初中生化学视角培养的教学实践与思考

周映梅 王国峥

摘要：培养学生从化学视角认识物质及其变化，是“高中课标”的“宏观辨识与微观探析”学科核心素养“落地”的具体体现。以“水的组成”教学为例，阐述了将化学视角的培养融入课堂教学的一些教学实践与体会。

关键词：化学视角;物质变化;水的组成;实践思考

文章编号：1008-0546（2020）11-0006-04 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.11.002

一、问题的提出

一个具有基本科学素养的社会公民应该具备从多视角观察和分析事物的能力，视角的形成及其品质依赖于在义务教育阶段所接受的基础教育内容与程度。《义务教育化学课程标准（2011年版）》（以下简称为“初中课标”）明确指出：“使学生从化学的角度初步认识物质世界，提高学生运用化学知识和科学方法分析、解决简单问题的能力，为学生的发展奠定必要的基础”。培养初中生从化学视角理解、认识、解释一些自然现象，不仅是化学课程的教学目标之一，也是贯彻落实《普通高中化学课程标准（2017年版）》（以下简称为“高中课标”）提出的“宏观辨识与微观探析”学科核心素养的重要举措。所谓“化学视角”，梁永平教授认为即是从原子、分子等微观水平理解宏观变化，解释宏观变化的能力。“初中课标”规定的5个主题内容之一“物质构成的奥秘”，与“高中课标”提出的“宏观辨识与微观探析”学科核心素养是一脉相承的，是培养学生基于微观视角认识物质及其宏观变化的一种独特的认知方式，是初中生形成“化学视角”的重要载体与主要教学内容。初中生的心理年龄特征表明了抽象思维还处于发展之中，仍然以形象思维为主，因此，从微观层面认识物质及其宏观变化成了初中化学教学的难点所在，也是初中生学习化学的第一个“分化点”所在。如何让初中生形成“化学视角”，善于从分子——原子的角度认识物质及其宏观变化呢？现以“身边的化学物质”教学主题中的“水的组成”为例，谈一些自身的教学实践与思考，以期与同行们共同探讨学科核心素养在义务教育阶段化学课程中的“落地”“落实”。

二、培养学生化学视角的教学实践

1.“水的组成”教学背景及教材分析

初中化学课程中所涉及的化学物质中，学生对水的感触最为深刻。它既不像空气、氧气、二氧化碳那样，虽一切动植物都离不开这些气体，也看不见摸不着、是游离不定;也不像溶液、金属等物质那样，虽经常触及、司空见惯，却又不甚了解。生命对于水的依赖，学生每时每刻都能深切感受得到。学生对于水的认识除了生活以外，还能从相邻学科的学习中略有所知，譬如：语文学科中“日出江花红胜火，春来江水绿如蓝”的诗句;物理学科从水的颜色、密度及三态变化的角度认识水;生物学科中的水在生物体运输营养、新陈代谢过程中所起的作用……等，均说明学生在学习“水的组成”之前对水已经形成一些前概念的认识，但这些知识是零散、浅层次的。帮助学生从化学视角认识水，从本质上掌握水的组成及其分解的微观变化，是这一节教学的重要内容与主要目标。

沪教版九年级化学教材在“水的组成”之前已经编排了氧气、二氧化碳等教学内容，学生对物质变化的概念有了宏观上的认识;经过第1章第3节“学习化学需要使用化学符号”的学习，头脑中初步有了“元素”的概念;还经历过研究碳酸氢铵、蜡烛、氧气、二氧化碳等物质性质及其宏观变化的一般探究过程，但缺乏从微观的视角认识物质及其变化的本质认识，还不能从微观层面上解释宏观变化现象。而“水的组成”正是引导学生“从化学视角、用化学的方法和思路来认识物质的组成、性质、用途和变化，体悟认识和研究物质性质的思维、方法和途径”，是第3章“物质构成的奥秘”主题教学的“序曲”，是学生建构“原子”“分子”概念的基石，学生对水的组成及其变化的认知与内化，将有助于学好“原子”“分子”“化合价”等抽象概念，实现化学学习第一个“分化点”的跨越。

2.教学活动及设计意图

环节一：创设情境，引入新课—一水还能再分吗？

师：水是我们身边最熟悉的物质，关于水，你已经知道哪些知识？

生A：水是无色无味的液体，水的密度为1g/cm³、1標准大气压下沸点为100°C;人体质量的70%左右是水;水是人体不可或缺的营养物质……

师：大家说得非常好，知道这么多关于水的知识及水在生活中的应用。这么熟悉的物质，古代先辈们又是怎么认为的呢？

生B：大干世界是由“金木水火土”组成的。

师：对了，古代先辈们认为水是组成世界物质的一种元素，其实不仅在古代的中国，西方先辈们也认为水是生命之源，希腊哲学家泰勒斯认为“万物由水生成”。古先辈们认为水是一种不可再分的元素，我们本节课的学习任务就是探究水是否可以再分？水是否为组成物质世界的一种元素？

设计意图：引导学生从多种角度观察水，提出水是否为一种元素、是否可分，与学生已有的前概念认识产生“认知冲突”，在原有认识水的视角的基础上，为学生提供一个新的视角——化学视角认识物质，激发学习兴趣，帮助学生建立物质观、微粒观，为培养化学视角提供可能。

环节二：思维碰撞，实验验证——如果你是科学家。

师：如果你是科学家，要证明水是否为组成物质世界的一种元素，你有什么思路？

生A：元素不可再分，如果证明水可以再分，就说明水不是一种元素，或证明水中含有其他元素。

师：如何证明水是否可以再分，或水中含有其他元素呢？

生B：给水一种很大的力，就像切水果那样，看它能不能分开。

师：如果把一滴水分成两滴水，就能说明水不是一种元素吗？

生C：不是，要看水是否能分成不是水的物质。

师：也就是要证明水能分解成新的物质？

设计意图：通过设问和追问，引导和启发学生像科学家那样去思考，从化学视角考虑水能不能再分、怎么分、分成什么样，是一滴水分成两滴水，还是分解生成新物质，从本质上思考这两种变化的不同，让学生从变化的视角认识物质，初步建构“变化观”。

师：大家都有用电水壶烧水的经验，电力已经足够强大了，水煮沸这个过程是什么变化？水分成其他物质了吗？

生A：水煮沸了但是水还是水，没有分成其他物质。

师：烧开水仅是给水提供热能，老师这里有一个装置，直接给水通电，看看有什么现象发生。

（教师指导学生电解水分组实验，学生描述实验现象，并验证两极气体。）

师：给水通电得到了氢气和氧气，我们把这个过程叫做水的电解。根据之前的学习，我们知道氢气和氧气分别是由什么元素组成的？

生B：氢气是由氢元素组成的，氧气是由氧元素组成的。

师：那水分解生成氢气和氧气，你觉得水中含有什么元素？为什么？

生c：根据在化学反应前后组成物质的元素种类不发生改变，所以水是由氢、氧两种元素组成的。

设计意图：从变化角度比较水的煮沸和水的电解两个过程，让学生用自己的语言描述其变化，尝试从化学视角观察物质变化。通过电解水实验，知道水在一定条件下可以发生化学变化，为研究水的组成提供化学视角和思路。通过水电解生成氢气、氧气，得出水由氢、氧元素组成的结论，培养学生基于证据推理的逻辑思维能力，初步建立元素观、守恒观，为化学视角的形成奠定基础。

环节三：模型建构，微观探析——“我是一个水分子”。

师：同学们通过刚刚的实验得出了水是由氢、氧两种元素组成的结论。那你们是否好奇水中氢元素和氧元素的量是怎样的，会不会有什么比例关系呢？刚刚我们做的实验中有一个数字很值得关注，几乎所有小组都得出氢气和氧氣的体积比为2：1，老师给大家一个信息：相同条件下气体的体积和分子个数成正比，基于此，你有什么想法？

生：氢气和氧气体积比为2：1，那么氢气微粒和氧气微粒的个数比也是2：1。（教师启发学生写出水的化学式）

师：观察水微粒的结构模型，可以想象，水在电解时其实就是水微粒中的氢、氧微粒互相分开，每两个氢微粒结合成一个氢气微粒，每两个氧微粒结合成一个氧气微粒。

（教师展示水分子结构模型，动手拆开水分子，再组合成氢分子、氧分子，给学生观看水电解的动画视频）

师：请同学们用自己的身体模拟一下水微粒的组成及分解，2只握成的拳头表示2个氢微粒，脑袋表示1个氧微粒，把2个拳头放在脑袋的两边，扮演一个水微粒。每2名同学为一组。

设计意图：通过展示分子结构模型、播放动画视频、学生用自己的身躯模拟扮演等方式，让学生“看得见”水分子和水电解的微观分解过程，引导学生用化学的眼光认识水，用化学的思维理解水发生的化学变化。通过这一环节的教学，当学生看见一杯水，不仅知道它是无色、无味的液体，还能“看见”氢元素、氧元素，还能感悟一滴水是由无数个水分子聚集在一起;也能“看见”水分子的分解及氢、氧原子的重新组合，由此初步建构“微粒观”“守恒观”和“元素观”。

环节四：历史回眸，另辟蹊径——还有其他方法吗？

师：同学们从分解物质的角度出发，通过电解水实验证明了水是由氢、氧元素组成的。是否还有其他方法能够证明水的组成？

师：法国化学家拉瓦锡在研究空气成分时，曾做过一个实验：在密闭容器中加热金属汞，得到了一种红色物质（氧化汞），同学们能分析出氧化汞的元素组成情况吗？

生A：金属汞放置在密闭容器中即为汞与空气中的氧气反应。汞是由汞元素组成的，氧气是由氧元素组成的，化学反应前后元素不变，所以，氧化汞是由氧元素和汞元素组成的。

师：反思这个实验你想到了什么，能否另辟蹊径，证明水的组成？

生B：如果有其他几种物质发生化学变化，合成水就可以证明水不是一种元素。

师：生成水会有什么现象？

生c：（回忆电解水实验中验证负极气体的现象）能看见小水珠……

师：根据化学反应前后物质元素种类不变，所以，由氢气燃烧生成水可以得出水是由氢、氧元素组成的结论。其实早在18世纪60年代，科学家卡文迪许和普利斯特里就分别根据氢气燃烧产生水而证实水不是一种不可再分的元素，后来拉瓦锡又通过电解水实验验证了水的元素组成。（教师演示氢气燃烧实验）

设计意图：通过拉瓦锡测定空气中氧气含量的这一经典实验启发学生从另一个角度来思考验证水组成的方法，认识到在一定条件下物质之间可以相互转化，并理解化合和分解是研究物质组成的两种重要方法，帮助学生逐步建立“转化观”。

三、教学思考

1.在观察生活的物质变化中培养化学视角

教师除了系统地传授学科知识，更需要有意识地引导学生用化学的视角联系生活、观察生活中的物质变化。例如，在学习“水的组成”之前，学生未曾从化学的视角思考过“水是否可以再分”“水是由什么组成的”，在教学中设计“水能不能分”“怎么分”“分成什么样”等“问题串”进行追问，帮助学生初步建立起“物质观”“元素观”和“变化观”，这些基本化学观念的建构为化学视角的形成提供了基础。再如，铁制品的生锈，是否能联想到构成铁的铁原子是在潮湿的环境下，与氧气分子发生了化学反应，如何才能有效防止铁制品的生锈，废弃的铁制品是否具有回收再利用的价值，铝制品为什么比铁制品的抗腐蚀性好……这些生活中的常见现象，蕴含了丰富的化学知识和思想，都可以有意识地从化学的视角引导学生关注，研究其变化，在激发并保护学生对自然现象好奇心的同时，鼓励他们调用脑海中的化学知识认识物质及其变化，形成一种思维习惯，学生一旦习得了这种化学视角和学科意识，对他们今后的学习和生活都能产生积极有益的影响与作用。

2.在与学生的思维互动中培养化学视角

化学视角的形成不是仅仅依靠识记化学原理或化学用语就能达成，而是需要教师在长期的教学过程中高质量地设计问题、巧妙引导和恰到好处地启发，与学生开展深层次的思维碰撞，把化学视角的培养融人到每一节课的教学之中，在潜移默化中让初中生获得这样的认知：世界上的物质都是由极其微小的微粒构成的，构成物质的微粒有分子、原子、离子等，物质发生化学变化的本质原因是分子的再分和原子的重组，化学反应前后元素守恒，元素是组成物质世界的基本单元。例如“水的组成”的教学，设计“根据水电解生成氢气和氧气这一现象，为什么就能得出水是由氢、氧元素组成的结论？”“能不能说水是由氢气、氧气组成的？”等问题，让学生经历疑问、反思、顿悟这一思考过程，认识到物质是由元素组成的;物质之间可以相互转化;化学变化前后物质组成元素不变、原子不变，变化的是构成物质的分子，能透过宏观现象看到其背后的微观本质。又如，观察到水电解和水蒸发两个实验现象时，脑海中能无意识地浮现出两个变化过程中微粒的变化之迥异，能清楚认识到“什么没变，什么变了、怎么变的”，逐步从化学的视角分析水电解和水蒸发的变化本质上的差异，建立“元素观”“守恒观”和“变化观”等学科观念。

3.化学视角的培养是一个循序渐进的过程

初中生化学视角的形成不是一蹴而就的，它是基于化学学科知识的习得和化学学科独特的认知方式和思维方式的形成，依赖教师的不断引导和学生越发自主地从化学视角看待问题的思维习惯，是一个循序渐进、登高自卑的过程。需要教师立足学科教学整体的高度，深度挖掘每一个知识点背后隐藏的教学资源，不择时机地在有限的课堂教学中，有意培养学生从化学视角认识物质的组成、性质、变化及其之间的联系。教师要帮助学生将知识和思维有机统一，将物质的宏观辨识与微观本质认识有机融合，在日积月累的学科教学养育和学科素养渗透中，逐渐提升从化学视角观察、理解物质世界及其变化的素养与能力。中考也许不会直接考问学生的化学视角，但从学生的可持续发展的维度说，培养学生善于从化学视角分析问题、解决问题，远远胜过一两个化学概念的记忆、一两条化学用语的默写、一两道化学试题的训练，这或许就是“渔”的效应，学生将终身受益，一辈子享用不尽。