初中化学教材能量观建构方式的分析与启示*

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化学能量观是化学观念中的核心观念，是从能量角度对物质及其化学变化本质的深层次理解。尝试基于2011年版义务教育化学课程标准，将能量与物质、能量与化学反应建立起实质性联系。对2012年修订的三个版本教材能量观建构的方式进行分析、归纳，提出能量观建构的基本策略。

初中化学 课程标准 能量观 微粒观

《义务教育化学课程标准（2011年版）》（以下简称课标）明确指出，“义务教育阶段的化学教育，要激发学生学习化学的好奇心，引导学生认识物质世界的变化规律，形成化学的基本观念……”化学能量观是化学观念中的核心观念，需要经过螺旋式递进。2012年修订的三个版本[1-3]的化学教材在不同阶段都有安排，充分体现了学习的阶段性和层次性。要求教师把握好知识深广度，既要符合学生的认识规律和心理特征，又要层层递进，从定性到定量、事实到科学概念来认识并建立化学反应与能量之间的双向关系，引导学生建构适应层次的能量观[4-6]：（1）物质具有能量，不同物质或同种物质的不同状态所具有的能量不同。（2）化学反应过程中，不仅有物质变化，而且有能量变化，伴随化学反应的能量变化有不同的形式；化学能是能量的一种存在形式；能量是影响化学反应的重要因素，化学能与其他能量的相互转化以化学反应为基础和前提，能量不会创生和消亡，只是在转化的过程中有能量转化的效率问题，使能量有所损耗。（3）能源是社会发展的基础，能源的开发和利用离不开化学。（4）微观世界也存在着能量关系，表现为分子间、原子（离子）间、电子与原子核间的相互作用。

一、基于课标的视角，比较、分析三个版本教材能量观的呈现方式

课标中，每个二级主题都从“标准”和“活动与探究建议”两个维度，对化学学习内容进行了说明，还有可供选择的情境素材。其中，在“化学变化的基本特征”二级主题中明确指出：“知道物质发生化学变化时发生着能量的变化，认识通过化学反应实现能量转化的重要性”。笔者尝试基于课标，分析三个版本教材能量观呈现的基本视角（见表1）。

教材还以蜡烛燃烧为素材研究物质的性质和变化，能量观渗透在火焰温度的测定之中，若能在描述“发光、发热、火焰”等具体现象的基础上再提出更为深刻的问题――“为什么化学变化伴随有能量转化？”实验就不再局限于蜡烛燃烧的具体现象和产物的检验上了。使学生了解该反应是持续发生的自发反应，先反应释放的能量可引发后续反应，从而将化学的基本观念与化学过程的方法教育有机地联系起来[7]。

物质的化学变化包括了质的变化、量的变化与能量转化，从能量观的角度理解物质结构及其转化是化学的基本视角。教学过程中，要联系燃料的燃烧、中和反应、葡萄糖在体内氧化释放能量、生石灰与水反应放出的热量能“煮熟”鸡蛋、化学电池等日常现象作为情境素材，通过创设真实的问题情境和建构性的学习，帮助学生理解化学变化和能量变化的密切关系，培养学生学习化学的兴趣和能力。

二、初中化学能量观建构的基本策略

研究化学反应中的能量变化与研究化学反应合成物质同样重要。因此，教师要重视引导学生建构不同知识之间、理论与事实之间、新旧经验之间的有意义联系，在关注情境的选取与创设、问题的构思与引导、内容的组织与呈现、活动的设计与安排的交互过程中经过螺旋式递进，使学生初步认识化学反应中有能量变化，在燃烧和燃料的学习中得以强化，了解如何应用化学变化实现能量的转化和物质、资源的合理利用，形成和发展能量观。

1.借助实验表征建构能量观

借助实验表征，引导学生理解吸、放热除了对温度有影响，还会引起气体压强、体积、溶解度、物质状态等的变化。在不使用温度计的情况下，让学生用手感知，或通过合适的实验装置（如图1、2），借助实验现象，加深学生对化学能量观的理解。

还可以借助铁丝、镁条、氢气的燃烧、干电池和充电电池等实验探究，使学生宏观感知、理解化学体系是一种储能体系，化学反应伴随有能量变化，常见形式是化学能转化为热能、光能、电能，且电能与化学能可以相互转化。借助高锰酸钾加热制取氧气，水的电解，观察二氧化锰、硫酸铜溶液对过氧化氢分解反应的影响等实验，使学生了解有些化学反应需点燃、加热、高温、通电、催化剂等条件，如果没有这个条件反应就不能发生。从而有效调节和控制能量的储存和释放过程，促进或抑制化学反应，使化学反应向着有利的方向发展，明白反应条件对化学反应的重要作用，帮助学生建构能量观。

2.深化对燃料和燃烧的认识，发展能量观

教材中通过大量的事实证明：人类利用燃烧的主要目的是为了获取能源。煤、石油和天然气等化石燃料是当今世界上最重要的能源，资源的浪费主要表现在化石燃料的不充分燃烧上。因此，关于能源问题，一要让学生了解燃料燃烧反应释放能量，帮助学生研究怎样才能使燃料完全燃烧，提高燃烧的效率；二要让学生考虑燃烧的安全问题，学习怎样运用化学知识防火、灭火；三要讲燃料燃烧对环境的影响，怎样减少燃料燃烧时有害气体和烟尘的排放，减少对环境的污染；四要讲燃料的选择与清洁能源的开发利用，讲化学科学为开发清洁、高效的能源能做些什么[8]。利用核心概念的文字表达方式揭示有关燃料问题的化学学科本质（如图3）：

图3 燃料燃烧的文字表达式

设置问题组：（1）燃烧能为我们做什么？（2）选择燃料时应综合考虑的因素有哪些？（3）为什么有些物质可以作为燃料，有些则不能？（4）燃烧生成物为什么会对环境产生影响，有哪些对策？（5）物质在化学反应中的能量变化有什么规律？（6）化学反应中的能量变化对我们学习物质的物理性质和化学性质、物质的制备和选择反应条件有什么启示？怎样利用化学反应中的能量？

通过问题组的解决，借助可燃物与氧气发生的剧烈氧化反应，从化学反应热现象认识到通过化学反应可以获得能量，通过对燃烧概念的发展性理解，使学生了解燃烧是强化物质转化伴随有能量变化认识的重要内容，形成对化学反应中的能量变化初步的感性认识；通过对燃烧、缓慢氧化和爆炸发生条件的认识，初步感知可以通过改变反应发生的条件来影响化学反应。了解人类的一切活动都离不开能源，能源居于首位，能源的开发和利用离不开化学，认识化学在提高燃料的燃烧效率中的重要作用，从自我做起，节约能源，引导学生建构能量观。

3.借助微粒观，了解能量观的内涵

微观层面认识能量观，这部分内容既基于物理学习，又与微观世界联系，抽象程度很高，鲁教版以水为例，创设连续性问题情境：在水的状态变化时水分子的能量、运动速率、间隔怎样变化？在水天然循环的各个环节上水分子的能量如何变化？是怎样运动的？以分子或原子不断做无规则运动为切入点，推论出构成物质的微粒具有热能。溶解现象并非单纯的物理现象，其伴随的能量变化涉及微粒的运动和相互间的作用力。物质溶解于水的过程中发生了两种能量变化：溶质的分子（或离子）向水中扩散的吸收热量过程；溶质的分子（或离子）和水分子形成水合分子（或水合离子）的放出热量过程。溶质不同，这两种过程吸收或放出的热量不同，使溶液的温度发生不同的变化。

核外电子运动也是一种能量的反映。元素得失电子的能力取决于原子中电子的能量，元素原子的最外层电子处于较高能量状态，不稳定，原子间通过得失电子或共用电子对的方式成键，使体系能量降低，形成相对稳定的结构。学生形成核外电子运动的能量思维方式，从能量的角度研究物质及其转化的思维方法等[4]。因此，可把物质转化过程看作是诸存在物质内部的能量（化学能）转化为热能、光能等释放出来，或者是热能、光能等转化为物质内部能量（化学能）被储存起来的过程。在水的电解教学中，若能从微观视角解释为什么水需要通电，引导学生认识分子、原子在化学变化中的行为，深入了解原子的内部结构以及原子核外电子的分布及其在化学变化中的表现，那么学生对化学反应条件对化学反应的重要作用的认识会达到更高的水平[9]。

初中学生的能量观建构是一个不断深化、有机联系、螺旋式上升的结构化内容，随着对能量观认识的不断丰富和发展，将从微观表征对化学和能量关系本质加以构建，形成更合理、完整的能量观。因此，学生能量观的建构应该注重认识和理解的完整性，使学生对学科知识的理解更加本质化，自身的观念更加清晰化，实施以观念建构为本的课堂教学。

参考文献

[1] 王晶，郑长龙主编.全日制义务教育化学九年级上、下册.北京：人民教育出版社，2012.

[2] 王祖浩，王磊主编.全日制义务教育化学九年级上、下册.上海：上海教育出版社，2012.

[3] 毕华林，卢巍主编.全日制义务教育化学九年级上、下册.济南：山东教育出版社，2012.

[4] 梁永平.论化学学习中的能量观建构.化学教育，2008（8）.

[5] 姚远远，陈凯.初中化学教科书中能量观的建构.化学教育，2013（5）.

[6] 徐敏.中学化学“能量观”的构成要素及内涵.中学化学教学参考，2013（7）.

[7] 魏锐，如何由实验观察提出科学问题――以蜡烛燃烧为例，化学教育，2012（1）.

[8] 王祖浩，王磊.义务教育化学课程标准（2011年版）解读.北京：高等教育出版社，2012.

[9] 胡巢生.教材微粒观建构方式的分析与启示.化学教学，2013（8）.