构建物质微粒观 发展化学核心素养

靳辉

[摘   要]宏观辨识与微观探析能力是学生通过化学学习需要形成的重要化学核心素养，帮助学生初步建立起对物质的微粒性的认识，形成微粒观，是发展学生化学核心素养的重要途径。化学教学应从整体出发，依据学生已有的知识经验和认知发展水平，充分利用核心概念以及形成核心概念的典型微粒知识组织教学，通过直观手段帮助学生建立宏观和微观的联系，引导学生用微粒观解释宏观事实和现象，循序渐进地帮助学生建立和深化微粒观，促进学生化学核心素养不断发展。

[关键词]物质微粒观;化学教学;核心素养

[中图分类号]   G633.8        [文献标识码]   A        [文章编号]   1674-6058（2019）11-0058-02

当今社会，知识更新的速度越来越快，知识总量呈几何倍数增长，要发展学生的核心素养，必须超越具体知识本身，从记忆知识、掌握知识向思考事实、发展观念转变。我们生活的物质世界是由分子、原子等极其细小的微粒构成的，宏观辨识与微观探析能力是学生通过化学学习需要形成的重要化学核心素养，帮助学生初步建立起对物质的微粒性的认识，形成微粒观念，是发展学生化学核心素养的重要途径。

随着课改的不断深入，绝大多数化学教师逐渐认识到微粒观的构建在化学教学中的重要性，但很多教师对于学生微粒观的培养在理解上存在偏差，还处在让学生准确记忆微粒具体知识的浅层次上，认为有关微粒知识的大量堆积，就能使学生建立起微粒观。在这些错误理解的误导下，观念建构的过程被具体知识的反复记忆、重复训练所取代，学生对于化学学习的热情在降低，对于化学知识的理解浮于表面，核心素养的全面发展根本不能实现。微粒观是学生通过化学学习所获得的有关微观粒子的总观性认识，是学生主动运用微粒的有关思想方法认识身边的事物和处理问题的思维习惯和自觉意识。例如，一个具有微粒观的学生，当他看到雨过天晴之后路面上的水渍逐渐减少时，他对这个问题的思考不会仅停留在“蒸发”这个宏观层面，而是会自觉深入到物质的微观层面，认识到水分消失的过程实际上是水分子在外界能量改变时，通过分子运动脱离了路面。因此，只是简单地将微粒观的具体内容记住，学生不可能主动建立起微粒知识与身边事物的联系，不可能有效地形成微粒观。要想把具体知识上升到观念层次，就必须让学生对于知识的形成有深度的体验和感悟。

一、紧密联系学生已有知识经验和认知发展水平

学生在学习化学之前，对于微粒知识并不是完全空白的，因为我们生活在由微粒构成的物质世界，会经常碰到能反映物质存在及其性质的各种现象，而且学生通过媒体、书籍以及生物等学科的学习对微粒也有一些认识，但这些认识通常是模糊的、片面的，甚至是错误的。学生已有的感性认识是学生认识微粒和形成微粒观的起点，微粒观就是在这些感性认识的基础上经过不断修正、深化逐渐形成的。在教学中，我们最好能从学生身边的、熟悉的物质和现象入手，发现并唤醒學生的这些感性经验。比如，讲解“分子运动的速率与温度有关”这一结论时，与“湿衣服在温度较高的情况下干得比较快，在温度较低的情况下干得比较慢”这个生活常识建立联系，学生很快就会理解。

当学生感性经验不足时，我们还应精心选择一些典型的实例或方法来补充和丰富学生的经验。比如，学生都知道分子很小，但他们对小的认知一般处于“肉眼无法看到”这个层次，到底有多小他们并没有正确的认识。对此，我们可让学生通过计算一个水分子的质量、数计算结果中零的个数、读计算结果等三步来丰富学生的感性认识。这样，学生在经历了手算、眼观、口读等感性认知过程以后，对分子小的程度的认知会进一步加深，为形成微粒观、发展核心素养奠定基础。

二、重视核心概念对于微粒观构建的重要作用

微粒观不是无源之水，它是建立在深刻理解具体微粒知识的基础之上的。而核心概念则是架在化学基本观念和具体化学知识之间的桥梁，它以化学基本观念为指导，统领具体化学知识，以最精练的语言联系最多的化学知识和现象，并能结构化地联系这些知识和现象涉及的概念、原理。在初中阶段，学生微粒观的构建要经过从定性认识物质的微粒性到定量认识物质的微粒性两个螺旋上升的阶段，这两个阶段都有特定的核心概念来引领具体化学知识。定性认识物质的微粒性的核心概念是分子、原子，通过建立分子、原子的概念，学生认识到构成宏观物质的微粒自身具有一定的结构，并且初步理解粒子结构在发生变化时的行为表象;定量认识物质的微粒性的核心概念是化合价、质量守恒定律，通过学习化合价、质量守恒定律，学生学会从宏观和微观相结合的视角定量解释物质的化学变化。

例如，鲁教版教材从定性的角度展示微粒性，其建立分子、原子概念的过程分为如下几步：第一步，以常见的水分子作为范例，通过图示和文字等方式使学生认识到“水分子是客观存在的，现实中的水是由极其细小的大量水分子构成的，每个水分子也都有特定的结构”，目的在于利用先入为主的心理特点，让学生在化学学习之初就建立宏观和微观相结合的思维方式;第二步，学生对分子的认识由水分子扩大到“世界上的很多物质都是由分子构成的，而且这些分子具有体积微小、不断运动、有间隔等性质”;第三步，通过水的三态变化等具体事例让学生感受到物质在发生物理变化时构成物质的分子没有发生变化，只是分子自身的能量改变导致运动速率、分子的间隔和排列方式发生改变;第四步，通过水的电解和水的合成两个典型范例，引导学生感悟在化学变化中生成了新物质，分子发生了改变，分子的化学性质也随之改变，而原子没有改变。

由此可见，分子、原子概念的建立不是孤立的，而是在具体微粒知识的基础上逐渐推进、不断发展的。我们在教学中应充分关注不同阶段的核心概念在微粒观培养中的统领作用，选择合适的具体知识为载体，引导学生通过高水平的思维活动，逐渐形成微粒观，促进核心素养的发展。

三、运用直观手段建立宏观和微观的联系

宏观与微观的相互联系是化学学科与其他学科不同的思维方式。作为启蒙阶段的初中化学教育，应注重宏观与微观的相互联系，通过一些直观手段帮助学生在认识宏观世界和微观世界之间搭建起桥梁。

微观粒子不同于现实宏观物质，看不见也摸不着，学生很多时候需要想象才能深刻理解，类比等方式可以有效地帮助学生想象。比如，在“分子间有间隔”的教学中，我们一般都会演示水和酒精等体积混合的实验。虽然学生从宏观的实验现象能明显地感知到两种溶液混合后体积减小，但是要想让学生在“分子之间有间隔”和“体积减小”之间建立直接联系还存在一定的困难。我们可以用宏观物质类比微观粒子，将沙子加入到等体积的石子中去，所得的体积小于两物质体积之和。这样，学生就能很直观地看到沙子渗透到石子的间隔当中，然后再用类比的方法帮助学生建立联系，即水分子和酒精分子与沙子和石子类似，它们之间也存在一定的间隔，可以运动到彼此的间隔当中去，所以得到的体积比原来的体积之和要小。

有些微粒知识，只靠想象来掌握有一定的难度，而有时实验等方法又不能很好地解决问题或实验条件无法达到时，我们可以利用模型、动画、视频、手持技术等手段组织教学。这些可视化技术能将微观、抽象的问题变得形象、直观，有利于丰富学生的微观世界。比如，电解水实验中，能清晰观察到玻璃管内有气泡出现;用带火星的木条来检验正极，有氧气生成，用燃烧法来检验负极，有氢气生成;等等。而水分子分裂成氢原子和氧原子，氢原子和氧原子重新组合成新的分子的微观变化过程则是无法观察到的。这时，我们就可以在课本提供的模型的基础上，通过Flash等动画软件模拟水分子电解生成氢分子和氧分子的过程，或让学生自己动手拆解水分子的模型并组装成氢分子和氧分子。这样，可以使学生在观察到宏观实验现象的基础上感知化学变化的实质。

除此之外，初中化学教材配印了很多精美的插图和图表，它们以直观的展现方式帮助学生理解教材所叙述事物的形态及变化规律，补充了文字叙述的不足，使其内容表达更合理、更完善、更科学。我们应充分利用好教材中的插图辅助教学，加深学生对微观世界的理解。

四、引导学生用微粒觀解释宏观事实和现象

要想帮助学生构建微粒观，不仅要用科学规范的概念来引领学生对物质微粒性的认识，还应注意引导学生用微粒观对常见的生活现象和物质的性质进行科学的解释。在具体教学中，可以引导学生把观察物质宏观现象和性质同物质的微粒观结合起来，在宏观辨识与微观探析的不断交替中发展科学的物质微粒观。用微粒观解释宏观事实和现象，初中阶段通常包括以下三个方面：

第一，基于微观粒子的基本性质，从分子、 原子的角度去解释一些生活现象。例如，为什么你在客厅都能闻得到来自厨房的饭菜的香味呢？为什么湿衣服可以晾干，而且放在通风状况良好或阳光充足的地方干得更快？ 烧水时，为什么水开了会将壶盖顶开？变瘪的乒乓球放在热水中为什么会重新鼓起来？

第二，基于微观粒子如何构成物质的认识，解释物质的组成与分类。例如，如何用分子的观点解释纯净物和混合物的不同？水中为什么不含有氢气？为什么同一族的元素化学性质相似？为什么酸溶液能使紫色石蕊变红？为什么碳酸钠和碳酸钾化学性质相似却不相同？

第三，基于化学反应的微观认识，解释化学反应的行为表象。例如，化学反应前后为什么会质量相等？木炭为什么在氧气中比在空气中燃烧剧烈？中和反应及其复分解反应的微观实质是什么？化学反应中各物质为什么会按照一定的质量比例进行？

总之，物质微粒观的构建可增进学生对于化学学科特征和本质规律的认识，有助于学生宏观辨识与微观探析等核心素养的发展。因此，教师在教学中应从整体出发，依据学生已有的知识经验和认知发展水平，充分利用核心概念以及形成核心概念的典型微粒知识组织教学，通过直观手段帮助学生建立宏观和微观的联系，引导学生用微粒观解释宏观事实和现象，让学生亲身体验微粒知识的发现过程，体会微粒知识中所蕴含的思想和方法，感悟微粒知识的应用价值，循序渐进地帮助学生建立和深化微粒观，促进学生化学核心素养不断发展。

（责任编辑 罗   艳）