基于微观分析与假设的“水的组成”探究教学

朱少祥

（花都区秀全外国语学校 广东 广州 510800）

教育部《义务教育化学课程标准（2011年版）》在“前言”部分指出：“化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质及其应用的一门基础自然科学，其特征是研究物质和创造物质。”因此，在初中化学教学中，教育学生用微观的视角对化学现象进行分析和解释，对物质的变化做出猜想和假设，应成为教师努力的方向。

如何操作？ 人教版教材修订两年来，笔者进行了积极探索，下面以“探究水的组成”课堂教学为例说明，以期抛砖引玉。

一、探究水的组成的课堂架构

探究水的组成是“水的组成”课题的一部分。在人教社《化学（九年级）上册》中，“水的组成”课题被安排在第四单元课题3， 该课题在上下单元以及前后课题之间都起着承前启后的作用。

探究水的组成包括氢气的验纯与燃烧、电解水实验、水分解的微观分析三部分。考虑到“氢气验纯”是中学阶段学生学习可燃性气体验纯的唯一素材，笔者将该部分内容处理成学生实验， 后移到第2 课时，与纯净物的分类一起学习。将“微观分析与假设”放在“氢气的燃烧”和“电解水实验”之间，以突出微观建构的核心地位。课堂由五个模块构成，基本架构见图1。

图1 “探究水的组成”课堂架构

以上设计，体现了“提出问题→实验求证→做出结论”的科学探究过程，凸显利用微观模型对宏观现象进行分析和假设的化学研究特色。

二、探究水的组成各模块的实施

1．“情景导入”模块：将学生的思维导向探究水的组成这一课堂主题

有效的课堂情景要蕴含学科问题，要有利于学生建立起认识脉络，并实现知识的迁移。在“情景导入”模块中，教师先投影相关实验图片，让学生回忆空气组成的测量、过滤操作的原理、蒸馏水（纯水）的制取，然后提出问题：“水是由哪些元素组成的？ ” 当学生轻松地做出回答后，教师接着追问：“你判断的依据是什么？ ”“如何用实验来证明？ ”当学生的注意力高度集中，头脑中有一丝想法却又无法回答清楚时，教师及时点题，进入新课。

以上情景，帮助学生将新课学习建立在已有认知的基础之上，并通过适时追问、反问，诱发学生的思维冲突，从而消除了学生因知识本身过于浅显而产生的懈怠情绪，起到了良好的课堂导入效果。

2．“水的生成”模块：重视氢气燃烧的认知脉络和实验的证据价值

对于学生来说， 氢气是一种既熟悉又陌生的物质。熟悉是因为大家都有儿时玩氢气球的经历，陌生则因为它“观无影，闻无味，寻无踪”。因此，必须通过必要的情景以过渡到氢气的燃烧实验。

教学中，教师先用氢气流吹肥皂泡，根据肥皂泡向上运动认识“轻（氢）气”；再用燃烧的木条引燃肥皂泡，说明氢气可燃后提出问题： 氢气燃烧的产物可能是什么？ 怎样用实验证明？ 学生在充分思考、设计和论证的基础上， 用冷而干燥的烧杯进行检验， 最后分析得出“水是由氢、氧两种元素组成”的结论。教学流程见图2。

图2 “水的生成”教学流程图

以上处理，较为清晰地体现了“生活常识→化学物质→性质探索→实验检验→做出结论” 的学习脉络，突出了化学学习的生活性和探究性。

3．“微观建构”模块：突出微观模型在探究水的组成中的分析与假设功能

模型化是初中化学微粒观教育的基本方法，是帮助学生建立微观想象的重要手段。本课时“微观建构”模块包括“微观分析”和“微观假设”两个环节，基本流程是：学生利用微观模型先对水的生成过程进行解释和分析，再将水分子拆分、重组，对水的分解产物做出猜想和假设，教学流程见图3。

图3 “微观建构”教学流程图

在“微观分析”环节，学生首先讨论氢气燃烧时导管口主要存在哪些分子， 其中哪些分子参加了反应；然后从教师提供的模型（含H2、O2、N2、H2O 分子）中，选择氢分子和氧分子， 模拟氢气燃烧的微观过程；最后，师生一起将上述过程简化、小结成“选择（选择参加反应的分子）→拆解 （将分子拆分成原子）→重组（将原子重组成新分子）”三个阶段（图4）。

图4 氢气燃烧微观模型图

在“微观假设”环节，学生利用微观模型将水分子拆分后，再尝试将氢原子和氧原子进行重组，猜想可能的产物，讨论如何证明，进而非常自然地转入“水的分解”模块的学习。

以上微观建构活动，既是上一单元分子、原子、元素知识的巩固和深化， 也是下一单元理解质量守恒、配平化学方程式的认知基础，而在课堂学习中则体现了从直观到抽象、从宏观到微观、从感性到理性的认知过程，突出了微观分析与假设在化学研究中的核心作用。

4．“水的分解”模块：体现“验证微观假设”和“探究水的组成”的双重功能

电解水是初中化学的典型实验，实验过程蕴含着有序观察、准确描述、定性与定量分析等丰富的学习素材，有赖于通过探究任务的驱动加以利用。

在“微观建构”模块通过微观模型对水的分解做出假设，论证了分解水的条件以及可能的产物的基础上，学生先认识电解水装置，接通电源，观察和描述现象： 两电极上产生大量气泡……负极端产生气泡多……气体在刻度管顶端聚集，水面逐渐下降……正负两极气体体积比约为1∶2； 然后根据原猜想设计气体检验方法并实验；最后论证原微观猜想的正确性。教学流程见图5。

图5 “水的分解”教学流程

这样， 学生带着证明微观猜想的任务开展实验，目的更加明确，思考性更强，体现了变教为诱、变学为思、以诱达思、促进发展的教学思想。

5．“课堂小结”模块：通过问题回应探究主题，强化微观想象

课堂小结是对当堂所学内容的梳理和归纳，目的在于突出学习重点，促进知识迁移。在“课堂小结”中，教师提出两个问题：

［问题1］在氢气燃烧和电解水实验中，哪些现象和事实能说明水是由氢、氧两种元素组成的？

［问题2］假如将你缩小成实验中的水分子，在这两个实验中你将看到发生了什么？

问题1 让学生从课堂探究主题的高度审视本节课所学习的内容，有利于对知识架构形成整体印象；问题2 则让学生变换视角，从原子、分子的微观层面，用自己的语言，描述微观的变化，培养了学生的想象能力。

因此，以微观分析和假设为核心的“水的组成”探究教学，教学过程不再是教材文本内容的简单复述和实验过程的照单呈现，课堂探究主题更加鲜明，也在一定程度上顺应了现代化学从原子、分子层面进行分析、设计与合成的研究趋势。

［1］中华人民共和国教育部．义务教育化学课程标准 ［M］．北京：北京师范大学出版社，2011，（1）：5－11

［2］人民教育出版社课程教材研究所化学课程教材研究开发中心．义务教育教科书化学（九年级上册）［M］．北京：人民教育出版社，2012，（5）：79－82

［3］朱少祥．初中化学“水的组成”教学文献综述［J］．中学化学教学参考，2014，（11）：68－71