化学核心素养“宏观辨识与微观探析”的教学实践探析

李贵花

摘 要：基于化学核心素养“宏观辨识与微观探析”素养的发展，以“认识同周期元素性质的递变规律”为例，通过“复习巩固”“性质预测”“实验探究”“思维建模”等教学流程，在课程情境中让学生初步形成物质结构决定物质性质的观念，促进“宏观辨识与微观探析”素养的提升。

关键词：高中化学;宏观辨识与微观探析;教学实践

《普通高中化学课程标准》（2017版），下文简称《课程标准》）指出：“各学科应引导教学更加关注育人目的，更加关注培养学生的核心素养[1]。”“宏观辨识与微观探析”作为化学学科核心素养的重要组成部分，既是核心素养培养过程中应形成的化学观念，也是解决化学学科问题的思维方法。其落地需要教师将“宏观辨识与微观探析”素养（以下简称“宏微”素养）的培养循序渐进地融入平时的教学中，以期通过一系列化学认知活动逐渐培养和形成从宏观辨识与微观探析视角认识客观事物的内在品质，并使之成为学生在当下学习和今后工作或生活中能主动从宏观辨识与微观探析视角分析、看待问题的自觉意识和思维习惯[2]。

一、发展“宏微”素养的理论依据

“宏微”素养体现了化学学科与其他学科不同的思维方式，学会用这种特殊的思维方式学习化学，能够增进学生对化学学科的理解、对知识的掌握和对问题的分析。《课程标准》中“宏观辨识与微观探析”的概念是：能从不同层次认识物质的多样性，并对物质进行分类;能从元素和原子、分子水平认识物质的组成、结构、性质和变化，形成“结构决定性质”的观念。能从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题。其内容包含三个层面：

（一）知识层面：能从不同层次认识物质的多样性，并对物质进行分类，能从元素和原子、分子水平认识物质的组成、结构、性质和变化。

（二）思维层面：能从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题。

（三）观念层面：形成“结构决定性质”的观念。

知识层面是学生从化学学科角度认识物质、形成宏观辨识与微观探析思维、建构结构决定性质观念的必备知识，是解决问题的工具，也是形成关键能力的基础。思维层面要求学生能从宏观到微观或从微观到宏观角度认识物质及其变化的本质，以建构解决化学问题的思维视角。观念层面是对宏观辨识与微观探析深度理解之后形成的化学观念，是化学学科的核心观念，是宏观辨识与微观探析思维方式的具体表现形式，也是学生思考和解决问题的一种策略与机制。三个层面并不是孤立的，而是有机联系、相辅相成、循环发展，促进“宏微”素养的形成和进阶。童文昭老师将发展“宏微”素养的思维类型与能力表现概括如下[3]。

1.宏观→微观类型。判断结构：能根据物质的宏观特征对物质及其反应进行分析，推断物质的微观组成和结构。

2.微观→宏观类型。分析性质，预测现象，推断结果：能根据物质的微观组成和结构，预测、推断物质的性质、变化的现象和结果。

3.“宏微”结合类型。观念性思维体现：能基于物质结构决定物质性质、物质性质反映物质结构的观念，综合微观和宏观层面的认识，对物质结构、性质、变化、现象等方面的问题进行分析、解决和评价。

二、教学背景分析

（一）关于“宏微”素养的学情分析

初中阶段，学生通过“物质构成的奥秘”“自然界的水”的学习，建立了宏观辨识与微观探析的基本意识，高中阶段，经过选择性必修1与选择性必修2第一章前两节内容的学习，学生已经能较为熟练地书写、表达及简单应用部分微观方面的化学符号，也能从宏观上辨识实验现象，但对宏观现象背后的微观实质理解能力有限，从微观角度预测物质性质的能力欠缺，缺乏将宏观现象与微观实质相联系综合分析化学实质的意识[4]。

（二）教学案例教材版本

鲁科版高中化学必修第二册第一章第三节第一课时

（三）教学设计思路

以第3周期元素为例探究同周期元素性质的递变规律为主线，通过研究物质性质的基本程序——“复习巩固”“性质预测”“实验探究”“思维建模”引导学生应用必修第二册第一章第一节原子结构与元素性质的相关知识预测第3周期元素原子得失电子能力的强弱，讨论、设计并动手实验验证预测，最后根据实验结果归纳结论，建构判断同周期元素原子得失电子能力强弱的思维模型，初步建立“位”“构”“性”三者的联系。帮助学生形成“结构决定性质，性质反映结构”这一统摄性化学观念，实现“宏微”素养的落地。教学中，关于认识同周期元素性质递变规律的活动内容与发展“宏微”素养呈现以下关联：

1.理解与辨析→复习11至18号元素原子结构示意图→运用微粒结构图式描述物质。

2.分析与推测→根据原子结构的相关知识预测11至18号元素原子得失电子能力的强弱→从微观视角分析问题，预测物质的宏观物质。

3.探究与创新→设计并操作实验验证11至18号元素原子得失电子能力的强弱→从宏观和微观相结合的视角解决实际问题。

4.归纳与论证→由实验结果得出11至18号元素原子得失电子能力的强弱顺序→初步建立“位”“构”“性”三者的联系，形成“结构决定性质”的化学观念。

（四）教学目标

本文旨在探讨基于“宏微”素养角度的教学实践，因此设定如下教学目标。

1.能从原子结构角度，解释同周期元素原子得失电子递变的原因，培养学生运用微粒结构图示描述物质及其变化，联系物质的组成和结构解释宏观现象的能力。

2.能从预测的物质性质出发，依据实验目的，设计实验方案，通过实验事实，验证金属元素原子失电子能力强弱比较的间接方法，培养学生综合微观和宏观层面的认识，从宏观特征入手根据实验现象辨识物质及其反应，对物质结构、性质、变化、现象等方面的问題进行分析、解决的能力。

3.能从预测的物质性质出发，运用信息分析问题、解决问题，根据反应发生的条件等一系列信息，总结非金属元素原子得电子能力强弱比较的间接方法，培养学生综合微观和宏观层面的认识，对物质结构、性质、变化、现象等方面的问题进行分析、解决的能力。

4.体会原子结构与同周期元素性质递变之间的关系，初步形成物质结构决定物质性质，物质性质反映物质结构的观念，实现“宏观辨识与微观探析”素养的进阶[5]。

（五）教学环节

环节1，从原子结构预测第3周期元素原子得失电子的递变规律。

1.通过已学知识，说出比较元素原子失电子能力的方法。

2.写出第3周期元素原子结构示意图，并尝试从原子结构角度说明该周期元素原子得失电子能力出现差异的原因。

3.通过第3周期元素的原子结构预测第3周期元素原子得失电子能力的递变规律。

设计意图：此阶段学生“结构决定性质”的化学观念尚处于萌芽阶段，学生由原子结构预测第3周期元素原子得失电子能力的递变规律难度较大。教师通过设置问题链，将微观层面探析物质的组成、结构、变化现象等相关零散知识进行整合、内化，将知识从熟悉引向陌生，循序渐进，由浅入深，实现“结构决定性质”化学观念的觉醒、促进“宏微”学科素养的有效落实，提高学生解决问题的能力。

对“从原子结构角度说明第3周期元素原子得失电子能力出现差异的原因”这一难点的突破，可通过设置问题链引导学生思考：①第3周期元素原子的电子层数，最外层电子数有什么变化规律？②第3周期元素原子的半径有什么变化规律？③原子核内质子与核外电子存在什么作用力？它们之间的距离有什么变化规律？导致得失电子的难易出现什么差异？这三个问题要求学生从微观层面分析不同类物质性质差异的原因，从而得出第3周期元素原子得失电子能力的递变规律。

环节2，设计实验验证环节1对第3周期元素原子得失电子能力强弱的预测。

1.根据已学知识及课本20页方法导引中的提示，分小组讨论比较Na、Mg、Al元素原子失电子能力强弱的方法，并设计实验方案验证。

2.根据课本21页方法导引中的提示，认真阅读课本21页“阅读探究”栏目，获取非金属元素原子得电子能力强弱的证据，形成表格。

设计意图：以实验为抓手，通过实验探究活动引导学生从宏观和微观结合上观察各类物质及其反应的不同特征，依据实验证据或材料证据归纳物质性质，推出合理结论。培养学生从“宏微”结合的角度分析与解决实际问题的能力，促进“宏微”素养的提升。

从课堂实际效果看，学生已具备一定实验探究能力，能较好地设计并操作实验，教师可在实验探究任务中适时寻找“宏微”素养的生长点。如，有一小组提出可通过金属单质与盐溶液的置换反应判断Na、Mg、Al元素原子失电子能力的强弱，设计并操作相应实验时，从宏观实验现象发现：①Na与可溶性镁盐溶液发生反应，未有新的金属单质生成，而是产生白色沉淀。②Mg与可溶性铝盐溶液发生反应，未观察到新金属单质生成，镁片上产生大量细小气泡，溶液逐渐变浑浊。原因何在？问题①：通过必修第一册的学习，学生很容易从微观角度想到Na遇到H2O、可溶性镁盐时，反应顺序是先水后盐。问题②：Mg与可溶性铝盐溶液反应，涉及选择性必修1中盐类水解的内容，此时教师可通过问题链引导学生深入思考：Ⅰ.产生大量气泡可能是生成了什么气体？设计实验验证。气体是溶液中哪些微粒反应产生的？Ⅱ.这些微粒在铝盐溶液中存在吗？设计实验证明这些微粒的存在。Ⅲ.这些微粒与Mg反应的顺序是什么？猜测并动手实验后，学生可以得出：铝盐溶液呈酸性，Mg先与溶液中的H+反应生成H2。因此，不能利用金属单质与盐溶液的置换反应判断Na、Mg、Al元素原子失电子能力的强弱。对该实验设计预测之外的现象解析要求学生从微观层面分析反应原理，认识反应本质，提高从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题的能力[6]。

环节3，宏微结合得出结论，建构思维模型。

1.根据这节课学习的内容，得出第2周期元素原子得失电子的递变规律。

2.比较第2周期元素性质的递变规律。

3.总结元素周期表中同周期元素原子得失电子的递变规律。

设计意图：通过认识元素“位”“构”“性”之间的内在联系，引导学生形成物质结构决定物质性质，物质性质反映物质结构的化学观念，协助学生遵循“微观→宏观”“宏观→微观”的思维建立同周期元素性质递变规律的认知模型。

为让学生对“位”“构”“性”之间的联系有深刻认识，可进行简单的课堂训练。如进行小组开火车抢答竞赛，由教师提问，各小组学生按座位顺序抢答，若答案错误，可由其他小组继续抢答。抢答的试题对学生形成“结构决定性质，性质反应结构”观念的作用应简单、直接、高效，如下（针对第2周期）：

①失电子能力最强的元素是哪一个？

②最外层电子数最多的元素是哪一个？

③最高正价最大的元素是哪一个？

④最高价含氧酸酸性最强的元素是哪一个？

⑤气态氢化物稳定性最强的元素是哪一个？

⑥第一个非金属元素处于第几位？

⑦与酸反应生成氢气最慢的元素是哪一个？

三、教学反思

（一）注重技巧，寻找最适教学实施路径

“宏微”素养发展在高中化学教学中大多涉及微观视角分析问题，具有抽象性强、直观性弱、思维难度高等特点，教学过程往往枯燥无味。教师可从熟悉的知识点入手逐步过渡到陌生知识点的掌握;从常见易理解的情境入手训练，逐步加深难度到可适应陌生情境的问题解决;从化学实验入手，逐步将抽象化的微观本质通过宏观的实验现象或数据呈现，降低学生理解并内化知识的难度。

（二）循序渐进，符合学生认知规律

“宏微”素养是在一定知识基础上发展起来的化学学科能力。高中不同学段学生知识基础和心理发展程度存在差异，根据学生在不同学段的知识结构特点设定相应难度梯度进行针对性教学，走稳每一步。

（三）合理规划，设置导引性问题链

化学教学中设置问题链引导学生自主学习的情况较为多见。问题链的设置应为教学目标服务，带有明确的目的性，若目的是解决问题，问题链的设置需考虑思维活动开展的深度，问题链要有一定的难度梯度，由浅入深、由表及里、前后衔接、问问相扣，化学教学中的知识性教学设置的问题链多为此类;若目的是强化训练，问题链的设置需考虑思维活动开展的广度，问题链可以没有层次性，只在同一水平重复，但需考虑问题链覆盖知识的全面性，化学教学中的认知性习题训练设置的问题链多为此类。

结束语

本节课使学生初步改变了化学观念，强化了化学学习中物质结构与性质之间的联系，凸显了“宏微”结合思想在解决化学问题中的重要作用，实现了从化学基础知识的学习向培养学生“宏微”素养的转变，真正提升了学生“宏微”素养的水平。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[2]顾建辛.关于化学学科核心素养培育的微观思考：“宏观辨识与微观探析”和“证据推理与模型认知”关联性学习行为中的“思想实验”[J].化学教学，2020（4）：10-14.

[3]童文昭，杨季冬，王后雄.“宏观辨识与微观探析”素养测评框架的构建：基于PISA及高考评价体系的思考[J].化学教学，2020（8）：74-79.

[4]闫亚妮.中学化学教学中“宏观辨识与微观探析”核心素养的培养研究[D].固原：宁夏师范学院，2019.

[5]魏凤琴.人教版普通高中教科书《化学》必修第一册教学感悟[J].中學化学，2021（11）：17-18.

[6]张鸿雁.思维导图在高中生化学学科核心素养培养中的应用[D].呼和浩特：内蒙古师范大学，2019.

本文系福建省教育科学“十三五”规划2020年度课题“基于高中化学学业质量标准的‘宏观辨识与微观探析素养培养的实践研究”（立项批准号：FJJKX20-905）的阶段性研究成果。