对《化学反应原理》教学中学生微粒观的建构探讨

摘 要：从高中化学教学中学生微粒观的建构现状入手，分析微粒观建构的可行性、面临困境及解决方案，以鲁科版高二选修四的《化学反应原理》为例，总结如何在化学教学中引导学生建构微粒观，落实素质教育.

关键词：化学反应原理;微粒观;任务驱动法;高中化学

中图分类号：G632   文献标识码：A   文章编号：1008-0333（2022）24-0101-03

收稿日期：2022-05-25

作者简介：高美娣（1973.9-），女，福建省顺昌人，本科，中学一级教师，从事化学教学研究.

微粒观是指从微观角度看待微观世界，即通过分子、离子或原子感知、认识世界.在鲁科版《化学反应原理》中，教材分为三章，三章内容相互衔接，学习难度不断提升，可逐步培养、深化学生的微粒观.就此，高中化学教师应在《化学反应原理》教学中，针对性设计教学方案，引导学生建构微粒观.

1 微粒观分析

1.1 微粒观

微粒观基础理念如下：物质主要由各种微观粒子组成、组成物质的部分微粒十分微小、微粒呈现出持续变化运动的状态、微粒间存在一定间隔、微粒之间属于互相作用状态.

1.2 微粒观认识层次《化学反应原理》内关于微粒观相关学习进阶内容如下：水平一对应阶是化学变化微观成因，对应进阶特征为了解分子组成结构，认识到原子属于化学变化中的最低微粒，分子转化为原子，原子重新组合转化为成分子.水平二对应阶是能量变化微观成因，对应进阶特征为断裂分子内化学键形成吸热反应，产生分子内化学键放热，化学键形成与断裂属于化学反应中形成能量变化主要成因.水平三对应阶是化学反应速率、限度、平衡的微观原因，对应进阶特征为从过渡态理论、有效碰撞理论解释影响化学反应速度变化的主要因素是单位体积中活化分子数量大小，化学反应速度变化以及化学平衡移动都属于微观粒子彼此作用影响.水平四对应阶是水溶液内电解质改变的微观成因，对应进阶特征为水溶液内的电解质存在电离，进一步认识到溶液内部粒子数量以及彼此作用联系，科学判断外部条件变化对弱电解质相关电离平衡、盐类水解以及沉淀平衡溶解所形成的影响.水平五对应阶是微粒观在化学现象解释中的总体性认识，对应进阶特征为对宏观现象进行准确解释，可以直接通过符号体现出微观变化，创建宏观、微观、符号的三重表征体系.

2 高中化学教学中学生微粒观的建构路径

高中化学教师开展微项目教学，应结合教材章节内容，选择社会热点问题或生活常见问题，创设教学情境，引导学生全程参与问题解决过程，在问题解决的过程中，理解化学知识，明确化学与生活的联系，理解化学与世界的关系，进而学会从微观角度看待微观世界，实现学生微粒观的有效建构.在实际微项目教学中，高中化学教师应遵循如下流程：

第一，合理选择微项目，微项目内容的选择直接关系到化学教学效果，高中化学教师应遵循新课标要求，选择化学生产实例，为学生理解化学知识，建构微粒观奠定基础.以《化学反应原理》中的“化学反应条件的优化——工业合成氨”为例，教材内容涵盖化学生产项目，高中化学教师可直接以工业合成氨作为微项目内容，引导学生围绕工业合成氨的生产，分析化学反应条件优化方案，深化学生对化学反应速率、化学反应方向等知识点的认识，使学生明确化学反应变化和化学平衡移动，均是微观粒子作用的结果，引导学生正确看待微观粒子，构建科学微粒观.

第二，优化设计教学活动，结合学生微粒观的建构困境可知，目前高中化学课堂教学成效不理想，而导致该现象的根本原因在于教学活动与方案的设计不合理.高中化学教师应选择能够吸引学生兴趣的内容，创设教学情境，引出微项目内容;再围绕微项目内容，提出学生可以自主探究或合作探究顺利解决的问题，既可使学生建构化学知识体系与微粒观，也可培养学生化学学习信心，实现化学教学目标.

3 《化学反应原理》中学生微粒观的建构实践

化学观念核心是坚持知识作为基础载体，在对各种零散知识进行持续积累基础上构成知识体系内的核心观念，而在形成基础观念后便可以顺利实现知识迁移，深化学生对于学科本质的认识和理解，观念建构并非单纯借助大量背诵理论知识便可以形成的，观念建构同时也是学生提升自身思维的重要过程.如果相关要顺利实现观念建构目标，则需要对知识内涵进行深刻理解，对知识所隐藏基础观念进行准确理解，为此需要教师在正式时刻前准确理解相关知识内涵，同时对知识基础概念进行科学概括.教师通过准确把握课程标准以及单元教学观念，促进观念和知识充分融入，按照从易到难以及从浅入深的顺序逐渐融入化学教学过程，应用化学核心观念指导化学教学工作.结合学生微粒观的建构路径分析结果，本文以鲁科版《化学反应原理》中的“化学反应条件的优化——工业合成氨”为例，总结学生微粒观的建构实践要点，为高中化学教师开展相关教学提供有益探索.在课堂教学中，高中化学教师可选择任务驱动法，根据微项目教学思路，设计不同学习任务，使学生逐步形成微粒观.

3.1 任务一

高中化学教师组织学生从理论角度入手，分析工业合成氨的适宜条件，引导学生衔接化学反应速率及转化率等知识点，明确工业合成氨的最佳条件，认识到工业合成氨中微观粒子的作用，初步建构微粒观.

首先，教师为学生播放《沁园春·雪》的朗诵视频，激发学生的爱国情怀，通过语言引导，組织学生分析新中国发展到现在成为工业强国的原因，使学生认识到化学对社会、国家发展的重要影响，增强学生民族自豪感，调动学生化学学习热情.

然后，教师为学生展示合成氨的化学方程式，使学生明确合成氨为可逆反应，要求学生总结合成氨的反应特点，分析如何提高可逆反应的平衡转化率及反应速率.在该过程中，学生总结的合成氨反应特点包括放热、可逆、分子数减小等，引导学生从微观粒子角度分析合成氨的反应过程，解释影响平衡转化率与速率的因素，使学生树立平衡思想，理解微观粒子间的相互作用.

3.2 任务二

在教学中，化学教师可以合理设计各种问题情境，科学创建化学知识体系，问题属于思维启发剂.认知冲突、质疑以及问题也是学生思维发展的重要启蒙钥匙.问题提出前需要率先合理创建情境激发学生思维，微粒观相关问题情境能够通过人眼直接观察的各种现象，能够借助实验探究得到最终结果，比如化学史阐述或借助联想模拟激发学生的微观学习激情，保证问题的适宜度.在学生对合成氨反应有初步认识的基础上，高中化学教师引导学生分析如何优化工业合成氨的生产过程，使学生利用掌握的化学知识，解决生产生活问题，巩固学生的理论知识，建构学生的知识体系，强化学生的化学思维.细化来说，在该任务模块下，高中化学教师提出如下问题：

问题一：“工业合成氨生产中，还需考虑哪些因素？”学生纷纷开展头脑风暴，结合自身的生活经验和化学知识储备，认为工业合成氨的生产要注重如下要素：（1）循环利用反应物，避免引发环境问题;（2）确定最佳的原料投料比，避免浪费;（3）在优化工业合成氨生产条件时，需计算不同条件下的生产成本，提高企业的利润;（4）在生产时不可以直接合成原料气，需进行净化处理，避免引起中毒;（5）可以利用工业合成氨反应放出的热量，对合成气进行预热处理，降低成本.通过该问题，引导学生联系化学与生活，为学生通过微观粒子感知客观世界奠定基础.

问题二：“根据问题一的探究结果，绘制工业合成氨的生产流程图.”基于该问题，学生可明确工业合成氨生产的各项设备、原料、原料间的化学反应、反应产物等知识点，明确工业合成氨生产中微观粒子的变化过程，深化认识微观粒子相互作用这一观念，强化学生的微粒观.细化来说，学生总结的工业合成氨生产流程如下：通过空气分离器向转化炉内通入空气，再向转化炉内加入甲烷与水，生成氢气、氮气与二氧化碳;将二氧化碳分离后，对氨气和氮气进行压缩处理，转移至合成氨塔，获得氨;通过换热器、水冷凝器、氨分离器处理氨，获得最终产品，存储于储氨槽内.

3.3 任务三

在学生理解化学反应条件优化相关知识的基础上，教师以微粒观建构为导向，设置拓展任务，要求学生以小组为基础，合作探究以天然气为原料的合成甲醇工艺.在该任务完成过程中，学生利用已掌握的化学知识，开展物质转化与能量转化分析，在转化分析过程中，深入理解微观粒子间的相互作用，实现微粒观建构的教学目标.为使学生对微观粒子的相互作用有正確认识，教师设计相关问题，引导学生探究.首先，教师向学生介绍天然气的转化过程，甲烷转化成一氧化碳和氢气，再利用这两种产物生产各类化工产品，要求学生探究CH4如何转化为CO和H2.学生认为可利用二氧化碳、水、氧气等物质，参与到甲烷转化反应中，为甲烷提供氧元素，生产一氧化碳.然后，教师要求学生按照“CO+2H2CH3OH”的化学方程式，探究合成甲醇的优化条件.

针对教师布置的任务，学生按照课堂探究过程，分析合成甲醇化学反应的反应特点，明确理论优化条件，结合工业生产实际，进行合成甲醇工艺流程图的绘制，以甲烷、水和二氧化碳为生产原料，在温度、压强和催化剂的条件下，进行反应生成一氧化碳和氢气，二者反应生成甲醇.在该过程中，存在物质循环与能量循环，学生可通过工业合成物质的生产流程分析，总结物质和能量转化规律，理解微观粒子作用对化学反应速率的影响，进而建构微粒观;也可培养学生合作意识，解决复杂问题的能力，进而整合学习过的相关化学知识，构建系统知识体系，发展学生化学核心素养.

综上所述，高中化学教学中学生微粒观的建构面临学生兴趣薄弱，微粒观点学习难度高、教师教学科学性不足等困境，高中化学教师可通过微项目教学的实施，合理应用情境教学法与任务驱动法，从《化学反应原理》的教材内容入手，选择学生感兴趣的内容，创设教学情境，设计探究问题，提高学生学习成效，发展学生微粒观.

参考文献：

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[2] 周静林.基于逆向设计促进学生微粒观发展的教学实践研究[D].桂林：广西师范大学，2021.

[3] 张灵丽.基于学生主动建构的微粒观进阶研究——以“水和水溶液中的微粒行为”为例[J].化学教学，2021（10）：42-47.

[责任编辑：季春阳]