宏觀辨識與微觀探析的教學實踐

楊海麗 來書賢

摘? 要：從學生學習物質的量易錯點入手，分析問題的根源是微粒觀的缺失。如何進行物質的量的學習呢？利用微粒模型圖，化學實驗重建微粒觀，通過科學史，真實情景，有層次的問題設計，演繹推理等方法最終實現宏觀辨識與微觀探析的有機結合，實現物質的量學習的突破。

關鍵詞：微粒觀;宏觀辨識;微觀探析;物質的量

中學化學核心素養把“宏觀辨識與微觀探析”放在首位，可見其重要性。化學課堂是促進學生化學核心素養形成和發展的重要載體，若要實現化學核心素養，設計和組織教學時，就要以核心素養為導向的進行教學。物質的量在學生學習中一直難接受，難理解，難想象，所以本文以其課堂教學為例，通過對物質宏觀辨識，進而微觀探析，切實落實抽象空洞的概念教學于課堂中。

一、宏觀辨識和微觀探析解析

宏觀辨識與微觀探析就是學習化學，通過察看、辨識一定條件下物質的形態及變化的宏觀現象，初步掌握物質及其變化的分類方法，并能運用符號表征物質及其變化。能從物質的微觀層面理解其組成、結構和性質的聯系，形成“結構決定性質，性質決定應用”的觀點。對于物質的宏觀辨識與微觀探析是中學化學學科素養中最基礎的素養。

二、物質的量學習現狀分析

“物質的量”是蘇教版高中化學《必修1》主題1物質的分類和轉化之后的一節內容。對于剛剛步入高中的學生物質的量是一個陌生、抽象，空洞的事物，該概念又是針對微觀粒子，看不見摸不著，并且無直觀的實驗演示。針對學生特別容易出現的問題歸結如下：

1“蜻蜓點水”——認識不夠深入

問題1 “1個CO2含1個C原子，1mol CO2含1個C原子”，這是學生初學物質的量時常見的錯誤認識，可見沒有真正掌握物質的量的定義是“表示含有一定數目粒子的集合體”。

2“囫圇吞棗” ——宏、微觀分不清楚

問題2 “1摩爾氧含有6.02×1023個O;1mol 硫酸中含有2× 6.02×1023個H+”

學生在化學用語上明顯出現指代不清：1摩爾氧是原子還是分子？硫酸是宏觀概念，是有硫酸分子組成，而不是含有H+，顯然對構成物質的微粒分不清楚。

3 “空中樓閣”——原有的知識和經驗不足

問題3? 18g水中含有的電子數和中子數均為18NA

不少學生不知道原子中電子數與質子數的關系，無從下手計算;多數學生對這些微粒觀的認識僅處于記憶層面，很難實現認知上的內化。

4“淺嘗輒止”——定量觀欠缺

問題4 現有CO、CO2、O3三種氣體，它們含有的氧原子個數之比為1∶2∶3，則這三種氣體的物質的量之比為（） A.1∶1∶1 B.1∶2∶3 C.3∶2∶1 D、6∶3∶2

本題學生普遍覺得非常困難，弄不清原子數與分子數之間的關系，知道相同物質的量的CO、CO2、O3三種氣體，氧原子數之比為1∶2∶3;根據n=N/NA推斷，粒子的數目之比等于物質的量之比。）初中化學計算的單一性則是建構以“物質的量”為核心的計算失敗的更直接的客觀原因。

總結上述問題，學生學習物質的量的主要問題所在就是微粒觀的缺失。學好化學，就要從微觀層面認識物質，以符號形式描寫物質，在不同層面創造物質。所以，建立微粒觀是重中之重。

三、微粒觀是分析物質的基礎

化學是研究物質的一門科學，物質都是由不同微觀粒子構成的。要研究或理解具體物質的化學問題時，就要全面深入微觀世界去分析、解釋、論證，用微粒觀去解決具體物質的化學問題。

1.建立微觀粒子模型圖

物質是由肉眼看不到的分子、原子和離子等微觀粒子構成的，如何引導學生從宏觀世界步入充滿神奇色彩的微觀世界，利用微觀粒子的特征及量的關系，建立微觀粒子模型圖，是化學學科特有的直觀思維方式。

例如下列示意圖中，白球代表氫原子，黑球代表氦原子，方框代表容器，容器中間有一個可以上下滑動的隔板。其中能表示等質量的氫氣與氦氣的是（）

2. 重視“宏觀-微觀-符號”相結合

化學是一門宏觀與微觀相統一的學科。教學中通過實物的觀察、聯想、猜測、數據、動手操作、模型、示意圖等信息和活動，引導學生從宏觀、微觀、符號三者相結合的視角認識物質，從而建立起微粒觀。例如金屬銅，它是單個的銅原子聚集而成。我們熟悉的食鹽（氯化鈉）是由許許多多的鈉離子和氯離子聚集構成的。這樣不僅培養學生從直觀形象的宏觀物質世界過渡到抽象的微觀世界，還能用微觀粒子解釋宏觀物質構成的思維方式。

3.化學實驗是宏觀與微觀結合的節點

對看不見摸不著的微粒，學生很難理解.如何幫助學生從微粒出發對宏觀世界的化學現象進行理解？通過化學實驗來探究微觀粒子的變化，幫助學生更加形象地認識抽象事物，加深對微觀粒子的理解.學生通過對實驗現象的觀察，運用宏觀與微觀的聯系，對微觀反應過程的想象、推理使學習活動變得真實，深入。這樣的學習，學生才能夠充分把握物質的性質和變化規律，為知識系統的形成打下堅實的基礎。

四、課堂教學中如何做到“宏觀辨析，微觀探析”

要弄清楚宏觀事物必先搞清它的微觀結構。在化學教學時，要時刻把握兩者的關聯，創造真實情景，讓學生去模擬感受微觀世界。對于物質的量的學習，本人采用下列教學措施，使得抽象的概念學習更加直觀化，形象化。

環節一 追尋科學史—促概念形成

初學物質的量時，很多學生感到無法建立起和“物質的量”的聯系。有的學生反映物質的量不就是物質的質量或者數量嗎？質量和數量不都有各自的單位嗎？何必再來一個摩爾？學生大量的問題導致教學內容難以推進。究其原因，主要是初中“微粒觀”的過低要求導致物質的量導入失敗的客觀原因。如果我們不從微觀入手，另辟蹊徑，引領學生還原歷史情境，從歷史的角度認識并了解物質的量，從科學家探索物質的奧秘過程入手，從宏觀入手，帶領學生去思考如何把宏觀的物質和微觀的原子、分子結合起來，統一認識？這樣的引入物質的量這個概念，可能較符合學生的認知水平，更容易接受這個陌生的事物

環節二 設置問題組，實現宏微轉化

通過設計驅動性的問題，即具有一定深度和難度、學生僅憑已有的知識又不能完全解決的問題，用組合、鋪墊或設臺階等方法來降低問題的難度，驅動學生用相關的微粒知識正確解釋宏觀現象，使其原有的微粒觀在應用中得到鞏固和發展。通過一系列的問題，從宏觀到微觀，層層深入，找到宏觀連接微觀層面的橋梁——物質的量，使得學生心里真正的接受“物質的量”。

思考并討論：

1、如何通過實驗方法測知一桶硬幣的數量？

2、用什么作為計量微觀粒子數的單位呢？

3、宏觀與微觀這兩個不同的研究領域之間我們如何才能建立科學的聯系？

4、1摩爾的微觀物質中有多少個粒子？

5、為什么物質的量是描述微觀粒子的物理量？

6、等摩的物質所含的微粒數與其狀態有無關系？

7、物質的量與微粒數之間如何換算？

對問題5可以采用反證法，加深學生對微觀粒子的理解

請計算：若將6.02×1023 美元，分給地球上的人，按地球約6×109人 計，每個人可分得（）美元？

學生通過計算可見，宏觀物質就是再小，如果用摩爾做單位來描述它們都顯得太大了。所以，物質的量及其單位摩爾都只能用于描述微觀粒子。因為摩爾數值很大，物質的量只能表述微觀粒子，對宏觀是無意義的。

環節三 創設真實情境，實現宏微結合

微觀知識抽象，純理論的教學使學生更難理解，要幫助學生真正從宏觀步入微觀，形成從微觀的角度認識物質世界的視角，確實是一個難點。如果在教學過程中，立足于學生已有的生活經驗，基于真實情境進行化學學習，使學生產生更多美好的情感，體會化學研究、解決問題的方法，幫助學生更好地理解微觀知識，進而理解宏觀現象，可以有效地提升學生的科學素養。

例如在“物質的量”概念引入教學中，通過銀行工作人員清點大量硬幣的案例，將物質的量的概念遷移到生活情境中 “假如你是一名銀行的工作人員，面對如此繁多的硬幣，要如何計數呢？”讓學生動腦思考、動手實踐，充分發揮其潛能，使其不僅學習了“物質的量”的知識，也學習了分析問題的方法。又以“假設老師現在有1克金子，而大家手里有一億個金原子，從價值上考慮，大家愿意和我換嗎？”將宏觀質量與微觀粒子原子聯系起來學習摩爾質量的概念。知識只有在真實的情境中呈現，才能有效地激發學習者的認知需要。教學中應創設豐富多彩的宏觀現象來啟發學生的微觀思維。

環節四 演繹推理—定性轉向定量

抽象的教學內容，可以給學生呈現資料，通過計算獲得數據更有說服力。例如阿佛加得羅常數和摩爾質量的獲得

【數據資料】若稱出12C原子質量為1.993×10-26kg，請算出12克碳含有多少個碳原子？

由于：碳原子數=12克/一個碳原子質量

科學規定：12克碳-12含有的碳原子數就為阿佛加得羅常數。 學生有了這個推理過程，對阿佛加得羅常數的得來就有了清楚的認識，由此延伸到物質的量概念就容易多了。

物質的量通過摩爾質量的引入，把定性的宏觀質量研究轉向定量的微觀粒子的研究。摩爾質量有什么數值規律？

引導學生進行了以下推導：以一個碳-12 原子質量的1/12作為標準，任何一種原子的平均原子質量跟一個碳-12 原子質量的1/12的比值，設 m（a）表示一個 a 原子或分子的質量，m（12C）表示一個12C 的質量則有：

科學規定：1 摩爾碳-12原子的質量為 12 g，于是 m（12 C）×N A =12 g/mol =Ar（a）

可得到結論：即摩爾質量的單位為 g/mol時，在數值上等于該物質的相對原子質量或相對分子質量。

綜觀以上推理，學生對 1 摩爾的質量標準規定有了更加深入的認識，這個基礎的根源則是相對原子質量的定義，形成了摩爾質量的數值規律，給計算帶來了很大的方便。

在這個階段的教學中，單純的運算不是主要目的，根本目的在于通過物質的量引導學生在宏觀與微觀之間建立聯系，養成利用物質的量這一視角去觀察日常生活中的物質及其變化的思維習慣，對常見的宏觀現象辨識能從微粒集體的層面作出相應的探析。

環節五. 建立微觀層面的定量關系

物質的量是基于微觀粒子變化的研究，同時又涉及到計算，既是微觀層面，又是定量層次，此時幫助學生從宏觀物質的質量到微觀粒子的物質的量的思維轉換是關鍵的關鍵。教學中，可以從學生熟悉的電解水入手，根據直觀的圖示，讓學生從兩個方面描述水的分解反應。

宏觀：36份質量的水分解為4份質量的氫氣與32份質量的氧氣;

宏觀：質量之比為H2：O2：H2O=1：8：9

微觀：分子數之比為H2：O2：H2O=2：1：2

物質的量之比為H2：O2：H2O=2 N A：N A：2 N A

從學生原有的前認知“質量”順利過渡到“物質的量”，為我們定量認識化學反應提供了一個新的視角。這樣不僅培養學生從微觀角度認識，解釋宏觀現象的思維方式，還形成宏觀現象與微觀解釋的思維途徑，加深對守恒的基本思想的理解。

總之，宏觀辨識與微觀探析在物質的量教學中恰當的應用，減少抽象、空洞的微觀粒子給學生的陌生感，從真實的生活情境出發，讓學生感受到生活與微觀世界的聯系，并且學會了用微觀粒子探究物質反應的實質。所以，培養學生“見宏思微，以微窺宏”的思維方式，在化學教學中不僅要重視構建微粒觀，更要用微粒觀看世界，探究微觀世界的奧秘，這也有助于培養學生綜合分析和應用科學知識，解決自然、社會、生活中的種種問題。

參考文獻

[1]? 魏樟慶新課程高中化學“微粒性”觀念的建構[J]化學教育，2008，（10）：14

[2]? 王祖浩主編.化學必修 I南京：江蘇教育出版社，2014.5