當前國內中學化學微粒觀的研究進展與啟示

黃泰榮

摘要：從內涵界定、學習進階、整體測查、影響因素以及教學策略5個方面梳理了當前國內中學化學微粒觀的相關研究現狀。研究表明：（1）微粒觀的內涵可以從“內容屬性”和“思維屬性”2個視角進行認識;（2）微粒觀的發展具有階段性特征;（3）中學生對微粒觀的認識水平并不理想;（4）影響中學生微粒觀發展的因素是多方面的;（5）已開發的教學策略包括：三重表征策略、模型教學策略、情境教學策略、類比教學策略、問題驅動策略、信息技術輔助策略等。據此談及了已有研究對今后中學化學微粒觀研究的啟示。

關鍵詞：化學基本觀念;微粒觀;研究綜述

文章編號：1008-0546（2022）10-0002-05中圖分類號：G632.41文獻標識碼：B

化學是在原子、分子水平上研究物質的組成、結構、性質、轉化及其應用的一門基礎學科，其特征是從微觀層次認識物質，以符號形式描述物質，在不同層面創造物質，[1]“宏微結合”是其特有的學科思維方式。[2]作為重要的化學基本觀念之一，微粒觀強調從宏微結合的視角認識身邊的物質世界的思維方法，[3]充分體現了化學學科的思維特征，是“宏觀辨識與微觀探析”等化學學科核心素養的具體表現形式。因此，將“微粒觀”的培養作為化學教學的課程目標之一，具有重要的學科育人價值和素養發展價值。

目前，國內不少學者對中學化學微粒觀進行了一系列的理論與實證研究，然而相關綜述類論文較為缺乏。基于此，本文對當前國內中學化學微粒觀的研究現狀進行了整理歸納，以期為化學教育研究和教學實踐提供參考。

一、研究對象與方法

以中國知網（CNKI）論文數據庫作為檢索庫，采用高級搜索，分別以“微粒觀”“微粒性認識”“微粒性觀念”“微粒作用觀”等為篇名檢索詞，并且論文來源為“化學教育”“化學教學”“中學化學教學參考”以及博碩論文數據庫。通過以上檢索過程后，進行人工篩選，最終確定61篇文獻作為研究對象。

將選取的文獻作為研究樣本，對其研究方向進行分類統計，然后通過“自下而上”的內容分析法，對文獻進行觀點抽取和歸類，并呈現相應的研究結果和分析。

二、研究內容梳理

采取自下而上的方法對文獻進行觀點抽取和歸類，從內涵界定、學習進階、整體測查、影響因素以及教學策略5個方面對研究內容進行梳理。

1.中學化學微粒觀的內涵界定

關于微粒觀的內涵，不同學者的觀點各不相同。從已有研究文獻看，理論界對于微粒觀內涵的認識主要有2個視角，分別是內容屬性視角和思維屬性視角。

（1）基于內容屬性視角的內涵界定

內容屬性視角主要是基于學科知識內容，凝練物質微觀領域在學習者頭腦中的總觀性認識，以此對微粒觀的內涵進行描述。在內容屬性視角下，微粒觀似乎被視為由若干體現物質微粒性的統攝性認識組成的“集合”。例如，梁永平（2003）提出物質的微粒性要點包括：①物質是由肉眼看不見的微粒構成的;②微粒總是在不斷地運動的;③微粒間有一定的間隔;④微粒間存在著相互作用。[4]畢華林等（2011）將微粒觀的內容表達為：物質世界是由分子、原子、離子等微觀粒子構成的;微觀粒子很小，其體積和質量無法用常規方法度量和表示;微粒本身是有能量的、不斷運動的、彼此有間隔的;原子是最基本的構成物質的微粒，在一般條件下物質發生化學變化時保持不變;微粒之間存在相互作用，原子間通過強弱不同的相互作用相互共存或結合成分子。[5]目前普遍認為微粒觀的相關認識涉及五個方面，分別是：微粒構成觀、微粒間隙觀、微粒運動觀、微粒作用觀和微粒計量觀。[6-8]

（2）基于思維屬性視角的內涵界定

不同于內容屬性視角，思維屬性視角主要從化學基本觀念的思維表現[5]出發，明確微粒觀的認識對象和認識角度，以此對微粒觀的內涵進行界定。在思維屬性視角下，微粒觀似乎被認為是一種化學認識方式和思維方法，具有其特定的認識對象和分析、解決問題的角度。例如，陳瑞雪（2013）將微粒觀界定為“從微觀的角度，從微粒的種類、微粒的存在、微粒的相互作用、微粒的運動和變化以及微粒數量等層面，形成對化學物質及其變化的認識”[9]。錢海如、趙華（2017）將微粒觀界定為“人們對物質微粒性的基本看法，表現為自覺地在原子、分子、離子的水平上認識常見物質的組成、結構、性質、用途和變化現象的思維傾向”[10]。整體而言，目前學者普遍認為，微粒觀是從宏微結合的視角認識身邊的物質世界的思維方法。

綜上所述，微粒觀的內涵可以從內容屬性和思維屬性2個視角進行認識，其中內容屬性視角指向具體的觀念性認識，思維屬性視角指向特定的認識對象和認識角度。

2.中學化學微粒觀的學習進階

化學基本觀念的形成源于個體運用化學知識認識和理解世界的復雜過程，具有層次性和進階性。[11]作為重要的化學基本觀念之一，微粒觀同樣具有階段性特征，學習者在不同學習階段所形成的微粒觀水平并不相同。[12]為把握中學化學微粒觀的發展層級，促進學生微粒觀水平發展的教學與評價實踐，部分學者進行了關于微粒觀學習進階的研究，主要是選取某一主題內容，基于微粒觀分析該主題內容在不同學段的認識發展狀況;[13-17]或整體分析初中、中學階段的微粒觀發展歷程。[3-4，12，18-22]根據其進階變量的不同，微粒觀學習進階的分析思路主要有2種。

（1）基于知識變量的進階分析

第1種思路主要以知識為進階變量，根據不同學段的化學教學內容，圍繞核心概念建構、刻畫微粒觀的不同發展層級。例如，張發新（2016）以水的結構為例分析了物質結構中物質微粒觀的學習進階，并說明各階段的核心概念及微粒觀發展特征的對應關系。[15]類似地，有學者以核心概念的建立為標志，將中學階段的化學微粒觀劃分為5個認識層次。[3，12]

（2）基于思維變量的進階分析

與第1種思路不同的是，第2種思路主要以思維為進階變量，根據學生的認知思維發展特點，對微粒觀的認識層次進行劃分。例如，崔吉生（2011）分別根據學生解釋實際現象所用視角廣度、所用化學概念的掌握及使用程度，分別將微粒作用觀劃分為初等、中等、高等水平和樸素、豐富、靈活水平。[18]趙璐（2017）根據布魯姆認知理論，將初中微粒觀劃分為“認識微粒的種類”“基于微粒的性質認識微粒結構”“基于微粒認識物質的分類和物質變化”和“基于微粒從量的角度認識化學變化”5個層次。[22]

相對來說，目前基于知識變量的學習進階研究較多，基于思維變量的學習進階研究是趨勢所在。另外，相比于國外研究，[23]國內關于微粒觀學習進階的研究主要停留在理論層面，缺乏相關測查研究與教學干預研究。

3.中學化學微粒觀的整體測查

不少研究立足于對中學生微粒觀發展狀況的整體測查，其測查框架主要以微粒觀的認識要點為依據，測查方式以問卷調查法為主，部分研究采用問卷調查和個別訪談相結合的方法，個別研究采用李克特式量表。[17]通過梳理文獻發現，測查研究的結果似乎與其研究對象的年級（初中或高中）有關。

（1）初中生的微粒觀發展狀況

在學習化學前，初中學生并不缺乏從微觀視角認識周圍事物的經歷，如聞到花香的生活經驗、在生物課上學習過細胞和分子等。然而，有研究通過測查發現，[24]初三學生在學習化學前對物質及生活中各種現象的認識和思考基本處于感性水平，對于一些日常現象的解釋多數學生還是停留在蒸發、揮發、擴散、密度等宏觀現象表層，缺少從分子角度解釋這些現象的意識，對于具體物質的辨別很容易受到宏觀表面性質的影響。

到了初三階段，學生在理解微粒觀時也存在一定的困難，主要體現為對“微粒構成觀”“微粒間隙觀”“微粒運動觀”和“微粒作用觀”等4個方面表現出認識上的不足和缺陷。整體而言，學生對“微粒運動觀”的認識較為理想，其次為“微粒構成觀”和“微粒間隙觀”，對“微粒作用觀”的認識則相對薄弱。[25-27]具體而言，在“微粒構成觀”方面，多數學生知道物質是由分子、原子、離子等微粒構成的，但是在分析具體物質的構成微粒時存在困難，對物質構成的認識主要處于分子層次;[6，25-27]“微粒間隙觀”方面，學生往往認為宏觀物質體積改變是微觀粒子體積發生改變的結果，部分學生會忽略溫度對微粒間隙的影響;[6，25-27]“微粒運動觀”方面，大部分學生對于宏觀靜態的物質（如液態水等）不能認識到微粒是在不斷運動的，個別學生易忽略溫度對微粒運動的影響;[3，25]“微粒作用觀”方面，大多數學生未能建構化學反應的微觀模型，且對微粒之間的相互作用力缺乏認識，僅少數學生關注離子間的引力和斥力。[6，25-27]

（2）高中生的微粒觀發展狀況

與初中生相比，高中生對物質變化的微觀認識水平有所提高，尤其在對溶液中化學反應的微觀認識方面。[12]然而，有研究表明，多數學生對鹽溶液性質的認識停留在元素化合物性質階段，主要基于微粒種類的靜態視角，缺少基于微粒相互作用的動態視角。[16]此外，有研究者指出，中學生雖然通過化學學習掌握了具體的微粒性知識，但并沒有形成宏微結合的化學思維方式，不能準確區分宏觀與微觀表述，難以運用所學的微粒知識合理地分析和解釋宏觀現象。[12，22]相比于“微粒構成觀”“微粒間隙觀”和“微粒運動觀”，高中生對“微粒作用觀”和“微粒計量觀”的認識仍較為薄弱。[7-8]

綜上所述，幾乎所有的測查結果都表明，學生對微粒觀的認識水平并不是很理想，對微粒觀的某些方面表現出認識上的不足和缺陷，需要通過一些途徑來幫助學生提高他們對微粒觀各方面的理解。

4.中學化學微粒觀的影響因素

從測查結果來看，中學生的微粒觀水平并不理想。因此，一些研究者開始尋找究竟是什么因素影響著中學生的微粒觀水平。通過文獻梳理，不難發現大部分研究者主要從學生自身因素和外界因素2個方面進行討論。

（1）學生層面的因素

已有研究共同提及的學生自身因素主要有學生的學習興趣、知識水平、思維能力、性別等。首先，學習興趣是影響學生學習的主要因素。[7]例如，李佳（2019）在對學生訪談過程中發現，學生學習興趣的喪失造成了微粒觀學習的困難。[25]其次，多個研究表明學生的知識水平對其微粒觀發展有較大的影響。[3，12，25]例如朱立娜（2013）通過測查發現，知識水平較高的班級學生，其微粒觀的發展水平較高。[3]特別注意的是，研究人員指出學習者的微粒觀發展水平與微粒知識的增長并不是線性關系，學習者的微粒觀發展水平遠低于微粒知識的增長。[3，12]此外，學生的思維能力，如想象思維[7]、形象思維[3]、三重表征思維[25]和化學問題解決思路[25]等，同樣也是學生微粒觀發展的影響因素。對于性別因素，已有測查結果較一致地表明，男女生的微粒觀發展水平無顯著差異。[3，7，18]

（2）教師層面的因素

許多研究者都談及了教師這一角色對學生微粒觀發展的影響。研究人員一致認為，教師對學生微粒觀認識水平的影響主要來自教師自身對微粒觀的理解、對課堂教學內容的選擇、對課堂教學組織方式的選擇、對學習者的評價方法等方面。[3，12]然而遺憾的是，這些研究雖然提及了教師層面的因素，但并未清晰地論述教師因素對學生微粒觀發展的具體影響及其影響機理。

（3）區域層面的因素

除了對教師因素進行分析，部分研究者也對區域環境差異這一外界因素進行了探查。例如崔吉生（2011）通過測查發現，鄉鎮高中生的微粒作用觀水平兩極分化嚴重，作者認為這與城鄉教育的環境總體差別有關。[18]類似地，蔡少淵（2016）經比較不同地區學生的微粒觀差異表明，不同地區學生的化學微粒觀重難點不同，提出教師需要根據教學對象調整教學策略。[7]

總體而言，不少學者從不同層面對微粒觀的影響因素進行了討論，但并未清晰論述這些因素的影響機理。在影響因素的探究方式上，研究者主要采用“自上而下”的探究方式，原因可能在于該研究方法相對簡便。

5.中學化學微粒觀的教學策略

為了提升中學生的微粒觀發展水平，不少研究者致力于探討有效促進中學生微粒觀發展的教學策略。總體來說，這些研究大致可分為2種類型，一類是應用某種策略的教學實驗研究，另一類是基于微粒觀建構的教學設計與實施。研究者不斷地嘗試將新的學習理論和技術帶入課堂，如三重表征教學、模型教學、情境教學、類比教學、問題驅動、信息技術等。從研究結果看，這些教學策略均在一定程度上促進了中學生對微粒觀的理解。

（1）三重表征策略

許多研究都提到三重表征策略可幫助學生形成微粒觀。研究者普遍認為，宏觀化學實驗現象可幫助學生理解微觀粒子的存在，化學符號可幫助學生架起宏觀物質與微觀粒子之間的橋梁。[24，28]不少學者采用教學實驗研究的方法證明了三重表征策略的有效性，例如張旭（2019）通過對比傳統教學和三重表征教學對高中學生微粒觀發展的影響，發現后者更有利于提高學生的微粒觀水平，尤其是在“微粒運動觀”和“微粒作用觀”方面。[8]

（2）模型教學策略

主張模型教學的研究者也提出了其教學設計思路的幾個基本環節，[29]即：①分析微粒觀，明確教學目標;②選擇、設計模型;③設計思考問題和模型活動;④反思評價促進模型認知。研究者認為借助模型可促進學生對微粒觀的理解，使用的模型可以是實物模型、動畫模型、概念模型、圖示模型、數學模型、過程模型等。[10，21，30]例如張建國（2017）的實證研究表明，利用磁性卡片模擬化學物質，可幫助學生用實物模型表達微觀想象，化解學生難以用語言表達微觀方面的問題，從而促進學生對微粒觀的理解。[29]

（3）情境教學策略

許多學者都提到創設教學情境有助于加深學生對微粒觀的理解。情境學習理論認為，學習者在情境中通過活動獲得了知識，學習與認知本質上是情境性的。[31]因此結合學生的熟悉現象和生活經驗，進行情境教學，可以激發學生的學習興趣，更有利于學生在真實、具體的問題情境中形成微觀意象并應用于實際生活，從而在一定程度上能有效地促進微粒觀的形成。這一觀點也在李小嬌（2012）的實證研究中得到支持。[32]

（4）類比教學策略

由于微粒觀內容的抽象性較強，有學者提出在微粒觀教學中運用類比法，讓學生調用的已有知識或生活經驗，將其與新事物進行對比，進而實現對抽象知識的理解認同。[28，33]例如在講述原子的核外電子層結構時，可以采用類比的方法，讓學生從生活中的洋蔥來理解原子的核外電子層，電子是圍繞著原子核由近及遠一層一層排布的。[28]

（5）問題驅動策略

不少研究者提出，為了使微粒觀成為學生自覺主動的思維方式，教師應將微粒觀的基本內容設計成問題鏈，用問題鏈驅動學生進行高級思維活動，促使學生從微觀角度解釋宏觀現象。[12，28，33-35]對于驅動性問題鏈的設計，應遵循以下幾個原則[12]：①具有連續性，提出的問題可構成指導學生思維方向的線索;②具有層次性，即有一定的難度梯度;③具有啟發性，尤其是對學生高級思維的啟發;④具有普適性，符合學生的認知發展。

（6）信息技術輔助策略

與傳統教學相比，基于信息技術的教學具備高效、交互、仿真、共享的特點。[36]教學中可借助信息技術模擬微觀世界，使抽象內容可視化，幫助學生建構微粒觀。[37]例如，鐘紅（2017）基于信息技術開發了仿真動畫教學資源，通過對宏觀實驗現象的仿真和對微觀反應過程的模擬，幫助學生建立微觀世界模型。[36]然而，也有研究者指出，應讓學生意識到計算機模擬過程只是對微觀實物及其變化的一種直觀化、形象化的描述，并不代表微觀事物本身及其發生的真實變化。[38]因此，教師應合理使用信息技術輔助教學，避免信息技術教學盲目化。

整體而言，研究者提出了多個促進學生微粒觀發展的教學策略。然而，與國外研究相比，[23]國內的大多數研究是基于教學實踐的經驗總結，往往缺乏教學實驗的實證研究。

三、研究與建議

通過文獻梳理，可以看出目前中學化學微粒觀的研究范圍涉及中學化學微粒觀的內涵界定、學習進階、整體測查、影響因素以及教學策略等，基于以上分析，對今后中學化學微粒觀的相關研究提出如下啟示和思考。

1.明確微粒觀的內涵構成

從上述研究中可見，對于微粒觀的內涵，廣大學者主要從內容屬性視角或思維屬性視角進行認識，但存在著一些問題，如微粒觀的概念內涵比較繁雜混亂、內容屬性和思維屬性相割裂等。因此，后續研究可嘗試將內容屬性視角和思維屬性視角相統一，構建微粒觀的內涵實質、內容屬性、思維屬性、活動表現的整合模型，對微粒觀的內涵構成進行系統刻畫，從而為中學化學微粒觀的理論研究發展提供有益借鑒。

2.優化微粒觀的進階模型

目前微粒觀進階模型的構建，大多數傾向用知識掌握水平簡單反映微粒觀的發展層次，只有少數研究是以思維為進階變量。后續研究可考慮以知識和思維的整合為進階變量，多維度刻畫學生微粒觀的發展層級。此外，多數研究者構建的進階模型缺乏對行為表現的刻畫和實證檢驗。因此，后續研究可關注各進階層級的水平描述，將微粒觀的認識要點外顯為學生的行為表現，并將學生的行為表現與發展層級匹配，同時在實證檢驗中加以調整。

3.完善微粒觀的測查工具

目前已有不少研究對中學生的微粒觀發展狀況進行了測查，但是其測評研究方法較為單一，共同點是：以微粒觀的認識要點為測查內容框架，缺少對微粒觀縱向發展水平的測查;以經典測量理論為依據進行測量建構，存在傳統經典測量理論的“樣本依賴性”和“工具依賴性”等缺點。因此，后續研究需進一步完善微粒觀的測查工具。譬如，可嘗試根據學習進階理論和項目反應理論開發微粒觀的測試工具。

4.探索微粒觀的影響因素

目前，各個研究主要從學生、教師、區域等3個層面對影響微粒觀發展的因素進行討論，但并未清晰地論述它們與微粒觀發展之間的關系。由此可見，還需更多的研究來確認這些因素對微粒觀發展的影響并尋找其影響機理。此外，考慮到已有研究主要采用“自上而下”的方式探究微粒觀的影響因素，后續研究可嘗試采用扎根理論的“自下而上”研究路徑，通過半結構化訪談、開放式問卷等方式探索其他可能存在的影響因素。

5.基于實證提出微粒觀的教學策略

梳理現階段的研究后發現，有關微粒觀教學策略的提出，多數是基于經驗上的建議和教學實踐總結，只有少數研究是基于真實的教學干預實驗。因此，后續研究應開展基于實證的教學研究，檢驗微粒觀不同教學策略的有效性;同時基于實證結果對微粒觀教學的理論基礎進行討論或補充，最終得出更系統的理論體系。

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