核心素養視域下微粒作用觀的思維價值與建構

佟鈺 吳林

摘要：微粒作用觀是描述微粒作用原理和規律的基本觀念，與化學學科核心素養聯系緊密。本文梳理了微粒作用觀的素養特征，概述了其對模型思維、守恒思維和創新思維等化學思維的促進作用。微粒作用觀建構的基礎是理解化學視角下的微粒作用規律，這需要結合微粒作用觀的發展歷程挖掘其不同層次的內涵、設計制作可視化模型與素材、實施連貫的“化學世界觀”教育等。

關鍵詞：學科核心素養;高中化學;微粒作用觀;化學思維

文章編號：1008-0546（2022）10x-0023-04中圖分類號：G632.41文獻標識碼：B

微粒作用觀是對構成物質微粒的作用原理和規律的系統認識，也是組成微粒觀的基本觀念之一。[1]其主要內容包括：①作用本質：化學反應以構成物質的微粒間的有效碰撞為基礎，其實質是微粒間結合方式的改變;②強弱規律：微粒結構影響物質的性質，進而影響微粒間相互作用的程度;③守恒規律：微粒的相互作用存在守恒關系。微粒作用觀與化學學科核心素養聯系緊密，也較系統地體現了多種化學思維。從化學學科核心素養的視角探究微粒作用觀的內涵與思維價值，有助于在“教、學、評”一體化實踐進程中感悟化學特征、發展化學思維。

一、微粒作用觀與化學學科核心素養的關系

1.微粒作用觀是化學學科思維的綜合體現

微粒作用觀與“變化觀念與平衡思想”“宏觀辨識與微觀探析”等核心素養關聯緊密，[2]較系統地從定性和定量、變化與平衡的角度概括了化學反應的本質和規律，體現了模型思維、守恒思維和創新思維等化學思維。用微粒作用觀調控化學反應、分析反應原理、預測對應現象時常使用模型將抽象的微觀問題具體化，反映了化學問題研究“宏觀—微觀—符號”兼具的特征。[3]

2.化學學科核心素養為微粒作用觀的評價提供依據

微粒作用觀作為微粒觀的重要組成，具有學科性、

知識性和思想性?；瘜W學科核心素養的4個素養維度與微粒作用觀在模型思維方式建構與應用實踐等方面有較好的對應關系，主要體現在化學思維的建構上。通過對《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》分析發現：微粒作用觀與高中化學必修課程內容“常見的無機物及其應用”“物質結構基礎與化學反應規律”等主題聯系緊密，[4]可以此為基礎開展素養導向的大概念教學與評價。

整體來看，微粒作用觀反映了化學學科的基本特征，與指向化學觀念與思維方式的三種化學學科核心素養聯系緊密，可根據對應素養的評價體系制定“教、學、評”一體化的學習與評價標準。

二、微粒作用觀的思維價值

1.對微粒作用的認識體現化學問題的解決思路

人們認識粒子及其相互作用規律的歷程是系統思維發展的縮影，對微粒作用的認識體現了化學思維發展的三個階段，分別為：以有新物質生成、物質性質的遞變為核心的對化學反應的定性宏觀認識;以構成物質的微粒的結合方式改變為核心的對定性、定量兼具的微觀認識;以化學熱力學和化學動力學基本理論為基礎的系統微觀認識。

微粒作用觀的提出與完善反映了“宏觀—微觀—符號”一體的化學問題研究思路，新高考常以微粒作用本質為基礎，結合化學反應速率及化學平衡的綜合理解與應用進行考察，此類問題的解決需要以宏觀、微觀統一的視角為基礎，對物質及其變化的認識、分析、控制、預測等形成系統思維并加以應用。

2.微粒作用觀體現多種化學思維

（1）模型思維

模型思維是指在真實的化學情境中，對微粒及其作用在模型表征和“宏觀—微觀—符號”表征相互轉換的思維方式。[5]運用模型思維在宏觀視域下發現并提出問題，通過模型連接宏觀現象與微觀本質，在微觀視角應用相關理論解決問題并形成較為抽象的符號認知是探究化學問題的一般思路。

模型思維與微粒作用觀聯系緊密，微粒作用觀的強弱規律強調了微粒的微觀結構對宏觀層面的性質及其發揮起決定作用。原子結構示意圖、結構式等是可視化表達粒子的組成和結構的工具，為不同粒子性質的研究奠定基礎;電子式、化學方程式等以符號表征的理論模型是人們對物質及其變化研究成果的可視化表達。這些模型從結構與變化、宏觀與微觀兩個角度將“宏觀—微觀—符號”三種視角下相對獨立的理論連接起來，形成解釋、預測、研究化學問題的系統性認知結構。

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》提出了模型的選擇、應用、評價與優化四個水平的要求。[4]新高考常結合微粒作用觀的強弱規律、元素周期律對證據推理與模型認知素養進行考查，常以物質結構或元素在元素周期表中的粗略位置的描述為背景，在真實情境中比較物質性質或根據框圖推斷可能的化學反應。這需要通過串聯相關概念和原理，在對微粒作用觀強弱規律的系統認識的基礎上，結合以元素周期律為中心的物質性質遞變規律構建思維模型，在模型中尋找特征元素，完善轉化關系。

（2）守恒思維

守恒思維是指在物質及其變化的分析過程中，利用一種或多種守恒關系確定化學反應前后保持不變的“量”用于探究的思維方式。微粒作用觀的守恒規律蘊含在微粒間的變化過程中，微粒本身在化學變化過程中不發生改變，存在元素守恒等相對“不變”的守恒關系，而微粒間的結合方式隨著化學反應的進行發生改變。微粒本身的“不變”與微粒間“變化”過程的辯證統一是微粒作用守恒規律的思維特征。守恒思維是化學定量分析的基礎，在氧化還原反應的教學與研究中綜合應用從宏觀到微觀的研究思路與守恒思維能更好地反映氧化還原反應的本質與規律。靈活運用守恒思維有助于理清問題本質、簡化分析過程，以相對靈活的方式表現較高素養水平。

新高考對守恒思維的考查集中在“宏觀辨識與微觀探析”和“變化觀念與平衡思想”素養的中高水平，常以工藝流程題的形式考查水溶液中的離子反應與平衡和氧化還原反應方面的分析與計算。這需要我們在真實的化工生產研究中明確守恒關系、確定核心元素，運用可視化手段演示微粒間的相互作用的順序、用量、過程和結果，進而對粒子的引入、除去及變化過程進行分析和描述，在真實問題的研究中理解符號含義、構建思維模型、發展守恒思維。

（3）創新思維

定性研究與定量分析相結合是微粒及其相互作用研究的特征，二者對立統一。定性研究是以宏觀現象為前提，依據化學學科基本理論對物質及其轉化進行初步探究;定量分析從定性研究而來，是依據化學計量方式與模型對微觀變化過程進行計量與數量層面的分析。創新思維以完整的微粒作用觀為基礎，蘊含在定性、定量相結合的綜合性較強的化學課題研究中。

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》對創新思維的考查水平較高，主要體現在科學探究與創新意識。[6]新高考通過情境設置、內容安排、思維考查等方面考查創新思維，[7]對陌生情境中平衡圖像的考查和以化學課題研究全流程的預測與推理、分析與計算、控制與評價的綜合考查日益突出，具有情境復雜、核心內容呈現方式不同尋常的特點。對于平衡圖像，解讀圖像的斜率、拐點和表達式是理解圖像含義的關鍵，也可利用“數形結合”思想對圖像的函數表達式進行分析，推導分析對應關系。對于創新性課題研究，需根據給定材料確定實驗目的和實驗原理，對影響因素和實踐過程中的每一步對應現象進行預測，通過定性分析和定量計算得到實驗結論或對其進行分析評價，具體體現在對原料和可能產物化學式、組成元素等進行分析和計算，對粒子的計量及轉化過程中參數進行計算或通過已有資料設計完整的試驗方案并進行評價。這需要在掌握化學基本理論的基礎上，將定性分析與定量計算結合起來解讀化學熱點的“知識內核”。

三、用微粒作用觀建構化學思維

微粒作用觀思想價值形成的基礎在于用化學視角對微粒作用原理和規律的系統解讀，以微粒作用觀為基礎建構化學思維需考慮：化學反應的物質基礎是什么？化學反應是如何進行的？化學反應進行時有何規律？建構化學思維的關鍵在于充分利用生活現象、教材等課程資源設置真實的問題情境，這需要結合微粒作用觀的發展歷程挖掘其不同層次的內涵、設計制作可視化模型與素材、實施連貫的“化學世界觀”教育等。

1.以真實問題情境為基礎，形成“宏—微—符”一體的模型思維

以微粒作用觀為核心的教學內容多為基本概念、微觀的作用原理等，近年來關于離子反應和水溶液中的離子平衡的教學研究居多。在情境設置方面，化學史、化學必做實驗、生活研究中的化學課題、物質的研究發展、物質的量產歷程等是真實情境的具體體現;在問題設計方面，應充分考慮學情，通過設置邏輯緊密、由表及里的問題組形成“宏—微—符”一體的研究思路;在思維發展方面，常以思維導圖總結概念關系和思路過程，實現知識性和思想性的統一。案例“電解質的電離”將電解質辨析和科學探究方法結合進行，形成對電解質的系統認識，構建思維模型。[8]開展真實問題情境的教學有利于感受化學知識的價值、形成結構化知識體系，有助于從宏觀和微觀視角出發，體驗化學研究定性分析與定量計算結合、動態過程與靜態守恒統一的特點，從而形成解決化學問題的思路與方法，培養學生的化學學科核心素養。

2.實施可視、連貫的“化學世界觀”教育，形成守恒思維

從微觀層次認識物質及其變化是微粒作用觀的核心內容，也是守恒思維形成、發展的基礎。開展多元連貫可視的“化學世界觀”教育是在明確化學研究對象的基礎上系統了解微觀粒子特點及作用方式，是化解化學學習難點的有效實踐。一方面，在課堂教學中除充分利用教材和經典實驗外，運用交互動畫、3D模型、科普視頻等可視化信息技術資源直觀顯示微粒的結構及其作用過程，有助于理解化學符號和文字表述的具體含義;另一方面，在課堂教學外還可通過模型制作、圖文編寫、漫畫設計、短片拍攝等方式展現微觀世界的特點，[9]通過多種思維過程各有側重地形成對化學的認知，發展化學思維。實施“化學世界觀”教育有助于從具體知識、應用及思維層次理解學習內容、發展思維模型，結合課上教學與探究過程鞏固內化，實現思維模型的綜合應用和化學多種思維的協同發展。

3.再現微粒作用觀的發展歷程，培養創新思維

微粒作用觀的發展歷程反映了化學思維從宏觀整體到宏觀、微觀相結合的系統化轉化過程，是化學發展史的縮影，也是創新思維發展的基礎。在基于微粒作用觀的創新思維培育中，應著重強調微粒作用觀的思維價值，通過創新情境深化物質及其變化研究中宏觀與微觀、變化與守恒、定性與定量等維度并行的思維方式。一般的變式創新或以科技前沿、新技術的應用為情境展開的探究，或評價、比較、設計完整的探究方案，或著重考查圖像和概念系統中各成分的含義，具有整體性、時代性和特異性。開展學生實驗、小組討論、變式訓練等有助于在課堂教學與日常學習中提煉微粒作用觀的核心要義，培養創新思維和解決實際問題的能力，還可在課堂教學外通過圖文、漫畫、簡報等形式展示化學史料，通過整理其發展歷程和關鍵節點發揮課上課下的聯動效果，為創新思維的發展奠定基礎。

4.從不同視角解讀微粒作用觀的深層內涵，發展系統思維

微粒作用觀涵蓋氧化還原反應、化學鍵、化學平衡等不同學段、不同層次的化學基本理論，具有思維發散、內容全面、層級明顯、兼具認識論與方法論等特點，形成對微粒作用觀的系統認識是綜合運用化學基本理論、發揮化學學科核心素養的基礎。從課程資源來看，可編制以微粒作用觀為大概念的項目式教學，通過具體案例形成對微粒及其作用整體、綜合、系統的思考;從概念結構來看，要形成層次明顯、階段明確的微粒作用觀整體思維，理清化學理論的內在關聯，形成解決化學問題的一般思路與最優方法。理解微粒作用觀的深層含義，就要深入思考微粒及其相互作用這一核心問題，形成系統認識，并結合真實情境和化學前沿在教學中對微粒作用觀的思維價值進行總結，在此基礎上根據《普通高中化學課程標準》和學生發展水平總結并完善指向化學思維發展的、適用于“教、學、評”三個層次的標準體系。

四、小結

微粒作用觀作為概括程度較高的化學基本觀念，涵蓋物質的轉化、化學鍵、化學反應基本原理等基礎理論，與多種化學學科核心素養關聯緊密，化學學科核心素養水平體系為微粒作用觀的“教、學、評”一體化實踐提供依據。微粒作用觀的發展歷程是化學問題研究思路發展的縮影，微粒作用觀與模型思維、守恒思維、創新思維等化學思維聯系緊密。

微粒作用觀思想價值形成的基礎在于用化學視角對微粒作用原理和規律的系統解讀，以微粒作用觀為基礎建構化學思維需充分利用生活現象、教材等課程資源設置真實的問題情境，這需要結合微粒作用觀的發展歷程挖掘其不同層次的內涵、設計制作可視化模型與素材、實施連貫的“化學世界觀”教育等。

參考文獻

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