谈微粒观的建构基础

唐依琳 季春阳

摘要：基本观念在中学化学课程标准中被多次强调，微粒观作为其中之一，在学生建构的过程中存在诸多困难。在中学阶段，有效建构微粒观是帮助学生更好地理解化学学科本质和特征的必要选择。基于学生、教师、课程内容、方法的角度，微粒观建构基础主要包括认知基础、知识基础、素养基础三个方面。

关键词：认知；知识；素养；微粒观；建构基础

文章编号：1008-0546（2023）07-0002-06 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2023.07.001

微粒观作为中学化学基本观念之一，在我国中学化学课程中占有重要的地位。《义务教育化学课程标准（2022年版）》指出： “义务教育化学课程有利于激发学生对物质世界的好奇心，形成物质及其变化等基本化学观念。”［1］ 从化学学科的视角来看，物质是由微粒构成的，包括分子、原子、离子等。 《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》也指出： “化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质、转化及其应用的一门基础学科，其特征是从微观层次认识物质，以符号形式描述物质，在不同层面创造物质。”［2］ 在初中认识微粒的基本特征、知道微粒间存在相互作用的基础上，高中化学宏观辨识与微观探析素养也对微粒观的学习提出了明确的要求，即“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。”然而，学生在学习的过程中，逐渐培养微观视角、成功建构微粒观念还存在一定的困难。许多学生对于微粒观念的理解还停留在经验层面，比较零散、没有形成系统的知识层级，或尝试用宏观现象去解释和定义微观粒子，无法实现从宏观到微观的跨越，没有处理好两者的对立统一关系。究其原因，主要是缺乏微粒观建构的基础。基于此，笔者认为，很有必要对中学化学微粒观建构的基础进行探讨。

一、微粒观的内涵及建构意义

微粒观，是一种基于化学学科视角的观念，也可以跨学科，涉及生物、物理等。朱玉军提出，微粒观是对世界本原的回答，同时体现了化学学科有别于其他学科的独特的元素视角和在原子、分子层次上研究物质的组成、结构、性质及变化的具有定义作用的特征。［3］ 微粒观的建构过程是学生能够从化学视角完成从认识物质、描述分析物质最后进阶到创造物质的过程。基于此，笔者认为在中学化学的学习过程中，微粒观就是人们循序渐进形成的以微粒为中心和主体、不断认识微粒本身的特征和性质并能够解释微粒行为的一种观念和能力，主要包括微粒的构成观、微粒的间隙观、微粒的运动观和微粒的作用观四个方面。

即知道哪些物质是由何种微粒构成的、不同的微粒结构和性质有何不同、又会决定物质具有什么样不同的性质；知道微观粒子间存在间隙是客观事实，不同物质微粒间间隙是不同的、同一物质不同条件下间隙也是不同的；知道微粒是永不停止地做无规则运动的，且受到温度、压强等外界因素的影响；知道微粒间存在相互作用，包括静电吸引排斥、溶解和发生化学反应等等，知道微观粒子是靠何种相互作用聚集成宏观物质的。建构微粒观，就是要在理解上述问题的基础上，能够学会迁移将其应用于实际情境分析出微观本质，同时又加深了对于微粒观内涵的理解。这是一个以微粒为核心，不断横向和纵深发展地去研究微粒的过程。

在原子、分子水平上研究物质是化学学科的课程性质，而微粒观正是认识物质的组成、结构、性质、转化及应用的基础。建构微粒观对于化学知识的学习和整合具有重要且关键的意义，特别是在阶段复习过程中，随着学生关于微观粒子的知识储备量越来越高，建构良好的微粒观更有助于学生从化学知识向化学学科核心素养的转化。例如，原子可以构成分子，原子得、失电子后会变成离子；分子可以延伸出溶解、共价键、分子间作用力等，离子同样也可以扩展到复分解反应的发生条件、电离、水解等内容，这样就形成了一个以“分子—原子—离子”为基础不断纵向迁移的知识网络，从而促进感性经验知识化、零散的知识系统化、分析视角微观化，更好地服务于宏、微辩证统一地学习和研究化学。因此，需要对学生建构微粒观的基础进行探讨。

二、微粒观的建构基础

在中学化学的学习过程中，学生的微粒观该如何建构呢？笔者认为，根据上述微粒观的内涵以及观念构筑的进阶过程，学生建构微粒观主要基于以下三个方面：认知基础、知识基础和素养基础。

1. 认知基础

认知，既是学生的感性经验，也是建构微粒观的内在基础。在没有系统知识的学习之前学生就会通过亲身、直接体验的过程感受世界，进而形成对身边物质的初步认识。但这些由实践和经验得来的认识还没有办法上升到理论层面，个体也不会运用化学知识科学地解释自己的感性经验。比如，学生可以闻到花香，但不知道这是微粒运动的结果；学生知道水结冰后体积会变大，但也不知道可以用微粒间隙观去解释这一客观事实……学生更多看到的是宏观世界带给自己视觉、嗅觉等方面的直观冲击，虽然这些感性经验通常是无意识的或是被强化而潜在存在的，更不是一种理性认识，且常伴有个人主观的含义，但确是建构微粒观不可或缺的认知基础。正是这些认知使学生能够慢慢从宏观层次了解物质，以语言形式描述物质，且此时他们还不具备创造物质的意识和能力。

微粒观是一个很庞大的体系，应该在日常教学中结合学生已有认知基础不停渗透这一观念，并在适当的机遇下教给学生其体系结构，以帮助学生慢慢培养、建构起微粒观。因此，学生在刚刚接触微观粒子相关学习时并不会也不适合被告知微粒观 这一化学基本观念，无论是教师的教还是学生的学，都需要一个循序渐进的过程。也可以說此时是微粒观建构的隐性阶段，个体的认知基础会是学生理解并走进微观世界的现实支撑和突破口。例如表1是以人教版初中化学九年级下册中第十单元部分课题为例，列出了相关学习内容对应的认知基础。

在中学化学微粒观建构的过程中，认知基础是要帮助学生从他们自己的视角去认识物质。包括通过各种形式对学生学习兴趣的激发和引导学生认识生活和观察生活（如图1所示）。具体来说，微粒即微观粒子，是学生肉眼看不见、也摸不着的东西，在从认识、了解到研究微粒行为的过程中就需要极大地调动学生的学习兴趣和积极性，可以通过采取和学生已有的生活经验建立起联系等措施。此外，学生还需要学会认识生活和观察生活，此时可以辅以教师的引导，主要目的是将学生对生活中一些已有现象的认知由无意注意转变成有意注意。例如，学生在小时候大都玩过吹泡泡的游戏，用嘴吹气就可以吹出很多泡泡飞在空中，利用压强完成吹泡泡的这一行为可以和初中刚刚学习化学所涉及的装置气密性检验联系起来，学生就能体会到气体分子虽然看不见但却是真实存在的，且不同的气体是由不同的微观粒子构成的，这更可以指导以后的化学学习，如在铁和水蒸气高温条件下反应的实验中可以通过将导管末端插入到盛有肥皂水的蒸发皿中来进一步验证有气体的生成并检验气体。

2. 知识基础

知识，是指人们在改造世界的实践中所获得的认识和经验的总和，在建构微粒观的过程中属于外部基础。在杜威看来，知识是一种解决问题的工具，前人积累起来的文化遗产如果被用以处理现实问题，它就变成被改造了的经验。［4］ 也就是说，知识是通过认知（或感性经验）得来的，又可以作用于以后的认知活动中。在教师讲授系统知识后，学生对物质的认识会慢慢上升到理论层面，能够科学地解释自己的感性经验。已有认知是没有理论化的知识，因此有助于知识的理解，同时站在知识层面后又能够解释新的认知，形成一个互促的循环。比如，学生知道了能闻到花香是花粉的微小颗粒运动的结果，就具备了解释墨水在水中扩散这一现象的潜质；学生知道了水结冰体积变大可以用微粒之间存在间隙去解释，就有能力分析出为什么糖在水里一段时间会消失、水会变甜但液面却下降了……在这一过程中，学生慢慢形成了理解、掌握、运用知识将认知与知识、微观与宏观联结在一起的思维模式和宏微视角，既升华了认知也强化了知识。但在这里需要强调的是，知识并不等于经验，它有赖于人的主动参与和理性思维，是对经验的改造和整理，是感性經验和理性认识的结合；同时，知识也不完全来自于经验，有些知识主要是通过思辨形成的体系。［5］ 一般认为，这里的知识绝大部分是指中学化学教科书中的知识内容，知识基础不仅需要学生自己去搭建，还需要教师、同学等学优者的帮助，是较高层次的基础。

学生接受了系统、间断且渐进的微粒知识的学习后，会在教师有意识地帮助下逐渐形成微粒的构成观、间隙观、运动观和作用观等观念的潜在意识，这是一种学生知其然、也知其所以然、但还不能形成具有明确逻辑的微粒观体系的阶段。应该说此时是微粒观建构的形成阶段，个体的知识基础会为学生从微观层次认识物质、以符号形式描述物质提供理论支撑和智力支持。例如表2是以人教版普通高中化学课程必修第一册第一章第二节的部分内容为例，列出了相关学习内容对应的知识基础以及由此产生的迁移作用去解释其他认知活动进行说明。

在中学化学微粒观建构的过程中，知识基础是要在教师的引导下学生能够从认识物质进阶到分析物质。主要是通过具体且适当的知识点帮助学生正确处理微观想象与宏观现象之间的关系、注意与微粒观相关观念的联结、重视微粒观知识的整体性（如图2所示）。

首先，宏微结合是微粒观建构的重要思想，学生需要借助宏观现象初步形成微观想象，并能通过宏观现象进行检验，再完善、修正自己的微观想象，能够处理好微观想象和宏观现象之间的区别与联系。其次，微粒观并不是孤立存在的概念，它的建构有赖于其他相关观念的辅助和联结，如教师要教给学生在微粒与元素之间建立联系的思想，可以体现在元素化合价等方面。最后，微粒观的知识不是孤立存在的，它们之间一定存在具体的网络结构，并统一于微粒观这一核心概念，在《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》必修课程中体现的微粒观内容包括：氧化还原反应、电离与离子反应、原子结构与元素周期律、化学键、有机化合物的结构特点和典型有机化合物的性质，将涉及的内容在教学中进行有机整合，会使学生微粒观的知识基础夯实得更为牢固（如图3所示）。

3. 素养基础

素养，是认知与知识结合的基础上形成的一种品格和能力，是学生微粒观成功建构最重要也是最关键的基础。形成素养基础的最终目的是要对某一特定内容建立起具有一定逻辑的知识体系，学生借助认知理解知识，运用知识解释更多的认知，有利于知识的巩固强化和迁移应用，两者相互交织、互为促进，在此基础上，学生形成了以微粒为中心和主体、能够认识微粒本身的特征和性质并能够解释微粒行为的观念和能力，完成了微粒观的成功建构。比如学生借助能闻到花香理解了花粉的微小颗粒做无规则运动，运用微观粒子的无规则运动解释了诸如墨水在水中的扩散、浓氨水使封闭空间内互不接触的酚酞试液变红等现象，经过多次“认知-知识-认知”的循环往复，最终形成了微粒的运动观；学生借助水结冰体积变大理解了微粒之间存在大小不一的间隙，运用微粒间存在间隙解释了例如糖溶于水后液面下降、热胀冷缩等现象，最终也形成了微粒的间隙观。同理还可以形成微粒的构成观和微粒的作用观，至此，完整的微粒观建构完成。可以说，此时是微粒观建构的发展和成熟阶段。

在这一漫长且复杂的过程中，个体素养基础的成熟程度决定着学生微粒观建构的概括化水平，换句话说，每个学生建构的微粒观与微粒观之间还是会有差异的，但总归系统比零散更有利于化学的学习，尤其是在微粒观这一核心概念的学习上。此时，基本实现了“从微观层次认识物质、以符号形式描述物质、在不同层面创造物质”的培养目标。例如表3是以人教版普通高中化学课程选择性必修1第三章第三节中盐类的水解这一内容为例，从认知和知识相融合的角度简 述素养基础的形成以及部分学科观念的建构情况。

在中学化学微粒观建构的过程中，素养基础是学生能够在认识、描述分析物质的基础上具备创造物质的潜质。主要是在教学的过程中潜移默化地教给学生知识迁移、对比分析等的方法，并重在进一步转化为学生的能力（如图4所示）。知识迁移能力，就是锻炼学生用已有知识解释新问题的能力，教师可以由一个具体的知识点发散出多个问题，对学生进行能力的培养。对比分析能力，是要在学生的知识储备较好后通过不断引导学生对比不同物质之间的区别和联系最终才能形成的。如在高中必修第二册中，学习了SO 2 相关内容后，教师可引导学生对SO 2 与CO 2 性质的异同进行比较进而强化性质，如将两种气体分别通入澄清石灰水、品红溶液、酸性高锰酸钾溶液和氢氧化钠溶液对比分析。学生也要有勇于质疑的能力，教师可以在教学过程中通过设疑故意出错等等培养学生学会用发展的眼光看待问题。除此之外，学生的化学试验能力、设计方案解决问题的能力也都是必不可少的。

三、教学启示

基于认知、知识、素养的微粒观是要学生建构一个立足于学生认知、兼顾化学课程知识、最终指向明确逻辑体系的微粒观网络结构，从这个角度加以分析可以得出微粒观建构基础的组织结构（如图5所示）。其中，认知基础、知识基础和素养基础是建构微粒观的三大核心，每个核心又各自形成了一个稳固的三角形骨架。认知基础是在构建微粒观过程中从人的视角而言的基础，主要指学生的认知，其中学占主要部分，也可以认为是人从自然界的习得；知识基础是从课程内容的角度出发，行为主体依旧是学生，但如何从认知过渡到知识的关键在于如何教；素养基础不是单一、片面的，而是具有复杂的过程性的，因此要从方法的视角出发，通过教学设计和教学方法的选择将认知和知识的融合落实在一切教学活动中。认知基础促进了知识基础的形成，知识基础迁移应用于更深层次的认知基础，两者相互作用、相互融合于素养基础，三者密不可分、缺一不可、共同作用于微粒观的建构。微粒观的建构基础中体现和渗透着微粒觀的内涵，反过来，从微粒观的内涵出发又可以逐渐明确微粒观建构基础的基础，即微粒观建构的二级基础（如图6所示）。

总体而言，建构微粒观经历了从认知到知识，再到素养的一个复杂发展过程，同时还要处理好教、学和教学三者之间的关系，这不是一蹴而就的，需要时间和方法的支撑。对于教学，主要有以下两点思考。

第一，在教学中融合学生的认知和知识是必要的。虽然三大基础都是不可或缺的，认知和知识也可以说为微粒观的建构奠定了坚实的基础，但素养基础才是发挥了至关重要的作用的，也是学生最难形成的。因此，教师在实际教学的过程中尤其要利用好认知与知识之间的关系，并做好两者的融合，帮助学生更好地理解、领会和运用，进而培养学生的微粒观。如何将这种融合落实到教学活动中是每一个教师值得思考的问题。

第二，微粒观建构基础的组织结构是否可以有效迁移应用于其他基本观念的建构培养和日常教学中？如果可以，又该如何实际应用？认知、知识和素养三者及其相互关系是研究教学不可避而不谈的问题，在此基础上综合人的、课程内容的以及方法的多种角度，使这一建构组织结构可以有效地促进学生微粒观的培养。如果抛开微粒观，该框架又该如何作用于诸如元素观、能量观等其他基本观念的培养中，以实现其利用率的最大化？这在教学过程中会对学生更好、更快地建立化学观念有一定的促进作用。

参考文献

［1］ 中华人民共和国教育部. 义务教育化学课程标准（2022年版）［S］. 北京：北京师范大学出版社，2022.

［2］ 中华人民共和国教育部. 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．［3］ 朱玉军. 中学化学的基本观念探讨［J］. 中国教育学刊，2013（11）：70-74.

［4］ 陶本一. 学科教育学［M］. 北京：人民教育出版社，2002.

［5］ 张笑梅，马勇军. 从经验、知识与学科的关系谈“学科教育学”研究对象［J］. 山东教育学院学报，2007（3）：10-12.