初中生化学微粒观念形成的教学策略

杨素红　陆丽萍

摘 要：微粒观是化学基本观念之一，对学生学习化学知识和培养化学思维具有重要的意义。本文阐述了微粒观的内涵以及初中生发展微粒观的现状，并结合人教版教材和教学实践活动举例谈谈发展初中生化学微粒观的教学策略。

关键词：初中生 微粒观 教学策略

化学是在分子原子层次上研究物质的组成、结构、性质和变化规律的科学，因此微观与宏观的联系是化学不同于其他科学最特征的思维方式。建立对微观世界的想象力是初中化学教学不同于其他课程的特点，也是其他课程不能代替的，所以培养学生的微粒观是初中化学教学中的重点和难点之一。[1]

引言

1.微粒观的内涵

化学的微粒观是基于物理的微观论而产生的，即物质的物理构成，最初其主要包括以下内容：物质都是由分子、原子等基本微粒构成的；微粒很小；微粒是永不停息的运动的；微粒间有间隙；微粒间存在着相互作用等。[2]

随着化学工作者的深入研究，化学的微粒观也在不断发展更新。现在普遍认为，化学的微粒观的具体内容有：物质是由原子、分子、离子等层次的微粒构成的；构成物质的微粒很小很小；构成物质的微粒是运动的，微粒之间是有间隔的，且存在着相互作用；在化学反应中分子发生变化，而原子不变；原子间通过化学键结合成分子。初中教材中没有明确给出化学键的说法，而是以原子间存在相互作用从而形成分子或离子来降低学生学习的难度。除此以外，微粒观包含的其它观点都需在初中化学教学中来形成。[3]

2.微粒观在化学学习中的重要意义

微粒观是对化学基本知识的认知观念，这种观念不是具体某一面或者某一个点的化学知识，它是人们基于化学知识的了解和渗透，而对化学知识产生的一种认知的思维构成。对于初中学生而言，如果能深刻理解化学知识所包含的微粒的观念，有助于今后对化学知识的学习，同时能提高学生的化学思维方式和思维空间的扩展，从而提高学生的化学素质以及对学生对世界的认知思想有相当重要的作用。[4]

3.初中生形成微粒观的现状

由于现代科学技术的发展，人们可以轻而易举地通过电子仪器设备观察到微观世界的活动。化学工作者将观察到的微观粒子及其变化制作成图片、动画等多媒体素材直接呈现给初中生，在一定程度上大大降低了学生理解和想象的难度；同时初中生有着对陌生事物强烈的好奇心和探求欲望，有悖于常理形态的东西能够深深吸引住他们，急于了解其中的“内幕”；对微观世界的认识拥有较高的兴趣。[5]

但是初中生因为空间想象能力和抽象思维能力还不够成熟，在微粒观的形成过程中存在一定的困难。康波在《初中化學教学中学生微粒观的现状调查与分析》的研究中发现，初中生在微粒观的形成过程中有以下两个障碍：一是不易完全分清宏观和微观之间的区别和联系，比如元素和原子之间的关系，物质扩散和分子不断运动之间的关系；二是初中所涉及到的元素化合物知识有限，所以对于微粒之间的作用缺少更多的感性认识。[6]

一、促进“微粒观” 形成的教学策略

对学生来讲，初中化学“微粒观”的形成是一个从无到有、循序渐进的建构过程：从形成物质构成的“微粒性”开始，发展至会从“微粒的观点”来解释物质物理变化和化学变化的成因，然后至认识物质性质异同是因为“微观上粒子结构”的异同等。因此教学中要依据初中学生的认知水平，把握初中化学“微粒观”教学内容的层次性和阶段性；重视通过化学模型、实证研究、多媒体动画演示等有效方式促进“微粒观”的建构。

1.类比策略

（1）用宏观物体类比微观粒子来突破学生感知的困境

成为化学基础的原子和分子是如此之小，用肉眼直接看是看不见的，即使借助于实验室里的光学显微镜仍然无法观察。因此教材中利用学生可感知的宏观物体类比微观粒子来突破学生感知的困境。

“原子的体积很小。如果将一个原子跟一个乒乓球相比，就相当于将一个乒乓球跟地球相比（如图1）。”

学生没有见过原子，想象不出原子到底有多小；可是学生见过乒乓球，脑海里有乒乓球大小的形象（直径40mm），学生也没见过地球的全貌，但能体会到地球的“大”。以乒乓球和地球比大小来类比原子和乒乓球比大小，让学生发出一阵惊叹：“原子真小啊！”

原子已经很小了，仍然能够分割为原子核和电子。那么原子核有多小呢？教材中有这么一段文字：“与原子相比，原子核的体积更小，如果把原子比作一个体育场，那么原子核只相当于体育场中的一只蚂蚁。”体育场和蚂蚁两者学生都见过，教师不用多说，学生也能想象出原子核的小。

（2）巧用日常游戏类比分子的形成来降低学生理解的难度

搭积木和手拉手是学生在幼年时常玩的游戏，将其与分子的形成巧妙地连接起来，着实能降低学生理解分子形成的难度。“对于初学者来说，把分子的构建过程设想为类似于积木搭接的过程，可能更容易从中体会到化学的思维方法，并感受到其中无限的乐趣。

“有机高分子化合物大部分是由有机小分子化合物聚合而成的。聚乙烯分子是由成千上万个乙烯分子聚合而成的高分子化合物。”初三的学生阅读这段文字并不能在脑海中勾画出聚乙烯分子的模型，教材中使用儿童手拉手的游戏来类比乙烯分子聚合成聚乙烯分子（如图2），非常形象有趣。

微粒是怎样构成物质的呢？对于化学初学者来说，用化学语言来解释他们是听不懂的，况且也不是一两句就能解释清楚的。教材编写者用类比的方法，配上优美的文字，化解了这个难题。“品种繁多的材料，五彩缤纷的花朵、璀璨夺目的宝石和维持生命活动的食品等，不过是不同种类、不同数量元素的原子按照特定方式搭接而成的。就像浩如烟海的英语单词是由26个字母所组成，造型奇特的建筑物的基本材料不外乎砖、木、灰、石、钢材、铝材、玻璃、塑料等那样。”

2.实验实证策略

在初中化学启蒙教学中，让学生认识到分子的存在和性质是教学的重点和难点。人教版设计了以下“可视化”实验来认识分子的运动、分子间的间隔。

实验1：向盛有水的小烧杯中加入少量品红，静置，观察发生的现象。

此实验设计的目的是通过观察宏观现象（品红向水中扩散）来感知微粒（品红分子）运动。

实验2：氨在空气中的扩散

向盛有约40mL蒸馏水的烧杯中加入5～6滴酚酞溶液，搅拌均匀，观察溶液的颜色。

（1）取少量上述溶液置于试管中，向其中慢慢滴加浓氨水，观察溶液颜色有什么变化。

（2）将装有酚酞溶液的烧杯标记为A，另取一个烧杯标记为B，在B中加入约5mL浓氨水。用一个大烧杯罩住A、B两个小烧杯（如图3），观察几分钟，有什么现象发生？这一现象说明了什么？

实验3：自动吹气球

为帮助学生感知分子间的间隔，我们设计如下趣味实验-----吹气球：取干冰于气球中，封闭气球口，气球自动鼓起，通过实验，激起初中学生的兴趣，由此激发学生的思维，通过感受感知到微粒间是有间隔的，继而理解宏观上物质的三态变化。

在实证探究过程中，学生通过动手实验，观察到宏观现象，提升了，逐步形成、建构物质的“微粒观”。过程中不仅激发了学习兴趣，培养了实验技能，而且充分体验到实验是科学探究的重要

手段。

3.表征策略

表征是认知心理学的一个术语，通俗地讲就是将某一问题采用合适的形式在头脑中呈现出来。在实际教学中，一张恰到好处的图示或模型给学生的帮助可能远远胜于教师千言万语的讲解，往往能收到事半功倍的效果。在人教版的教材中，教材编写者考虑到学生的年龄特征和认知规律，运用大量的图片，形象地揭示了一些概念的内涵，同时还将微观过程显性化，富有直观性、趣味性和指导性，对学生的学习起到启发和点拨的作用。

（1）图像——帮助学生真正“走进”微观世界

科学家用最先进的扫描隧道显微镜拍摄到的苯分子和硅原子的照片，呈现了物质的内部结构，使学生对分子、原子的真实性确信不疑。通过分析移走硅原子构成的文字，还能发现原子和原子之间是有间隙的。

为了培养学生树立“物质的结构决定物质的性质”的观点，教材插入了金刚石的结构（图6）和石墨的结构（图7），帮助学生直观地认识“由于碳原子的排列方式不同导致金刚石和石墨的物理性质有很大的差异”。

（2）模型图——帮助学生认识分子的构成

分子是由原子构成的，在学习了原子和分子的关系之后，利用实验模型，让学生制作分子结构模型（比例模型或球棍模型）小组间进行展示，如下图8等，帮助学生理解不同物质是由不同分子构成的。

学习中，利用模型认识物质微观粒子分子的同时，运用符号表征，例如氧分子—O2、氢分子—H2、二氧化碳分子—CO2、氨分子—NH3，运用“宏观-微观-符号”三重表征的思维方法进行微粒的学习，帮助学生理解原子和分子之间的关系，进一步理解分子的含义，更助于帮助学生建构“物质的微粒性”。

（3）示意圖——帮助学生认知微观粒子的动态变化

微观世界的粒子不是静置的，而是不断变化的。分子在不断地运动，原子也在不断地运动，构成原子的质子、中子、电子也在不断地运动。教材中插入了原子的构成示意图、核外电子分层排布示意图、原子结构示意图来描述原子中各粒子的运动。

化学变化中微粒的变化是学生学习的难点。运用微粒变化示意图能较好地解决这个问题。综观人教版教材上下册，均有机地插入了很多变化图示：水分子分解示意图、氧化汞分子分解示意图、氢气与氯气反应的示意图以及盐酸和氢氧化钠反应的水中解离图（图9）和二者的反应示意微观（图10）等，教师要指导学生从原子、分子的角度来分析这些化学变化，理解化学反应的微观实质。

（4）概念图——帮助学生建立微粒间的联系

在学习物质构成的奥秘过程中，学生在很短的时间内认识了大量的微粒，如分子、原子、离子、原子核、质子、中子、电子等。对于初中生来说，要辨析这些微粒间的关系是很困难的，用文字来描述易使学生混沌和困惑，此时以概念图的方式将这些微观粒子联系起来，引导学生分析、比较综合，有利于学生掌握这些粒子的相互联系和区别。

在人教版“课题2 原子的构成”教学中，我们也尝试通过学生自主探究用概念图对“原子的构成”进行描述。学生通过自主图式建构和交流展示的合作学习，加深了对该知识的认知。

4.应用策略

康波从微粒观的四个方面（构成观、间隙观、运动观、作用观）展开调查和访谈发现，初中生对于微粒观的认知在很大程度上处于简单记忆的层面，不能够将所了解到的微粒观的观点应用到实际问题的解决过程中去。教师要从学生已有的经验出发，创设合适的问题情景，发展学生的化学微粒观。

山东师范大学毕华林教授将化学学习分为三种水平：宏观的、微观的、符号的。宏观物质以及宏观现象是学生认知的第一阶段，运用微粒观分析宏观物质以及现象是化学学习的第二阶段。在人教版上册“第三单元 物质构成的奥秘 课题1 分子和原子”的教学中，教师从生活和已有化学学习基础的学习中提炼出以下问题：

为什么墙内开花墙外可嗅到花香？

湿衣服在阳光下和通风处比在阴凉、背风处易于晾干。

混合物和纯净物有什么不同？

从分子、原子的角度阐述氧化汞受热分解的变化。

指导学生从微粒的角度来解释上述问题，培养学生从微粒的观点来看待物质，研究物质的变化，逐步发展学生的微观学习水平。

结语

微粒观是中学生学习化学必须树立的八大基本观念之一，是化学认知思维的构成之一。教师在教学中要找准学生的认知起点，发展的关键点，多种教学策略综合运用，才能达到理想的落点。 实践证明，采用类比的策略能有效激发学生的学习兴趣，实证实验的策略能充分满足学生探究的欲望，多种图示表征策略则让学生的思维图示化，微观显性化，零散知识系统化，应用策略则能使学生产生一种很强的参与感，从知识到技能，是学习的升华。

参考文献

[1]张永芳.初中化学教学中培养学生化学基本观念的研究[D].山东师范大学，2009

[2]黄 琼.中学化学教学中学生物质微粒观的培养[D].山东师范大学，2009

[3]辛本春.中学生化学基本观念培养的研究[D].山东师范大学，2008

[4]康 波.初中化学教学中学生微粒观的现状调查与分析[D] .东北师范大学，2010

[5]化学课程教材研究开发中心.义务教育教科书（化学）[M] .人民教育出版社，2012

[6]卓高峰 魏樟庆.高中化学新课程“微粒观”的建构与教学策略.化学教学参考2016.7