對《化學反應原理》教學中學生微粒觀的建構探討

摘 要：從高中化學教學中學生微粒觀的建構現狀入手，分析微粒觀建構的可行性、面臨困境及解決方案，以魯科版高二選修四的《化學反應原理》為例，總結如何在化學教學中引導學生建構微粒觀，落實素質教育.

關鍵詞：化學反應原理;微粒觀;任務驅動法;高中化學

中圖分類號：G632?? 文獻標識碼：A?? 文章編號：1008-0333（2022）24-0101-03

收稿日期：2022-05-25

作者簡介：高美娣（1973.9-），女，福建省順昌人，本科，中學一級教師，從事化學教學研究.

微粒觀是指從微觀角度看待微觀世界，即通過分子、離子或原子感知、認識世界.在魯科版《化學反應原理》中，教材分為三章，三章內容相互銜接，學習難度不斷提升，可逐步培養、深化學生的微粒觀.就此，高中化學教師應在《化學反應原理》教學中，針對性設計教學方案，引導學生建構微粒觀.

1 微粒觀分析

1.1 微粒觀

微粒觀基礎理念如下：物質主要由各種微觀粒子組成、組成物質的部分微粒十分微小、微粒呈現出持續變化運動的狀態、微粒間存在一定間隔、微粒之間屬于互相作用狀態.

1.2 微粒觀認識層次《化學反應原理》內關于微粒觀相關學習進階內容如下：水平一對應階是化學變化微觀成因，對應進階特征為了解分子組成結構，認識到原子屬于化學變化中的最低微粒，分子轉化為原子，原子重新組合轉化為成分子.水平二對應階是能量變化微觀成因，對應進階特征為斷裂分子內化學鍵形成吸熱反應，產生分子內化學鍵放熱，化學鍵形成與斷裂屬于化學反應中形成能量變化主要成因.水平三對應階是化學反應速率、限度、平衡的微觀原因，對應進階特征為從過渡態理論、有效碰撞理論解釋影響化學反應速度變化的主要因素是單位體積中活化分子數量大小，化學反應速度變化以及化學平衡移動都屬于微觀粒子彼此作用影響.水平四對應階是水溶液內電解質改變的微觀成因，對應進階特征為水溶液內的電解質存在電離，進一步認識到溶液內部粒子數量以及彼此作用聯系，科學判斷外部條件變化對弱電解質相關電離平衡、鹽類水解以及沉淀平衡溶解所形成的影響.水平五對應階是微粒觀在化學現象解釋中的總體性認識，對應進階特征為對宏觀現象進行準確解釋，可以直接通過符號體現出微觀變化，創建宏觀、微觀、符號的三重表征體系.

2 高中化學教學中學生微粒觀的建構路徑

高中化學教師開展微項目教學，應結合教材章節內容，選擇社會熱點問題或生活常見問題，創設教學情境，引導學生全程參與問題解決過程，在問題解決的過程中，理解化學知識，明確化學與生活的聯系，理解化學與世界的關系，進而學會從微觀角度看待微觀世界，實現學生微粒觀的有效建構.在實際微項目教學中，高中化學教師應遵循如下流程：

第一，合理選擇微項目，微項目內容的選擇直接關系到化學教學效果，高中化學教師應遵循新課標要求，選擇化學生產實例，為學生理解化學知識，建構微粒觀奠定基礎.以《化學反應原理》中的“化學反應條件的優化——工業合成氨”為例，教材內容涵蓋化學生產項目，高中化學教師可直接以工業合成氨作為微項目內容，引導學生圍繞工業合成氨的生產，分析化學反應條件優化方案，深化學生對化學反應速率、化學反應方向等知識點的認識，使學生明確化學反應變化和化學平衡移動，均是微觀粒子作用的結果，引導學生正確看待微觀粒子，構建科學微粒觀.

第二，優化設計教學活動，結合學生微粒觀的建構困境可知，目前高中化學課堂教學成效不理想，而導致該現象的根本原因在于教學活動與方案的設計不合理.高中化學教師應選擇能夠吸引學生興趣的內容，創設教學情境，引出微項目內容;再圍繞微項目內容，提出學生可以自主探究或合作探究順利解決的問題，既可使學生建構化學知識體系與微粒觀，也可培養學生化學學習信心，實現化學教學目標.

3 《化學反應原理》中學生微粒觀的建構實踐

化學觀念核心是堅持知識作為基礎載體，在對各種零散知識進行持續積累基礎上構成知識體系內的核心觀念，而在形成基礎觀念后便可以順利實現知識遷移，深化學生對于學科本質的認識和理解，觀念建構并非單純借助大量背誦理論知識便可以形成的，觀念建構同時也是學生提升自身思維的重要過程.如果相關要順利實現觀念建構目標，則需要對知識內涵進行深刻理解，對知識所隱藏基礎觀念進行準確理解，為此需要教師在正式時刻前準確理解相關知識內涵，同時對知識基礎概念進行科學概括.教師通過準確把握課程標準以及單元教學觀念，促進觀念和知識充分融入，按照從易到難以及從淺入深的順序逐漸融入化學教學過程，應用化學核心觀念指導化學教學工作.結合學生微粒觀的建構路徑分析結果，本文以魯科版《化學反應原理》中的“化學反應條件的優化——工業合成氨”為例，總結學生微粒觀的建構實踐要點，為高中化學教師開展相關教學提供有益探索.在課堂教學中，高中化學教師可選擇任務驅動法，根據微項目教學思路，設計不同學習任務，使學生逐步形成微粒觀.

3.1 任務一

高中化學教師組織學生從理論角度入手，分析工業合成氨的適宜條件，引導學生銜接化學反應速率及轉化率等知識點，明確工業合成氨的最佳條件，認識到工業合成氨中微觀粒子的作用，初步建構微粒觀.

首先，教師為學生播放《沁園春·雪》的朗誦視頻，激發學生的愛國情懷，通過語言引導，組織學生分析新中國發展到現在成為工業強國的原因，使學生認識到化學對社會、國家發展的重要影響，增強學生民族自豪感，調動學生化學學習熱情.

然后，教師為學生展示合成氨的化學方程式，使學生明確合成氨為可逆反應，要求學生總結合成氨的反應特點，分析如何提高可逆反應的平衡轉化率及反應速率.在該過程中，學生總結的合成氨反應特點包括放熱、可逆、分子數減小等，引導學生從微觀粒子角度分析合成氨的反應過程，解釋影響平衡轉化率與速率的因素，使學生樹立平衡思想，理解微觀粒子間的相互作用.

3.2 任務二

在教學中，化學教師可以合理設計各種問題情境，科學創建化學知識體系，問題屬于思維啟發劑.認知沖突、質疑以及問題也是學生思維發展的重要啟蒙鑰匙.問題提出前需要率先合理創建情境激發學生思維，微粒觀相關問題情境能夠通過人眼直接觀察的各種現象，能夠借助實驗探究得到最終結果，比如化學史闡述或借助聯想模擬激發學生的微觀學習激情，保證問題的適宜度.在學生對合成氨反應有初步認識的基礎上，高中化學教師引導學生分析如何優化工業合成氨的生產過程，使學生利用掌握的化學知識，解決生產生活問題，鞏固學生的理論知識，建構學生的知識體系，強化學生的化學思維.細化來說，在該任務模塊下，高中化學教師提出如下問題：

問題一：“工業合成氨生產中，還需考慮哪些因素？”學生紛紛開展頭腦風暴，結合自身的生活經驗和化學知識儲備，認為工業合成氨的生產要注重如下要素：（1）循環利用反應物，避免引發環境問題;（2）確定最佳的原料投料比，避免浪費;（3）在優化工業合成氨生產條件時，需計算不同條件下的生產成本，提高企業的利潤;（4）在生產時不可以直接合成原料氣，需進行凈化處理，避免引起中毒;（5）可以利用工業合成氨反應放出的熱量，對合成氣進行預熱處理，降低成本.通過該問題，引導學生聯系化學與生活，為學生通過微觀粒子感知客觀世界奠定基礎.

問題二：“根據問題一的探究結果，繪制工業合成氨的生產流程圖.”基于該問題，學生可明確工業合成氨生產的各項設備、原料、原料間的化學反應、反應產物等知識點，明確工業合成氨生產中微觀粒子的變化過程，深化認識微觀粒子相互作用這一觀念，強化學生的微粒觀.細化來說，學生總結的工業合成氨生產流程如下：通過空氣分離器向轉化爐內通入空氣，再向轉化爐內加入甲烷與水，生成氫氣、氮氣與二氧化碳;將二氧化碳分離后，對氨氣和氮氣進行壓縮處理，轉移至合成氨塔，獲得氨;通過換熱器、水冷凝器、氨分離器處理氨，獲得最終產品，存儲于儲氨槽內.

3.3 任務三

在學生理解化學反應條件優化相關知識的基礎上，教師以微粒觀建構為導向，設置拓展任務，要求學生以小組為基礎，合作探究以天然氣為原料的合成甲醇工藝.在該任務完成過程中，學生利用已掌握的化學知識，開展物質轉化與能量轉化分析，在轉化分析過程中，深入理解微觀粒子間的相互作用，實現微粒觀建構的教學目標.為使學生對微觀粒子的相互作用有正確認識，教師設計相關問題，引導學生探究.首先，教師向學生介紹天然氣的轉化過程，甲烷轉化成一氧化碳和氫氣，再利用這兩種產物生產各類化工產品，要求學生探究CH4如何轉化為CO和H2.學生認為可利用二氧化碳、水、氧氣等物質，參與到甲烷轉化反應中，為甲烷提供氧元素，生產一氧化碳.然后，教師要求學生按照“CO+2H2CH3OH”的化學方程式，探究合成甲醇的優化條件.

針對教師布置的任務，學生按照課堂探究過程，分析合成甲醇化學反應的反應特點，明確理論優化條件，結合工業生產實際，進行合成甲醇工藝流程圖的繪制，以甲烷、水和二氧化碳為生產原料，在溫度、壓強和催化劑的條件下，進行反應生成一氧化碳和氫氣，二者反應生成甲醇.在該過程中，存在物質循環與能量循環，學生可通過工業合成物質的生產流程分析，總結物質和能量轉化規律，理解微觀粒子作用對化學反應速率的影響，進而建構微粒觀;也可培養學生合作意識，解決復雜問題的能力，進而整合學習過的相關化學知識，構建系統知識體系，發展學生化學核心素養.

綜上所述，高中化學教學中學生微粒觀的建構面臨學生興趣薄弱，微粒觀點學習難度高、教師教學科學性不足等困境，高中化學教師可通過微項目教學的實施，合理應用情境教學法與任務驅動法，從《化學反應原理》的教材內容入手，選擇學生感興趣的內容，創設教學情境，設計探究問題，提高學生學習成效，發展學生微粒觀.

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[責任編輯：季春陽]