核心素养视域下微粒作用观的思维价值与建构

佟钰 吴林

摘要：微粒作用观是描述微粒作用原理和规律的基本观念，与化学学科核心素养联系紧密。本文梳理了微粒作用观的素养特征，概述了其对模型思维、守恒思维和创新思维等化学思维的促进作用。微粒作用观建构的基础是理解化学视角下的微粒作用规律，这需要结合微粒作用观的发展历程挖掘其不同层次的内涵、设计制作可视化模型与素材、实施连贯的“化学世界观”教育等。

关键词：学科核心素养;高中化学;微粒作用观;化学思维

文章编号：1008-0546（2022）10x-0023-04中图分类号：G632.41文献标识码：B

微粒作用观是对构成物质微粒的作用原理和规律的系统认识，也是组成微粒观的基本观念之一。[1]其主要内容包括：①作用本质：化学反应以构成物质的微粒间的有效碰撞为基础，其实质是微粒间结合方式的改变;②强弱规律：微粒结构影响物质的性质，进而影响微粒间相互作用的程度;③守恒规律：微粒的相互作用存在守恒关系。微粒作用观与化学学科核心素养联系紧密，也较系统地体现了多种化学思维。从化学学科核心素养的视角探究微粒作用观的内涵与思维价值，有助于在“教、学、评”一体化实践进程中感悟化学特征、发展化学思维。

一、微粒作用观与化学学科核心素养的关系

1.微粒作用观是化学学科思维的综合体现

微粒作用观与“变化观念与平衡思想”“宏观辨识与微观探析”等核心素养关联紧密，[2]较系统地从定性和定量、变化与平衡的角度概括了化学反应的本质和规律，体现了模型思维、守恒思维和创新思维等化学思维。用微粒作用观调控化学反应、分析反应原理、预测对应现象时常使用模型将抽象的微观问题具体化，反映了化学问题研究“宏观—微观—符号”兼具的特征。[3]

2.化学学科核心素养为微粒作用观的评价提供依据

微粒作用观作为微粒观的重要组成，具有学科性、

知识性和思想性。化学学科核心素养的4个素养维度与微粒作用观在模型思维方式建构与应用实践等方面有较好的对应关系，主要体现在化学思维的建构上。通过对《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》分析发现：微粒作用观与高中化学必修课程内容“常见的无机物及其应用”“物质结构基础与化学反应规律”等主题联系紧密，[4]可以此为基础开展素养导向的大概念教学与评价。

整体来看，微粒作用观反映了化学学科的基本特征，与指向化学观念与思维方式的三种化学学科核心素养联系紧密，可根据对应素养的评价体系制定“教、学、评”一体化的学习与评价标准。

二、微粒作用观的思维价值

1.对微粒作用的认识体现化学问题的解决思路

人们认识粒子及其相互作用规律的历程是系统思维发展的缩影，对微粒作用的认识体现了化学思维发展的三个阶段，分别为：以有新物质生成、物质性质的递变为核心的对化学反应的定性宏观认识;以构成物质的微粒的结合方式改变为核心的对定性、定量兼具的微观认识;以化学热力学和化学动力学基本理论为基础的系统微观认识。

微粒作用观的提出与完善反映了“宏观—微观—符号”一体的化学问题研究思路，新高考常以微粒作用本质为基础，结合化学反应速率及化学平衡的综合理解与应用进行考察，此类问题的解决需要以宏观、微观统一的视角为基础，对物质及其变化的认识、分析、控制、预测等形成系统思维并加以应用。

2.微粒作用观体现多种化学思维

（1）模型思维

模型思维是指在真实的化学情境中，对微粒及其作用在模型表征和“宏观—微观—符号”表征相互转换的思维方式。[5]运用模型思维在宏观视域下发现并提出问题，通过模型连接宏观现象与微观本质，在微观视角应用相关理论解决问题并形成较为抽象的符号认知是探究化学问题的一般思路。

模型思维与微粒作用观联系紧密，微粒作用观的强弱规律强调了微粒的微观结构对宏观层面的性质及其发挥起决定作用。原子结构示意图、结构式等是可视化表达粒子的组成和结构的工具，为不同粒子性质的研究奠定基础;电子式、化学方程式等以符號表征的理论模型是人们对物质及其变化研究成果的可视化表达。这些模型从结构与变化、宏观与微观两个角度将“宏观—微观—符号”三种视角下相对独立的理论连接起来，形成解释、预测、研究化学问题的系统性认知结构。

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》提出了模型的选择、应用、评价与优化四个水平的要求。[4]新高考常结合微粒作用观的强弱规律、元素周期律对证据推理与模型认知素养进行考查，常以物质结构或元素在元素周期表中的粗略位置的描述为背景，在真实情境中比较物质性质或根据框图推断可能的化学反应。这需要通过串联相关概念和原理，在对微粒作用观强弱规律的系统认识的基础上，结合以元素周期律为中心的物质性质递变规律构建思维模型，在模型中寻找特征元素，完善转化关系。

（2）守恒思维

守恒思维是指在物质及其变化的分析过程中，利用一种或多种守恒关系确定化学反应前后保持不变的“量”用于探究的思维方式。微粒作用观的守恒规律蕴含在微粒间的变化过程中，微粒本身在化学变化过程中不发生改变，存在元素守恒等相对“不变”的守恒关系，而微粒间的结合方式随着化学反应的进行发生改变。微粒本身的“不变”与微粒间“变化”过程的辩证统一是微粒作用守恒规律的思维特征。守恒思维是化学定量分析的基础，在氧化还原反应的教学与研究中综合应用从宏观到微观的研究思路与守恒思维能更好地反映氧化还原反应的本质与规律。灵活运用守恒思维有助于理清问题本质、简化分析过程，以相对灵活的方式表现较高素养水平。

新高考对守恒思维的考查集中在“宏观辨识与微观探析”和“变化观念与平衡思想”素养的中高水平，常以工艺流程题的形式考查水溶液中的离子反应与平衡和氧化还原反应方面的分析与计算。这需要我们在真实的化工生产研究中明确守恒关系、确定核心元素，运用可视化手段演示微粒间的相互作用的顺序、用量、过程和结果，进而对粒子的引入、除去及变化过程进行分析和描述，在真实问题的研究中理解符号含义、构建思维模型、发展守恒思维。

（3）创新思维

定性研究与定量分析相结合是微粒及其相互作用研究的特征，二者对立统一。定性研究是以宏观现象为前提，依据化学学科基本理论对物质及其转化进行初步探究;定量分析從定性研究而来，是依据化学计量方式与模型对微观变化过程进行计量与数量层面的分析。创新思维以完整的微粒作用观为基础，蕴含在定性、定量相结合的综合性较强的化学课题研究中。

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》对创新思维的考查水平较高，主要体现在科学探究与创新意识。[6]新高考通过情境设置、内容安排、思维考查等方面考查创新思维，[7]对陌生情境中平衡图像的考查和以化学课题研究全流程的预测与推理、分析与计算、控制与评价的综合考查日益突出，具有情境复杂、核心内容呈现方式不同寻常的特点。对于平衡图像，解读图像的斜率、拐点和表达式是理解图像含义的关键，也可利用“数形结合”思想对图像的函数表达式进行分析，推导分析对应关系。对于创新性课题研究，需根据给定材料确定实验目的和实验原理，对影响因素和实践过程中的每一步对应现象进行预测，通过定性分析和定量计算得到实验结论或对其进行分析评价，具体体现在对原料和可能产物化学式、组成元素等进行分析和计算，对粒子的计量及转化过程中参数进行计算或通过已有资料设计完整的试验方案并进行评价。这需要在掌握化学基本理论的基础上，将定性分析与定量计算结合起来解读化学热点的“知识内核”。

三、用微粒作用观建构化学思维

微粒作用观思想价值形成的基础在于用化学视角对微粒作用原理和规律的系统解读，以微粒作用观为基础建构化学思维需考虑：化学反应的物质基础是什么？化学反应是如何进行的？化学反应进行时有何规律？建构化学思维的关键在于充分利用生活现象、教材等课程资源设置真实的问题情境，这需要结合微粒作用观的发展历程挖掘其不同层次的内涵、设计制作可视化模型与素材、实施连贯的“化学世界观”教育等。

1.以真实问题情境为基础，形成“宏—微—符”一体的模型思维

以微粒作用观为核心的教学内容多为基本概念、微观的作用原理等，近年来关于离子反应和水溶液中的离子平衡的教学研究居多。在情境设置方面，化学史、化学必做实验、生活研究中的化学课题、物质的研究发展、物质的量产历程等是真实情境的具体体现;在问题设计方面，应充分考虑学情，通过设置逻辑紧密、由表及里的问题组形成“宏—微—符”一体的研究思路;在思维发展方面，常以思维导图总结概念关系和思路过程，实现知识性和思想性的统一。案例“电解质的电离”将电解质辨析和科学探究方法结合进行，形成对电解质的系统认识，构建思维模型。[8]开展真实问题情境的教学有利于感受化学知识的价值、形成结构化知识体系，有助于从宏观和微观视角出发，体验化学研究定性分析与定量计算结合、动态过程与静态守恒统一的特点，从而形成解决化学问题的思路与方法，培养学生的化学学科核心素养。

2.实施可视、连贯的“化学世界观”教育，形成守恒思维

从微观层次认识物质及其变化是微粒作用观的核心内容，也是守恒思维形成、发展的基础。开展多元连贯可视的“化学世界观”教育是在明确化学研究对象的基础上系统了解微观粒子特点及作用方式，是化解化学学习难点的有效实践。一方面，在课堂教学中除充分利用教材和经典实验外，运用交互动画、3D模型、科普视频等可视化信息技术资源直观显示微粒的结构及其作用过程，有助于理解化学符号和文字表述的具体含义;另一方面，在课堂教学外还可通过模型制作、图文编写、漫画设计、短片拍摄等方式展现微观世界的特点，[9]通过多种思维过程各有侧重地形成对化学的认知，发展化学思维。实施“化学世界观”教育有助于从具体知识、应用及思维层次理解学习内容、发展思维模型，结合课上教学与探究过程巩固内化，实现思维模型的综合应用和化学多种思维的协同发展。

3.再现微粒作用观的发展历程，培养创新思维

微粒作用观的发展历程反映了化学思维从宏观整体到宏观、微观相结合的系统化转化过程，是化学发展史的缩影，也是创新思维发展的基础。在基于微粒作用观的创新思维培育中，应着重强调微粒作用观的思维价值，通过创新情境深化物质及其变化研究中宏观与微观、变化与守恒、定性与定量等维度并行的思维方式。一般的变式创新或以科技前沿、新技术的应用为情境展开的探究，或评价、比较、设计完整的探究方案，或着重考查图像和概念系统中各成分的含义，具有整体性、时代性和特异性。开展学生实验、小组讨论、变式训练等有助于在课堂教学与日常学习中提炼微粒作用观的核心要义，培养创新思维和解决实际问题的能力，还可在课堂教学外通过图文、漫画、简报等形式展示化学史料，通过整理其发展历程和关键节点发挥课上课下的联动效果，为创新思维的发展奠定基础。

4.从不同视角解读微粒作用观的深层内涵，发展系统思维

微粒作用观涵盖氧化还原反应、化学键、化学平衡等不同学段、不同层次的化学基本理论，具有思维发散、内容全面、层级明显、兼具认识论与方法论等特点，形成对微粒作用观的系统认识是综合运用化学基本理论、发挥化学学科核心素养的基础。从课程资源来看，可编制以微粒作用观为大概念的项目式教学，通过具体案例形成对微粒及其作用整体、综合、系统的思考;从概念结构来看，要形成层次明显、阶段明确的微粒作用观整体思维，理清化学理论的内在关联，形成解决化学问题的一般思路与最优方法。理解微粒作用观的深层含义，就要深入思考微粒及其相互作用这一核心问题，形成系统认识，并结合真实情境和化学前沿在教学中对微粒作用观的思维价值进行总结，在此基础上根据《普通高中化学课程标准》和学生发展水平总结并完善指向化学思维发展的、适用于“教、学、评”三个层次的标准体系。

四、小结

微粒作用观作为概括程度较高的化学基本观念，涵盖物质的转化、化学键、化学反应基本原理等基础理论，与多种化学学科核心素养关联紧密，化学学科核心素养水平体系为微粒作用观的“教、学、评”一体化实践提供依据。微粒作用观的发展历程是化学问题研究思路发展的缩影，微粒作用观与模型思维、守恒思维、创新思维等化学思维联系紧密。

微粒作用观思想价值形成的基础在于用化学视角对微粒作用原理和规律的系统解读，以微粒作用观为基础建构化学思维需充分利用生活现象、教材等课程资源设置真实的问题情境，这需要结合微粒作用观的发展历程挖掘其不同层次的内涵、设计制作可视化模型与素材、实施连贯的“化学世界观”教育等。

参考文献

[1]辛本春.中学生化学基本观念培养的研究[D].济南：山东师范大学，2008.

[2]房喻，徐端钧.普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）解读[M].北京：高等教育出版社，2021：56.

[3]郑长龙.核心素养导向的化学教学设计[M].北京：人民教育出版社，2021：18.

[4]人民教育出版社.普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[5]韦文金.化学模型思维能力模型建构与应用研究[D].延吉：延边大学，2017.

[6]唐劲军，梁舒敏.基于“科学探究与创新意识”素养视角的高考化学试题分析[J].化学教学，2020（11）：85-90.

[7]教育部考试中心.中国高考评价体系说明[M].北京：人民教育出版社，2021：31-42.

[8]叶佩佩.基于微粒观的“电解质的电离”教学设计与实践[J].化学教学，2020（07）：55-59，97.

[9]陈俊芳.通过“写”“做”“画”建构微粒观[J].化学教学，2019（08）：38-41.