教材微粒观建构方式的分析与启示

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摘要：分析新课标鲁教版九年级《化学》第二单元的内容体系，发现教材从情境创设、活动设计、问题设置等多角度帮助学生构建微粒观，增强了学科知识的系统性，优化了核心知识的教与学。

关键词：化学教材；微粒观；核心知识；情景设置

文章编号：1005–6629（2013）8–0026–04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

宋心琦教授认为，中学化学教学能够使学生终身受益的，不是具体的化学专业知识，而是影响他们世界观、人生观和价值观的化学思想观念，不是诸如分类、实验、计算等特殊的方法和技能，而是影响他们思维方式和问题解决能力的具有化学特点的认识论和方法论。学生能否牢固地、准确地、哪怕只是定性地建立起基本的化学观念应当是中学化学教学的第一目标[1]。化学是在原子、分子的层面上研究物质的组成、结构、性质及其变化规律的科学，化学学科特征决定了贯穿中学化学课程教学始终的一项重要任务，就是培养中学生从微观角度思考宏观现象的思维习惯。

鲁教版九年级《化学》第二单元[2]是承载微粒观教育的主要内容：（1）物质是由极其微小的微粒构成的；（2）微粒是不断运动的；（3）微粒之间存在一定的间隔；（4）微粒之间存在相互作用。因此，本单元应达成以下重要教学目标为：认识到物质是由微粒构成的，知道微粒的基本特征以及几种微粒之间的关系，对原子内部要有基本的认识，基于这些微粒的认识体会物质的组成和分类，理解物质的物理性质、物理变化、化学性质和化学变化等概念的本质[3]。

1 基于课程标准视角对教材中微粒观建构思路的分析

义务教育化学课程标准（2011版）的每个主题从“内容标准”、“活动与探究建议”两个维度对学习内容加以说明。学生不仅要学习“标准”里规定的“所要达到的最基础的学习要求”，而且还要经历和体验“活动与探究建议”中所列出的活动。同时，课程标准也肯定了真实情境的价值。标准中有关微粒构成物质的内容[4]见表1：

教材作为课程标准的具体产物，全面落实课程标准的内容要求。帮助学生建立宏观、微观、符号三者结合的学习化学的三重表征思维方式，是本单元的一个重要发展目标，也是整个化学学科的重要发展目标[5]。从内容的编排体系来看，教材以微粒观为主线构建本单元核心知识，以水为素材，充分梳理学生已有知识经验，精选典型事实，设计了许多具有一定思维容量、适宜难度、合适梯度的有思考价值的问题或问题组，通过对问题不同层次、不同时机、不同方式的精心设计，驱动学生思维能力的发展。突出化学学科特色（实验探究、宏微结合思维、符号化表示方式），通过“水的三态变化”等活动和探究，落实课程标准中的“活动与探究建议”。

从观念的形成过程来看，从水的三态变化、水的天然循环到水的分解和合成的探究活动及其微观分析，通过对科学家研究原子结构历史的分析，进一步引导学生认识原子在化学变化中的行为，深入了解原子的内部结构、原子核外电子的分布及其在化学变化中的表现。有层次地引领学生深入了解微粒观，认识到微粒观的内容并不是完全并列的，而是由简单到复杂，由浅显到深奥，由低层次到高层次，不断深化提升的。教材构建了一个既充分整合、又有利于学生学习的“理论性知识与事实性知识穿插编排”的体系，实现了学科知识的逻辑顺序、学生的认知顺序和心理发展顺序的三序结合[6]，达成了核心知识的教与学和化学基本观念构建的和谐统一，使得教材充满思考性和对智慧的挑战。

2 教材微粒观建构方式的特色分析

基于对教材微粒观建构思路的分析，笔者从教材设置的典型事实、基本问题、情景与活动对核心概念、观念构建的达成等视角出发，总结出微粒观在本单元的构建体系（图1）：

教材注重创设真实而有意义的情境。有了精心设计的情境，化学教学才会圆润、丰满、光彩照人，才会有利于产生有效的学习，对培养和提高学生的科学素养具有重要意义。为促进学生自主建构微粒观，教材创设了许多类型丰富、真实而有意义的情境，既有学生熟悉的日常生活中的物品、现象、经验（水的三态变化、水的天然循环）以及化学史实（原子结构的发现史）等事实情境，也有引导学生动手、动脑的实验情境（水在直流电作用下的变化、氢气在空气中燃烧），还有一些极具启发性，能够激发学生的情感体验和充分联想的模拟联想情境（金、金刚石的实物图及其原子模型、氯化钠的形成过程）。这些情境要么贴近学生的生活实际，要么激发学生学习和探究的积极性，具有真实性、针对性和情感性的多重特点[7]。

教材也注重以问题为主线来创设激疑的化学学习情境和多种形式的探究活动。设计的问题产生于与真实的生活、生产素材相联系的情境中。例如，在学完分子是不断运动的、分子之间有间隔后，教材设计的“活动天地”描述水分子的运动：①水结冰和冰融化过程中，水分子的能量、运动速度、相互间的间隔是怎样变化的？②小丽根据自己的理解，对这些变化进行了如下描述：……你同意小丽的描述吗？③你有没有更好的方式描述水分子的这些变化？通过设置三个层次的问题组，实现对微粒观的巩固、模仿与迁移、发展，层层深化学生的微粒观，使学生获得从宏观与微观两个角度认识物质及其运动的特殊视角，巧妙地跨越存在于微观和宏观世界之间认识上的鸿沟，实现宏微结合的思维方式。

教材还注重探究活动的设计，并尽可能使其与情境具有相似性，或者是情境中活动的模拟，使教师不仅能从情境中提炼出引发学生思考的信息，而且能从情境中抽象出学生能完成的探究活动，这些活动将促进学生理解学习的内容，让学生认识到化学对实际生活的重要作用。例如，通过“水在直流电作用下的变化”和“氢气在空气中燃烧”两个科学探究，赋实验予直观、现实的意义，从微观的视角出发对水的分解和水的合成进行微观分析，发掘出分子、原子知识的生长点，认识分子和原子在化学变化中的行为，使学生初步认识到原子是构成一切物质的基本成分，不随物质种类的变化而变化，形成化学变化是有条件且伴随着能量变化的认识，引领学生探究物质的构成、组成及变化之秘，初步形成从微粒的观点看物质和物质的变化的基本观念。

这种设计，注重科学性与人文性、生活世界与科学世界、学习结果与探究过程的统一。充分调动学生参与学习的积极性，使学生在获得知识技能的同时，学会学习并形成正确的价值观，促进学生的全面和谐发展[8]。

3 有策略地帮助学生搭建从宏观到微观的桥梁

教学中如何充分体现宏微结合思维直接影响到学生的学习效果。应把培养学生形成科学的微粒观作为该单元总的教学目标，并根据每一节课的教学内容确定具体的、有一定层次和梯度的课时目标，通过实物的观察、联想、猜测、数据、动手操作、模型、示意图等信息和活动，实现宏微结合。

3.1 创设真实、生动、激疑的情境，实现宏微结合

情境的价值在于“学”，基于真实情境的化学学习，使学生产生很多美好的情感，体会化学研究、解决问题的方法。根据教学目标、单元内容、学生经验，选择反映化学的特征、真实、生动、直观而又富于启迪性的素材引入学习主题，可以有针对性地引导学生发现问题。

教学中应创设丰富多彩的宏观现象来启发学生的微观思维。与微观有紧密联系的宏观现象非常多，关键是要选取在学生生活中最常见又最有启发意义的事例。还要用好这些情境和素材，更多地尊重学生的最初理解，让学生把自己对这些现象的理解表述出来，尽可能让学生自己去反思和领悟，得出结论。例如，①盛放在敞口容器中的水，在常温下会逐渐减少，如果受热会减少得更快。②把一个有些瘪的兵乓球放入热水中，会慢慢鼓起来。③用壶烧水时，水烧开后壶盖会上下跳动。④物质的三态变化与体积变化的关系……

微观知识抽象，纯理论的教学使学生更难理解，要帮助学生真正从宏观步入微观，形成从微观的角度认识物质世界的视角，确实是一个难点。教学过程中，应立足于学生已有的生活经验，适当补充实验，再辅以演示、分组实验，帮助学生更好地理解微观知识，进而理解宏观现象，有效地提升学生的科学素养。例如，在电解水实验中，首先让学生观察水电解过程中水的变化和完全相同的两试管中氢气和氧气的体积变化，观察到水位逐渐下降，生成氢气、氧气的体积比近似为2：1，得出反应符号表达式（宏观+符号表征）。水由水分子构成，一个水分子由两个氢原子和一个氧原子构成；一个水分子电解生成两个氢原子和一个氧原子，每两个氢（氧）原子结合生成一个氢（氧）分子，氢（氧）分子构成氢（氧）气。所以，氢气和氧气的体积比为2：1（微观表征）。引领学生进行深层思维，将物质的三重表征方式结合起来[9]。

3.2 设置有层次的问题组，实现宏微结合

通过设计驱动性的问题，即具有一定深度和难度、学生仅凭已有的知识又不能完全解决的问题，用组合、铺垫或设台阶等方法来降低问题的难度，设计成问题组，驱动学生用相关的微粒知识正确解释宏观现象，使其原有的微粒观在应用中得到巩固和发展。

问题组1：①为什么没看到花却能闻到花香？②为什么将蔗糖放到水中，一会儿蔗糖不见了，整杯水却变甜了？③为什么温度计中的液柱随温度的改变上升或下降？从中能得出微粒的哪些特点呢？

问题组2：①结合金刚石、干冰、金、氯化钠实物及构成微粒的图片，说出这些物质是由什么微粒构成的？②这些微粒有什么联系和区别？

问题组3：①水蒸发和电解水两种变化的本质有什么不同？你认为这两个过程什么变了，什么没变？怎么变的？②纯净的氢气在空气中可以安静地燃烧，混有空气的氢气点燃时易发生爆炸。你能从微观上解释上述现象的原因吗？

问题组1通过对给出的简单事实、现象进行分析，让学生在感受微粒不断运动、微粒之间有间隙且随温度变化而变化，使学生认识到微观粒子的存在；问题组2通过观察实物及构成微粒的图片，使学生得出构成物质的微粒有分子、原子和离子，体会微粒观；问题组3通过两个实验事实的微观分析，使学生能透过现象看本质，从而应用微粒观，如控制某些化学变化。三组问题使学生在宏观认识积累和微观理解的不断交替中发展微粒观，完成分子特征的归纳和提升，初步树立微粒观。

3.3 利用模型、模拟等多种资源，实现宏微结合

对微观世界的认识需要依靠学生的想象力，需要生动、形象、直观的载体。应关注学生的兴趣和认知规律，恰当地利用图片、资料、模型、flash 动画演示等多种资源，使微观构成形象化，为学生形成正确的理解提供证据支持。但同时要注意引导学生认识到：模型毕竟是模型，它是宏观的，只是对微观事物的一种直观的、形象化的表述，它不是微观事物本身。

例如，借助扫描隧道电子显微镜拍摄出的分子图片或微观世界的样子；通过观察金刚石、石墨的球棍模型（注意说明“棍”表示原子之间的相互作用），说明原子的排列方式不同，原子之间的间隔大小不同；利用计算机技术模拟分子、原子等微观粒子的微观结构，用立体的、动态的方式模拟水电解生成氢气和氧气的过程中微粒间的转化过程，感受微粒的真实存在。使抽象的东西形象化，使静态的理论动态化。当然，这些资源也可以是理论上的研究成果或研究结论，但必须尊重化学概念体现的直观性、关联性和发展性以及促进学生认知规律螺旋上升的特点。

总之，化学学科的思想观念是化学学科的灵魂，是人类在化学漫长的发展过程中逐步积累而成的关于物质的结构、物质的性质、化学反应及实际应用的价值判断。无论在化学科学研究的场合，还是在理解和学习化学的课堂上，这种价值判断演化为一种观念，运用化学基本观念往往能化繁为简、成功导向问题的解决，使学生获得知识、观念、思维、能力等共同发展，将知识转化为智慧[10]。

参考文献：

[1]王磊等.观念建构为本的化学教学设计研究[J].化学教育，2008，（6）：7～12.

[2]毕华林，卢巍.全日制义务教育化学上册[M].济南：山东教育出版社，2012：22～44.

[3]辛本春.中学生化学基本观念培养的研究[D].济南：山东师范大学硕士学位论文，2008：88，141

[4]中华人民共和国教育部制定.义务教育化学课程标准[M].北京：北京师范大学出版社，2012：24.

[5][6]胡久华，王磊.初中化学教学策略[M].北京：北京师范大学出版社，2012：52～62.

[7][9]卢巍.卢巍论化学智慧教学[M].济南：山东教育出版社，2010：133～141.

[8][10]毕华林.走向生本的教科书设计：中学化学教科书设计的理论与实践[M].济南：山东教育出版社，2006：142～151，191～199.