初中化學微粒觀內涵、形成過程及教學策略

中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

化學是在分子、原子水平上研究物質的組成、結構、性質及其應用的一門基礎自然科學，宏觀與微觀的聯系是化學學科特征的思維方式[1]。微粒觀就是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[2]。初中階段，建構微粒觀，有利于培養學生“宏觀一微觀一符號”三重表征的化學思維方式，也有助于他們在高中階段形成“宏觀辨識與微觀探析”的化學學科核心素養。《義務教育化學課程標準（2022年版）》3（以下簡稱“課程標準”）頒發后，開展微粒觀建構的教學，需要依據課程標準要求，探討初中化學微粒觀內涵；需要以2024年新滬教版義務教育九年級化學教材上下冊（以下簡稱新滬教版教材）4為藍本，分析其形成過程及教學策略。

1課程標準對微粒觀建構要求

1.1 初中化學微粒觀的內涵

課程標準是整體建構初中化學微粒觀內涵的重要依據。梳理\"課程目標”“課程內容”“學業質量”等部分涉及微粒觀建構的相關要求，主要包含知識、認識（或方法）和價值等三個維度的內容（見表1）。

表1課程標準對微粒觀建構要求

由表1可知，初中化學微粒觀的內涵應該從知識、方法和價值等維度建構。借鑒吳俊明[5.6]、畢華林[7]、吳星[8]、朱玉軍[9等對微粒觀的研究闡述，本文認為初中化學微粒觀的內涵可以表述為：多樣化的物質都是由分子、原子、離子等微觀粒子構成的，可以從微觀粒子的視角對物質進行分類；原子是構成物質的基本微觀粒子，微觀粒子具有一定的結構、微觀粒子間存在相互作用，物質發生化學變化時，原子種類和數量不變；物質的存在狀態、結構、性質和變化等由構成物質的微觀粒子種類、結構決定，都是微觀粒子間相互作用的結果；實驗、想象、推理、假說、模型等是研究微觀粒子及其相互作用的常用方法；對微觀粒子及其相互作用的探索有助于人類發現物質的新性質和創造具有預期性質的新物質。

1.2初中化學微粒觀的學習要求

初中化學微粒觀的形成，首先需要以宏觀物質及其變化為知識載體，學習微觀粒子、化學符號層面的核心知識或概念，并以此建立微觀粒子、化學符號的認識視角；其次需要基于微觀粒子、化學符號的視角認識宏觀物質及其變化，形成“宏觀、微觀、符號”三重表征的化學思維方式。因此，初中化學微粒觀的形成離不開宏觀物質及其變化（載體）、微觀粒子和化學符號等層面相關核心知識或概念的學習。從宏觀、微觀、符號三個層面理清涉及微粒觀的核心知識體系，是形成微粒觀的基礎。其知識體系見圖1。

核心知識：分子、核心知識：分子、原子、離子及其聯原子、離子的符系，相對原子（或類化學符號 微觀粒子宏觀物質及其變化（載體）物質的性 物質的組 物質的 化學與質及應用 成及分類 化學變化 社會發展核心知識：空 核心知識：核心知識：物理核心知識：氣、氧氣、水、 元素、混 \"變化和化學變化、化學與資源、二氧化碳、金合物與純 質量守恒定律、能源、材料、屬、溶液、酸、凈物、單化學變化前后元環境、健康堿、鹽等物質 質與化合 素不變、化學反等方面知識的性質及應用 物等 應類型等 ==

由圖1可知，學生微粒觀的建構離不開“物質的性質及應用”“物質的組成及分類”“物質的化學變化”“化學與社會發展”等學習主題內容的學習，其知識維度的內涵主要涵蓋了“微觀粒子”“化學符號”層面的學科知識，其認識（或方法）層面的內涵主要包含了從宏觀、微觀、符號相結合的視角認識物質及其變化的思維方式等。結合課程標準中“課程內容”和“學業質量標準”，可以確定學生建構微粒觀的學習要求（見表2）。

表2學生建構微粒觀的學習要求

“微觀”層面主要回答構成物質的微觀粒子有哪些？它們有何區別和聯系？化學反應中微觀粒子的相互作用有何規律？物質都是由分子、原子、離子等微觀粒子構成的，原子可以結合成分子，也可以轉變為離子；原子是由帶正電荷的原子核和帶負電荷的核外電子構成的，兩者所帶的電量大小相等，電性相反，因而原子呈電中性。原子的質量極小，為了使用方便，常用相對原子質量表示原子的質量。化學反應的本質是原子的重新組合，原子是化學變化中的最小微觀粒子。由于化學反應前后，原子的種類、數目和質量不變，所以化學反應都遵循質量守恒定律。

“符號”層面主要回答如何用符號表征分子、原子和離子？如何用符號表征物質和化學變化？原子用元素符號表征，分子用分子式表征，離子用離子符號表征；原子的符號表征是分子或離子符號表征的基礎，三種微觀粒子的符號表征之間存在的聯系和區別見圖2。表征物質的化學式包括元素符號、分子式等。分子式可直接表示由分子構成的單質（ ）或化合物（ ?X_aY_b? ，元素符號可直接表示由原子構成的單質（X），但離子符號不能直接表示由離子構成的化合物，還需知道構成物質的離子（即 X^m+，Y^n-? 個數比。為了確定分子中的原子個數比、離子的電荷數目和電性、離子之間的個數比，需要使用元素（或原子團）的化合價。物質的化學變化常用化學方程式表征，書寫化學方程式，要以客觀事實為依據，符合質量守恒定律。化學式、化學方程式都有宏觀和微觀、定性和定量方面的含義（見圖3、圖4）。

定性1.表示一種物質，可能 3.表示構成該物質的1個還表示一種元素 微粒（分子或原子）2.知道物質是由什么元素 4.知道物質是由什么微粒組成的 構成的宏觀 化學式 微觀的含義5.計算元素質量比、元 6.知道物質中的原子個素質量分數 數比7.計算物質的相對分子定量 質量

定性1.反映一個客觀存在的 2.反映哪些分子、原子或離變化事實，通過它可 子等微粒在進行相互作用以很方便地知道反應 和轉化，通過它可以確定物、生成物和反應條 反應前后微粒的種類件宏觀 化學方程 微觀式的含義3.體現化學反應中的 4.體現微粒是按一定的數目各物質間存在定量 關系（即化學計量數之比）關系（即“化學計 相互作用的，各種變化的量數×相對分子質 微粒之間存在定量關系[10]量”之比） 定量

“宏微符相結合”層面主要回答如何建立宏觀、微觀、符號相結合的視角？基于這種視角如何去認識物質及其變化？化學符號能從微觀層面科學、簡明地表達宏觀物質及其變化規律，成為連接宏觀與微觀的橋梁。理解化學符號的宏微觀意義，是建立宏觀、微觀、符號相結合視角的關鍵。認識物質，可以從物質的組成、分類、性質、變化及應用等方面人手，物質的變化包括物理變化和化學變化等，認識物質的化學變化，又可以從反應類型、反應現象、反應規律等方面入手。課程標準在“物質的性質及應用”學習主題規定了初中階段要學習的重要物質有空氣、溶液、金屬礦物等混合物，有氧氣、二氧化碳、水、金屬、酸、堿、鹽等純凈物，從宏觀、微觀、符號相結合的視角認識物質及其變化，就是要以化學符號為橋梁，從分子、原子、離子視角認識這些宏觀物質的組成、性質及應用等方面的問題，認識這些宏觀物質發生的化學變化的類型、現象和規律等方面的內容。

2初中化學微粒觀的形成過程及評價指標

初中化學微粒觀是學生在學習和運用圖1的核心知識過程中逐步形成的。這些核心知識在教材中的編寫邏輯和呈現順序不同，學生微粒觀的形成過程也有所不同。梳理新滬教版教材9個教學單元涉及微粒觀形成的相關學習內容，可以把微粒觀的形成過程分為如下四個階段：

2.1第一階段：從分子、原子水平認識常見物質及簡單變化

這一階段，教材以空氣、氧氣、水和二氧化碳的性質及應用，元素、混合物與純凈物、單質與化合物，物理變化和化學變化等知識為載體，發展學生有關微觀粒子的知識有“分子、原子和離子的區別和聯系”“原子的構成”“相對原子（或分子）質量”等；發展學生有關化學符號的知識有“分子、原子和離子的符號”“化合價、化學式”等。該階段涉及微粒觀形成的相關學習內容和評價指標見表3。

表3“第一階段”的相關學習內容和評價指標

續表

2.2第二階段：從分子、原子水平認識化學反應本質及其規律

這一階段，教材以質量守恒定律等知識為載體，發展學生有關微觀粒子的知識有“化學反應前后原子的種類、數目和質量不變”等；發展學生有關化學符號的知識有“化學方程式”等。該階段涉及微粒觀形成的相關學習內容和評價指標見表4。

表4“第二階段”的相關學習內容和評價指標

2.3第三階段：從分子、離子視角認識溶液的特征及其性質

這一階段，教材以溶液為知識載體，發展學生基于分子、離子的視角，認識物質溶解和結晶的過程、溶液“均一、穩定”的特征、溶液的導電性等的思維方式。該階段涉及微粒觀形成的相關學習內容和評價指標見表5。

表5“第三階段”的相關學習內容和評價指標

2.4第四階段：從分子、原子、離子及其關聯視角認識物質及其變化

這一階段，教材以金屬、酸、堿、鹽的性質及應用，四大化學反應類型，化學與資源、能源、材料、環境、健康等知識為載體，發展學生基于分子、原子、離子及其關聯視角，認識酸、堿、鹽的組成和性質、四大化學反應類型的微觀本質、能源和材料應用、環境和健康問題等的思維方式。該階段涉及微粒觀形成的相關學習內容和評價指標見表6。

表6“第四階段”的相關學習內容和評價指標

續表

表3～6中的“說明”“解釋”“分析”“推理”等輸出性行為動詞涵蓋了“認知性學習目標”的不同水平，這表明不同學習階段，由于學習的化學課程內容不同，學生對微粒觀內容的認識層次、建構水平和應用能力都不同。概括而言，第一、二階段側重于建立認識物質及其變化的視角：微觀粒子、化學符號，且第一階段是第二階段的基礎；第三、四階段側重于形成“宏觀、微觀、符號”三重表征的化學思維方式來認識溶液及溶液體系內的變化，且第三階段是第四階段的基礎。故學生微粒觀的形成過程是一個由片面到全面、現象到本質、宏觀到微觀、感性到理性、表面理解到真正建構的螺旋上升的過程[1]

3初中化學微粒觀的教學實踐策略

3.1在直觀感知中發展微粒觀

微觀世界是抽象的。由于對微觀世界的認識，需要學生的想象力，需要生動、形象、直觀的載體，所以在教學實踐中，教師應結合學生的興趣和認知特點，采用直觀教學策略幫助他們建立從宏觀世界到微觀世界的橋梁，讓他們在直觀感知中認識構成物質的微觀粒子的存在、性質及相互作用。初中階段，常用的直觀教學策略有：（1）真實情境。如在“構成物質的微觀粒子\"教學時，可以創設“用壺燒水時，水燒開后壺蓋會上下跳動”“溫度計中的液柱隨溫度的改變上升或下降”“與陰天比，濕衣服在晴天更容易晾干”等真實生活情境，讓學生在真實情境中感知微觀粒子的存在和性質。（2）實驗探究。如在“常見的酸\"教學中，先進行如下實驗：向稀鹽酸中滴人幾滴紫色石蕊試液，溶液變紅，接著提出問題：稀鹽酸中的哪種微觀粒子使紫色石蕊試液變紅？再讓學生通過分析稀鹽酸中存在的微觀粒子，控制變量設計對比實驗方案，最后進行實驗并收集證據，得出結論。（3）模型建構。如錢海如[12提出教學中要盡量使用實物模型和動畫模型、著力構建概念模型和圖示模型、巧妙利用數學模型和過程模型來幫助學生完善微粒觀的建構。（4）角色扮演。如可以讓學生以“假如我是一個水分子”為題，撰寫一篇水分子的自述短文，或者創編一個情景劇劇本；在理解水的三態變化時，可以讓每個學生扮演1個水分子，教師帶領學生做游戲，用人群的狀態類比冰、水和水蒸氣三種不同狀態下水分子的分布狀態。

3.2在科學探究中深化微粒觀

課程標準規定：科學探究不僅是初中化學課程內容的重要部分，也是初中化學課程要培養的重要核心素養。在教學實踐中，聚焦微粒觀，開展實驗探究，讓學生經歷科學探究的一般過程，不僅是建構微粒觀的需要，也是落實課程目標的重要途徑。如在“中和反應”教學中，首先讓學生完成一組對比實驗并收集數據：（1）先在裝有 20g，10% 的氫氧化鈉溶液的燒杯中，放入一支 pH 傳感器，并將其與數據采集器、計算機相連；后向燒杯中逐漸滴加 30mL 蒸餾水，用計算機采集不同時段溶液的pH變化情況；（2）把“ 30mL 蒸餾水”換成“ 30mL ！ 7.3% 的稀鹽酸”，再次實驗，采集不同時段溶液的 pH 變化情況。然后讓學生解釋兩次實驗中溶液pH的變化原因，在學生認識到“滴加蒸餾水是因為氫氧化鈉的濃度減小”“滴加稀鹽酸是因為氫氧化鈉與稀鹽酸發生化學反應，導致氫氧化鈉逐漸消失”的基礎上，接著追問：如何從離子的角度來解釋兩次實驗中溶液 ΔpH 的變化情況呢？引導學生認識“滴加蒸餾水是因為溶液中 OH^- 的濃度減少且數目不變，導致溶液的堿性逐漸減弱但不會消失”“滴加稀鹽酸是因為溶液中的 OH^- 與 H⁺ 結合成 H₂O ，溶液中 OH^- 的數目減少而導致溶液的堿性逐漸消失”，學生從 OH^- 的視角分析涉及ΔNaOH 的物理變化和化學變化，深化了他們對微粒觀的認識。

3.3在問題解決中應用微粒觀

學生是否形成微粒觀，其標準之一是他們能否自主應用微粒觀來解釋與化學相關的現象和事實、解決與化學相關的實際問題。故在教學實踐中，教師應該積極創設真實問題情境，讓學生在問題解決中鞏固有關微粒觀的知識并使其結構化，同時修正微粒觀形成過程中的一些“相異構想”，提升他們對微粒觀的認識。如在“常見的化肥與使用\"教學中，首先創設如下真實問題情境：常州市金壇鹽礦是江蘇省四大鹽礦之一，其中氯化鈉的儲量在百億噸以上。開采食鹽的方法是先在地上鉆孔至鹽層，再把高壓水打進鹽層，便能得到飽和食鹽水。現有一座鄰于水田與河流的采鹽礦井，為了降低生產成本，企業用相鄰河水作為生產用水向地下灌注，卻發現得到的食鹽水中多了一種對后繼生產有害的雜質銨鹽；然后圍繞“微粒觀”的建構設計如下問題鏈：“銨鹽中一定含有什么離子？” $$ “為什么使用河水會產生雜質銨鹽？” $$ “你可以采用什么實驗方法來驗證食鹽水中存在銨鹽？” $$ “小明同學取用少量的鹽水樣品于試管中，再滴入足量的濃氫氧化鈉溶液，加熱后卻沒有聞到氨味。試分析原因。” $$ “小明同學補充怎樣的實驗步驟，便能檢出樣品中的銨鹽？”。學生基于離子視角認識銨鹽的組成、性質及其變化，對上述問題進行逐一分析、推理，在問題解決中實現了化學微粒觀的建構。

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