用乐队在球场的演奏场景类比学习“分子的性质”

黄海彬 窦宁慧

摘要：基于化学学科核心素养理念，用音乐为桥梁，以学生熟悉的乐队演奏场景，类比学习分子的性质以及分子运动理论。

关键词：音乐：化学核心素养：分子

文章编号：1008-0546（2022）12-0075-03

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2022.12.019

《义务教育化学课程标准（2022年版）》要求通过义务教育阶段的化学课程学习，让学生“形成一些最基本的化学概念，初步认识物质的微观构成”。帮助学生建立“物质是由微粒构成的和微粒的特征”的微粒观是初中化学教学的一个难点。

一、教学现状分析

微观粒子看不见、摸不着，学生又缺乏对它们的直接经验，由此造成了对分子、原子等化学概念的构建困难。[1]为了帮助学生更为直观地认识分子的性质，很多中学化学教师设计出一系列的化学实验来帮助学生了解微观粒子的运动特点，微观粒子之间的作用力等，希望藉此尽量避免机械式、死记硬背式的化学教学。

我们知道，实验教学侧重于培养学生的视觉空间智能、身体运动智能、自然观察智能以及人际交往智能，然而每个学生的优势智能是不同的，教师应根据学生的现阶段的智力特点和身心发展特点去拓宽教学的方法，进行教学时可以用学生擅长的智能去带动学生不擅长的智能发展。[2]初中生的形象思维能力好，不太擅长抽象思维，笔者尝试使用音乐作为促进化学学习的手段，通过类比的方法架起音乐和化学之间的桥梁。

笔者查阅文献发现之前也有尝试将化学和音乐学科联系的设计，但基本都是采用将化学知识编排成乐曲进行吟唱的方式，联系方式比较单一，[3]也不够深入学科本质。由此，笔者尝试了另一种联系方式。

二、教学设计的思路和创新

本节课通过类比的方法，将乐队比作宏观物质，组成乐队中的乐手比作构成宏观物质的微观粒子，[4]创设一系列情景，引导学生分析微观粒子的性质，帮助学生逐渐建构物态变化与分子运动论的关系，帮助学生摆脱对实验现象仅仅只能描述、记忆，缺乏对其微观本质的理解的困境。

三、教学片段

【教师】播放足球场中有一个乐队正在演奏的视频（用直升飞机在高空进行拍摄）。

【教师】同学们，如果我们将乐队比做宏观物质，请问构成这个乐队的乐手们可以类比为什么呢？

【学生】构成宏观物质的分子、原子。

【教师】当我们用肉眼从较远距离看体育场时，我们能否看到乐手们之间有空隙呢？

【学生】不能。

【教师】没错，我们看到的是乐手们紧密地挨在一起（播放图1）。但如果直升机上的摄影师将镜头拉近呢？（播放图2）。

【学生】能看出乐手之间的距离。

【教师】我们将乐手想象成构成物质的分子，由于分子的质量和体积很小，就像远距离看乐手非常小，所以看不出他们之间有间隙。直升机上的摄影师可以将摄像机镜头拉近从而看清乐手，那同学们有什么办法能看清微小的分子呢？

【学生】可以用显微镜。

【教师】同学们的想法很好。构成物质的微观粒子比乐队的乐手要小得多，它们会连续振动，随机移动，经常发生碰撞，尤其构成气体的微观粒子，运动速度很快，扫描隧道显微镜可以利用微观粒子表面的凹凸不平，显现出分子、原子的样子。

设计意图：我们将构成物质的微观粒子和在足球场表演的乐队进行类比（见表1），这个类比是想帮助学生理解，物质看起来聚集在一起，没有空隙，但是实际上经过放大后，构成它们的微观粒子之间有较大的间隙。

【教师】同学们都知道物质有三态的变化，固态、液态和气态。构成不同状态的物质的分子或原子之间间隙大小相同吗？不同状态的物质的分子或原子又是如何运动的呢？

【教师】播放理查德克莱德曼的钢琴曲《星空》节选，让学生感受节奏的由快到慢。

我们想象三个场景：第一个场景（播放图3），乐队的乐手们站得很近，在原地踏步时缓慢地演奏《星空》。第二个场景（播放图4），乐手们稍微加快演奏的速度来演奏相同的音乐，并进行适当的编排舞蹈表演，活动面积和第一个场景差不多大。第三个场景是乐手们分散在足球场中（播放图5），他们之间有很大的距离，演奏的还是相同的音乐，但是节奏比前两个场景更快了，并且随着音乐随机移动。他们很难靠在一起，高能地、自由地在足球場中运动。

同学们能想象出这三个场景分别对应着哪三种状态的粒子吗？它们分别有哪些特点呢？

【学生】学生甲：第一个场景代表的是构成固体的粒子，粒子之间的间隙比较小，运动得也比较慢，在同一个位置上运动。

学生乙：第二个场景代表的是构成液体的粒子，粒子之间的间隙比固体大一些，运动速率比固体分子更快一些，并做一定的移动。

学生丙：第三个场景代表的是构成气体的粒子，粒子之间的间隙很大，运动速率非常快，可以自由运动。

【教师】与乐手们的演奏场景相类比，同学们能想象出构成不同状态物质的粒子运动方式。实际上，物质三态的相互转化只是分子之间的距离发生了变化，分子在固态只能振动，不能移动，这也是为什么固体有一定的形状和体积。而液体分子在平衡位置振动得比固体分子振动得更剧烈，不仅如此，它还可以相对其他分子做移动，因此液体有一定体积而没有形状。气体分子可以自由地、高速地运动（播放一段《野蜂狂舞》），因此它们之间也会发生频繁的碰撞，以至于虽然运动速度很快却难以前进，这也是有些物质扩散很慢的原因。与固体和液体相比，气体既没有体积也没有形状。

设计意图：通过构建乐队演奏的三个场景来类比三种状态的分子运动（见表2），可以让学生更直观地感受到三态的区别，一般情况下，固体粒子之间的间隙比液体粒子的间隙更小，而气体粒子之间有较大的间隙。讲清楚不同物质状态分子的运动，可以更好地帮助学生理解教材中分子运动的实验探究。

【教师】分子的运动速率除了跟物质的种类有关，还与什么有关呢？

【学生】温度。

【教师】没错，如果我们将温度比作指挥家指挥的节奏，指挥家加快演奏节奏，乐手们也会根据指挥加快演奏节奏。升高温度，分子运动得更快。相反地，指挥家减慢節奏，乐手们也会相应地减慢演奏节奏。而降低温度，分子也会运动得更慢。

【教师】同学们能尝试从分子运动论的角度分析下原因吗？

【学生】如果温度升高，微观粒子就会获得能量，从而增加它们的振动幅度，就会运动得更快。相反，如果温度降低，粒子就会失去能量，从而降低它们的振动幅度，也就运动更慢。

设计意图：节奏是乐队演奏的速率，将演奏节奏随着指挥家的指挥节奏的改变而改变，类比于温度影响微观粒子的振动速率，从而影响微观粒子的运动速率（见表3）。

四、教学反思

微观粒子的性质以及分子运动理论是帮助学生构建分子概念的重要工具，通过对分子概念的构建，可以使学生形成物质构成的微粒观，深化对世界的物质性的认识。[5]笔者在本篇文章中将宏观物质比作乐队，构成乐队的乐手看成是分子，目的是让看不见摸不着的分子具象化。又因为分子的运动特点与宏观物质的特点迥然不同，学生直接想象分子的运动比较困难，因此笔者再通过音乐节奏的快慢变化，构建不同场景中乐手的演奏节奏变化，让学生逐步了解在物质三态变化过程中，微观粒子的运动方式的改变以及这种改变对宏观物质的表象造成的影响。

现代科学证明：左脑负责语言及相关的理论性思维能力，右脑负责音乐能力和形象思维能力。笔者将音乐与化学教学融合，促进了两个大脑半球的相互协同，统一运作，有助于提高学生的注意力、记忆力和想象力，从而轻松有效地突破教学重难点。构建分子的概念需要了解和选择适当的科学方法，中学化学教师可以针对不同学生的情况，不断调整教学方法和策略，增强学生突破难点的信心，并通过学科的融合，培养学生跨学科的思维能力及扎实的化学学科核心素养。

参考文献

[1]吴俊明，分子概念构建的意义、基础和教学策略[J].中学化学教学参考，2013（4）：5-7.

[2] 刘玉娟．发展学生优势智能的课堂教学策略研究[J]．中国教育学刊，2003（1）：34-37．

[3] 杨雯玉．基于多学科融合下中学音乐教学探究[D]．海口：海南师范大学，2021.

[4] Hugo Vieira. Bridging Music and Chemistrv：A MarchingBand Analogy to 'reach Kinetic- Molecular Theory [J]J.Chem. Educ， 2022（ 99）： 729-735.

[5] 毕华林，对高中化学学科核心素养的认识和理解[J]．化学教育，2021（1）：3-9．