量平衡規律，并通過化學實驗將微觀與宏觀進行巧妙地融合，以此促進學生的全面發展，切實提高學生的宏觀辨識與微觀探析能力，實現教學效率的穩步提升。

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（責任編輯 張簡）