基于宏微符三重表征實施素養(yǎng)為本的教學

摘要 宏微結(jié)合是重要的化學學科思維方式，化學符號是重要的化學語言。基于宏微符三重表征進行課堂教學，對化學思維方式的形成和化學語言的掌握具有重要意義。以“水的組成”為例，創(chuàng)設(shè)“電解水實驗”教學情境，基于宏微符三重表征進行教學設(shè)計，從宏觀層面、微觀層面和符號層面建構(gòu)水的宏觀組分、微觀組分概念，并初步建構(gòu)化學式符號概念。

關(guān)鍵詞 宏微符三重表征 素養(yǎng)為本 教學設(shè)計 水的組成

《義務教育化學課程標準（2022年版）》（以下簡稱為課程標準）把義務教育化學課程內(nèi)容劃分為五個學習主題，分別為：科學探究與化學實驗、物質(zhì)的性質(zhì)與應用、物質(zhì)的組成與結(jié)構(gòu)、物質(zhì)的化學變化、化學與社會·跨學科實踐。[1]10根據(jù)課程標準中的課程內(nèi)容的層屬關(guān)系，“物質(zhì)成分的探究”“元素”“原子”“分子”可以整合成“物質(zhì)的組成”主題。[1]70如何讓學生理解物質(zhì)組成的奧秘呢？宏微符三重表征是從宏觀、微觀、符號三個層面學習化學知識、理解知識本質(zhì)，形成化學學科思維方式的重要途徑。[2]三重表征不僅從三個水平上表征化學知識，更關(guān)注學生能否建立三重表征之間的聯(lián)系。[3]

本文以人民教育出版社《義務教育教科書·化學》（九年級·上冊）第四章中的“課題3水的組成”為例，基于“宏微符三重表征”進行教學設(shè)計研究，多角度認識水的組成。

一、課程標準、教材分析

（一）課程標準分析

課程標準中關(guān)于“物質(zhì)的組成”的相關(guān)內(nèi)容位于學習主題（三）物質(zhì)的組成與結(jié)構(gòu)部分，其【內(nèi)容要求】，如表1所示。

通過課程標準可以看出，“物質(zhì)的組成”要求從宏觀、微觀、符號三個層面進行學習，即從元素、分子和原子、化學符號三個水平進行表征，建立起三個水平之間的關(guān)聯(lián)。

（二）教材分析

在學習本節(jié)課內(nèi)容之前，學生已經(jīng)學過元素、分子、原子的相關(guān)知識。關(guān)于本節(jié)內(nèi)容，教材中以兩個科學探究實驗形式探究了水的組成。第一個探究實驗是氫氣在空氣中的燃燒實驗，驗證是否有水滴生成。第二個是電解水實驗，驗證水的元素組成。教材中未對水的原子、分子組成進行實驗探究。在學習此內(nèi)容后，將進行“化學式和化合價”知識學習，本節(jié)課符號層面認識物質(zhì)的組成將為此作鋪墊。

二、教學目標設(shè)計

本研究以課程標準為教學目標設(shè)計的依據(jù)，在教材分析基礎(chǔ)上，進行延伸拓展，從宏觀層面、微觀層面認識水的組成，并進行符號表征。因此，“水的組成”的教學目標設(shè)計如下：

1.通過電解水實驗現(xiàn)象的定性觀察，初步形成宏觀層面認識水的組成。

2.通過電解水實驗產(chǎn)物的定量對比，初步形成微觀層面認識水的構(gòu)成。

3.通過水分子分解模型演示，初步從符號層面認識水的組成。

三、教學流程設(shè)計

（一）宏觀層面定性視角認識水的組成

通過視頻播放電解水實驗過程。在觀看實驗過程視頻前，提示學生觀察思考如下：通電前，了解電解實驗裝置、電源正負極；通電中，觀察實驗現(xiàn)象；通電后，觀察實驗現(xiàn)象。

【教學情境】電解水實驗視頻。主要實驗用品有：水電解器、酒精燈、小燒杯、試管、火柴、水、氫氧化鈉溶液、滴管、玻璃棒等。

[師]通電前，同學們已經(jīng)觀察并了解了實驗裝置及電源的正負極。

問題1：通電時，正極端和負極端分別產(chǎn)生了什么現(xiàn)象？將結(jié)果填寫在表2中。

[生]正負極玻璃管內(nèi)均有氣泡產(chǎn)生，一段時間后，負極端玻璃管內(nèi)氣體是正極端的兩倍。

[師]通電結(jié)束后，對玻璃管中的氣體進行了性質(zhì)驗證。

問題2：視頻中做了哪些性質(zhì)驗證實驗？

[生]一個是用點燃的木條驗證性質(zhì)，另一個是用試管進行點燃驗證。

追問：這兩個性質(zhì)驗證實驗的現(xiàn)象分別是什么？說明了什么問題？將結(jié)果填寫在表3中。

[生]用點燃的木條在兩個玻璃管尖嘴處，發(fā)現(xiàn)在正極端木條燃燒得更旺，而負極端沒有什么變化，說明正極端產(chǎn)生的是氧氣；用試管收集到的負極端氣體，放在酒精燈處點燃，有爆鳴聲，說明負極端產(chǎn)生的是氫氣。

問題3：通過性質(zhì)驗證實驗，證明水電解產(chǎn)生了氫氣和氧氣。這說明水是由什么元素組成的？

[生]水是由氫元素和氧元素組成的。

【設(shè)計意圖】問題1的目的是電解水實驗現(xiàn)象描述，培養(yǎng)學生觀察能力，為后面微觀認識水的組成做準備；問題2的目的是培養(yǎng)學生推理能力，為問題3做鋪墊；問題3的目的是在問題1和問題2的基礎(chǔ)上，基于定性角度建構(gòu)物質(zhì)的宏觀組成成分——元素。

（二）微觀層面定量視角認識水的組成

[師]通過前面學習，有兩個問題需要注意。第一個問題是，通過氣體性質(zhì)驗證，正極端、負極端分別產(chǎn)生的是氧氣、氫氣。

問題1：如何用文字表示這一過程？

[生]水? 氫氣+氧氣。

[師]需要注意的第二個問題是，在觀察實驗現(xiàn)象時，發(fā)現(xiàn)一段時間后負極端玻璃管內(nèi)氣體體積是正極端的兩倍。

問題2：氫氣和氧氣的化學式分別為H2、O2，那么，氫原子與氧原子的個數(shù)比是多少？

[生]兩個H2是四個氫原子，一個O2是兩個氧原子，這說明氫原子與氧原子的個數(shù)比是4比2。

追問：水分子中氫氧原子個數(shù)的最簡比是多少？

[生]最簡比是2比1。

【設(shè)計意圖】本環(huán)節(jié)是在上一環(huán)節(jié)基礎(chǔ)上，抓住了電解后產(chǎn)生的氫氣和氧氣兩種氣體及二者的體積比，推演出水分子中氫原子和氧原子的個數(shù)比為2比1，基于定量視角建構(gòu)物質(zhì)的微觀組成成分——分子、原子。

（三）符號層面表征水及電解過程

[師]在電解水實驗中，還有一個點燃負極端產(chǎn)生的氣體實驗。氣體性質(zhì)驗證實驗已經(jīng)證明，負極端產(chǎn)生的氣體是氫氣。

問題1：在點燃氫氣時，實驗過程中有哪些現(xiàn)象？

[生]產(chǎn)生淡藍色火焰，在上面罩上小燒杯后，燒杯壁有水珠產(chǎn)生。

追問：你能用文字表示這一反應過程嗎？

[生]氫氣+氧氣???（點）? 水。

問題2：在上一環(huán)節(jié)中，推導出了氫原子和氧原子的個數(shù)比是2比1。你能據(jù)此寫出水分子的化學式嗎？

[生]水分子的化學式是H2O。

追問：如何用化學符號表示水電解過程？

[生]2H2O? 2H2+O2

【設(shè)計意圖】通過氫氣在空氣中燃燒實驗，在明確氫原子和氧原子個數(shù)比基礎(chǔ)上，推導出水的化學式。問題1的目的是根據(jù)實驗現(xiàn)象推導物質(zhì)的轉(zhuǎn)化過程，培養(yǎng)學生基于證據(jù)進行推理能力。問題2的目的是把文字表達形式轉(zhuǎn)化為化學符號形式，培養(yǎng)學生符號表征能力。

四、設(shè)計反思

（一）注重基于科學探究開展課堂教學

“科學探究與化學實驗”是初中化學核心素養(yǎng)的五個維度之一。化學實驗是化學學科重要的科學研究方式之一，也是重要的化學教學情境。“電解水實驗”貫穿教學設(shè)計全過程，通過挖掘探究實驗不同環(huán)節(jié)的功能，引領(lǐng)學生進行知識建構(gòu)。

（二）注重基于教學內(nèi)容整合發(fā)展核心素養(yǎng)

整合教學內(nèi)容是進行素養(yǎng)為本教學的重要手段。通過教學內(nèi)容整合，形成結(jié)構(gòu)化認知結(jié)構(gòu)，促進知識學習和理解。本研究整合了教材中的“第三單元物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”和“第四單元自然界的水”等內(nèi)容。從宏觀、微觀兩個層面認識物質(zhì)的組成，并為化學式的學習作了鋪墊。

（三）注重問題引領(lǐng)學生思維參與

在教學設(shè)計過程中，通過“問題+追問”的形式，驅(qū)動學生深度思維參與。在環(huán)環(huán)相扣的問題鏈中，通過深入思考，在解決問題過程中進行知識建構(gòu)，最終從宏觀、微觀、符號三個層面建構(gòu)出“水的組成”概念。

概念建構(gòu)的途徑是多樣化的，可以從教育學、心理學、學科等不同角度采取有針對性的教學策略。化學學科角度進行知識建構(gòu)是培養(yǎng)化學學科思維的重要途徑，在新課程標準理念下，教師要從化學學科視角進行知識建構(gòu)，促進化學學科知識本質(zhì)理解。

[參考文獻]

[1]中華人民共和國教育部.義務教育化學課程標準（2022年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2]王雨，畢華林.基于三重表征實施素養(yǎng)為本的化學教學：以“甲烷”教學為例[J].化學教學，2021（4）：49-53+86.

[3]畢華林，盧珊珊.化學三重表征的實質(zhì)與三重表征能力的培養(yǎng)[J].課程·教材·教法，2021，41（3）：110-116.

（責任編輯：姜顯光）