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      化學(xué)符號(hào)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中起到“宏觀—微觀”關(guān)系建立的橋梁作用

      2022-02-20 11:30:15陳文紅
      關(guān)鍵詞:宏觀微觀運(yùn)用

      陳文紅

      【摘要】“微粒觀”是重要的化學(xué)學(xué)科基本觀念之一,對(duì)“微粒觀”的考查主要體現(xiàn)在宏觀現(xiàn)象微觀分析中,簡稱為“宏觀—微觀”的運(yùn)用。但是,化學(xué)學(xué)科的三重表征“宏觀—符號(hào)—微觀”是不可分割的、互相統(tǒng)一的。在教學(xué)中,教師應(yīng)重視化學(xué)符號(hào)對(duì)建立“宏觀—微觀”的橋梁作用。

      【關(guān)鍵詞】三重表征;“宏觀—微觀”運(yùn)用;化學(xué)符號(hào);元素化合物實(shí)驗(yàn)教學(xué)

      道爾頓和阿伏加德羅等人的研究得出一個(gè)重要的結(jié)論:“物質(zhì)是由原子和分子構(gòu)成的,分子的破裂和原子的重新組合是化學(xué)變化的基礎(chǔ)?!薄霸诨瘜W(xué)變化中分子會(huì)破裂,而原子不會(huì)破裂,但可重新組合成新的分子?!痹诱摵头肿訉W(xué)說的創(chuàng)立是奠定近代化學(xué)的基礎(chǔ)。

      畢華林教授在《化學(xué)基本觀念的內(nèi)涵及其教學(xué)價(jià)值》一文中提出了化學(xué)學(xué)科“基本觀念”。其中,“微粒觀”是重要的學(xué)科基本觀念之一,并對(duì)“微粒觀”的重要概念做了較完整的表述。初中畢業(yè)水平測(cè)試中,在評(píng)價(jià)學(xué)生觀念素養(yǎng)方面,也重視“微粒觀”的考查。一線教學(xué)中,對(duì)“微粒觀”重要概念的討論及如何建構(gòu)“微粒觀”的教學(xué)探討如雨后春筍,厚積薄發(fā)。

      一、學(xué)生在運(yùn)用“宏觀—微觀”的思維方式“斷層”

      根據(jù)《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》及《廣州市義務(wù)教育階段九年級(jí)化學(xué)學(xué)科單元學(xué)業(yè)質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(試行)(2017年版)》,在初中階段,學(xué)生的“微粒觀”達(dá)成的重要評(píng)價(jià)觀點(diǎn)可以歸納為以下兩點(diǎn):(1)能夠從微粒的角度(質(zhì)量和體積都很小;微粒之間有間隔;不停的運(yùn)動(dòng))解釋一些宏觀現(xiàn)象;(2)能用模型化的方式用微粒的觀點(diǎn)去理解物理變化及化學(xué)變化的本質(zhì)(能看懂、會(huì)描述),能用模型、動(dòng)畫等建立宏觀物質(zhì)與微粒之間的聯(lián)系(能分析解釋會(huì)運(yùn)用)。

      1.對(duì)中考“用微粒的觀點(diǎn)解釋或分析物質(zhì)組成及其變化”的考查分析

      以廣州市2021年初中化學(xué)畢業(yè)水平考試中第16題(2)為例:

      這一題目以“鹽酸與生銹鐵釘發(fā)生反應(yīng)”這一宏觀事實(shí)展開了“微粒觀”的一系列考查,包括用模型表示反應(yīng)后生成物的微粒、判斷混合液中的反應(yīng)和鈣離子檢驗(yàn)(離子的性質(zhì))、利用化學(xué)方程式的計(jì)算(基于粒子從量的角度認(rèn)識(shí)化學(xué)變化)。

      考生在第(2)小題的答題過程出現(xiàn)的問題:

      (1)無法確定構(gòu)成氫氣、氯化氫的微粒。考生的典型錯(cuò)誤答案:構(gòu)成氫氣的微粒是,構(gòu)成氯化氫的微粒是;

      (2)在根據(jù)宏觀現(xiàn)象分析鹽酸與生銹鐵釘反應(yīng)后生成物的微粒構(gòu)成時(shí),缺乏或者不熟練通過先分析反應(yīng)后寫出化學(xué)方程式的方法來溝通“宏觀—微觀”的關(guān)系。

      2.對(duì)正在學(xué)習(xí)“微粒觀”的學(xué)生展開的調(diào)查分析

      在完成人教版初中化學(xué)上冊(cè)第3單元“物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”和第4單元“化合價(jià)與化學(xué)式”的教學(xué)后,選擇兩次單元測(cè)驗(yàn)成績平均為55分(滿分100)左右的學(xué)生(共60名學(xué)生)進(jìn)行以下三個(gè)問題答題情況的調(diào)查。

      調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計(jì)如下:

      在對(duì)新學(xué)階段學(xué)生的反饋調(diào)查中,出現(xiàn)了典型錯(cuò)誤答案,如,“水是由2個(gè)氫原子和1個(gè)氧原子構(gòu)成的”“氯氣由氯原子構(gòu)成”“氯氣由氯離子構(gòu)成”等。這反映了學(xué)生在解答“宏觀—微觀”類的題目時(shí),其思維方式是直接將宏觀物質(zhì)與微觀知識(shí)對(duì)接,沒有用好化學(xué)符號(hào)對(duì)解答“宏觀—微觀”類題目的橋梁作用,甚至完全沒有想到可以用化學(xué)符號(hào)作為分析的立足點(diǎn)。

      從表格1-3的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中可以看出,寫出物質(zhì)的化學(xué)式或反應(yīng)的表達(dá)式后再畫出微觀示意圖的,比起沒寫出物質(zhì)的化學(xué)式或反應(yīng)的表達(dá)式就畫出微觀示意圖的,學(xué)生答題的正確率明顯要高出一截。后續(xù)對(duì)部分學(xué)生進(jìn)行了訪談,發(fā)現(xiàn)學(xué)生在理解化學(xué)變化的微觀本質(zhì)時(shí),學(xué)生是知道“反應(yīng)物的分子分開成原子,原子重新結(jié)合成新的分子”這個(gè)知識(shí)點(diǎn)的,但是卻常常不知道或者不會(huì),通過寫出物質(zhì)化學(xué)符號(hào)進(jìn)而分析物質(zhì)的組成,從而再判斷“新分子”的構(gòu)成并畫出模型圖。也就是說,學(xué)生對(duì)微粒的知識(shí)處于“知道懂得”,但是卻不會(huì)“分析運(yùn)用”,而這中間缺少的思維方式,正是通過用化學(xué)符號(hào)分析物質(zhì)組成,用化學(xué)符號(hào)作為“宏觀—微觀”的橋梁。

      二、教學(xué)中重視化學(xué)符號(hào)對(duì)建立“宏觀—微觀”的橋梁作用

      對(duì)中考“微粒觀”的考查要求及對(duì)考生的答題分析,對(duì)新學(xué)階段學(xué)生的“微粒觀”運(yùn)用的反饋調(diào)查分析?;谝陨蟽蓚€(gè)方面的分析,可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生建立的“宏觀現(xiàn)象—微觀分析”思維方式,是缺乏以符號(hào)作為橋梁的。也就是說,學(xué)生的知識(shí)建構(gòu)中,“宏觀—符號(hào)—微觀”三重表征不能統(tǒng)一,學(xué)生在理解分析有關(guān)問題上做不到三重表征“互通”?;诖耍P者提出了在教學(xué)中應(yīng)重視化學(xué)符號(hào)對(duì)建立“宏觀—微觀”的橋梁作用。這也是筆者將“符號(hào)”放在三重表征關(guān)系中間的原因。

      化學(xué)式的教學(xué)中要體現(xiàn)“宏觀—符號(hào)—微觀”三重表征的思維。人教版九年級(jí)化學(xué)上冊(cè)第四單元課題4“化學(xué)式與化合價(jià)”,對(duì)單質(zhì)的化學(xué)式書寫及對(duì)化合物的書寫的教材內(nèi)容編寫都是文字表述。例如,稀有氣體用元素符號(hào)表示,如,氦寫為He,氖寫為Ne;非金屬氣體在元素符號(hào)右下角寫上表示分子中所含原子數(shù)的數(shù)字,如O2;在書寫化合物的化學(xué)式時(shí),除要知道這種化合物含有哪幾種元素及不同元素原子的個(gè)數(shù)比外,還應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

      1.當(dāng)某組成元素原子個(gè)數(shù)比是1時(shí),1省略不寫

      “宏觀—符號(hào)—微觀”三重表征思維統(tǒng)一,不是將每一版塊的相關(guān)知識(shí)要點(diǎn)學(xué)完就可以建立的。要建立“宏觀—符號(hào)—微觀”三重表征思維,要達(dá)到“宏觀—微觀”的熟悉運(yùn)用。因此,教師要在新授課化學(xué)式的教學(xué)中把物質(zhì)的構(gòu)成與化學(xué)式的意義聯(lián)系起來。學(xué)生能吃透物質(zhì)的組成,這既是“宏觀—微觀”運(yùn)用時(shí)的重要磚瓦,也建立了一定基礎(chǔ)的“宏觀—微觀”的思維方式。筆者提出的教學(xué)建議如表2-1所示。

      這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn):(1)微粒構(gòu)成示意圖與符號(hào)對(duì)照關(guān)系直觀明了。例如,“O2”符號(hào)中右下角的數(shù)字含義,就是分子結(jié)構(gòu)中該原子的個(gè)數(shù)。直觀的對(duì)照展示,讓學(xué)生更容易理解符號(hào)與微粒構(gòu)成的關(guān)系。

      (2)表格中加上物質(zhì)所屬類別,有助于學(xué)生建立更牢固的思維方法。例如,很多學(xué)生在判斷氯化鈉構(gòu)成的微粒時(shí)完全沒有頭緒,往往想不到是離子構(gòu)成,這就是缺乏思維方式的體現(xiàn)。而表2-1的教學(xué)設(shè)計(jì),能夠幫學(xué)生建立起來的思維方式,首先分析組成元素的類別分別是金屬元素與非金屬元素,在結(jié)合時(shí)金屬元素的原子失去電子成為陽離子,非金屬元素的原子則得到電子成為陰離子,陰陽離子按照一定的個(gè)數(shù)比例相互結(jié)合,其離子個(gè)數(shù)比體現(xiàn)在其化學(xué)式中。

      以上述的設(shè)計(jì)展開教學(xué),學(xué)生能夠通過“化學(xué)符號(hào)”對(duì)物質(zhì)組成進(jìn)行分析,更好地建立“宏觀—微觀”的關(guān)系,真正把“宏觀—符號(hào)—微觀”的三重表征在思維上統(tǒng)一起來。

      2.元素化合物的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要訓(xùn)練“宏觀—符號(hào)—微觀”三重表征的思維

      實(shí)驗(yàn)是化學(xué)的重要基礎(chǔ),許多重要的原理、定律的建立都是通過實(shí)驗(yàn)得到的。以人教版九年級(jí)初中化學(xué)為例,一共設(shè)置8大學(xué)生實(shí)驗(yàn)活動(dòng),其中,元素化合物的實(shí)驗(yàn)有4個(gè),占率達(dá)50%,而在酸堿單元中共設(shè)置10個(gè)教師演示實(shí)驗(yàn),無一例外全部是元素化合物內(nèi)容??梢?,元素化合物的實(shí)驗(yàn)課在初中階段的重要性。元素化合物的實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐⒅貙?duì)宏觀物質(zhì)的性質(zhì)學(xué)習(xí),但是對(duì)學(xué)生的考查評(píng)價(jià)卻不僅僅是物質(zhì)的變化和性質(zhì),往往會(huì)以常見物質(zhì)的性質(zhì)及其變化為載體,以“宏觀—符號(hào)—微觀”三重表征的模式來考查和評(píng)價(jià)學(xué)生。

      在人教版初中化學(xué)的教材中也有體現(xiàn)“用模型在宏觀物質(zhì)與微觀粒子之間建立聯(lián)系”,下表2-2是第三單元“物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”后各章節(jié)出現(xiàn)的微粒觀模型教材。

      從表2-2可知,“微粒觀”基本觀念的形成是在后續(xù)教學(xué)中不斷鞏固和深化的,并且體現(xiàn)了“用模型在宏觀物質(zhì)與微觀粒子之間建立聯(lián)系”的教學(xué)目標(biāo)。但是從教學(xué)效果分類上看,人教版選材的微粒模型圖達(dá)成的教學(xué)作用還是有所欠缺,主要體現(xiàn)在對(duì)宏觀“量化”事實(shí)的解釋及化學(xué)符號(hào)對(duì)“宏觀—微觀”橋梁作用的缺失。

      教師要主動(dòng)在元素化合物的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中挖掘適合的素材,加強(qiáng)化學(xué)式、化學(xué)方程式等化學(xué)符號(hào)對(duì)“宏觀—微觀”的橋梁作用,進(jìn)一步整合并訓(xùn)練學(xué)生“宏觀—符號(hào)—微觀”三重表征的思維。筆者將提出的部分元素化合物的實(shí)驗(yàn)教學(xué)建議在表2-3呈現(xiàn)出來。? ? ?; ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(下轉(zhuǎn)第23版)(上接第22版)

      表2-3 人教版九年級(jí)化學(xué)部分元素化合物的實(shí)驗(yàn)教學(xué)建議

      以上四個(gè)元素化合物的實(shí)驗(yàn)教學(xué)建議,意在鼓勵(lì)教師在授課中,主動(dòng)挖掘宏觀知識(shí)背后的微觀意義,主動(dòng)幫助學(xué)生建立“宏觀—微觀”的過程分析思維,用好化學(xué)符號(hào)的整合作用。

      總之,“宏觀—符號(hào)—微觀”三重表征是統(tǒng)一的,作為最具化學(xué)學(xué)科特征的思維方式,三者是不能分割的。如果將“宏觀表征”和“微觀表征”歸屬于表述性描述性的表征,那么“符號(hào)表征”則可以認(rèn)為是公式性的可量化的表征。所以,在教學(xué)中要重視化學(xué)符號(hào)起到的思維作用,用好“化學(xué)符號(hào)”連接“宏觀—微觀”的橋梁作用。

      [本文系廣州市海珠區(qū)教育科學(xué)規(guī)劃2021年教師專項(xiàng)課題“基于教學(xué)評(píng)一體化的初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究”(課題編號(hào):2021C033)的研究成果]

      參考文獻(xiàn):

      [1]教育部.義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)[S].北京師范大學(xué)出版社,2012.

      [2]畢華林,盧巍.化學(xué)基本觀念的內(nèi)涵及其教學(xué)價(jià)值[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考,2011(6):3-6.

      [3]黃婕.“宏觀—微觀—符號(hào)”三重表征的化學(xué)學(xué)習(xí)研究[D].山東師范大學(xué),2005.

      [4]王麗秋.初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)功能研究[D].內(nèi)蒙古師范大學(xué),2015.

      [5]趙璐.初中化學(xué)微粒觀學(xué)習(xí)進(jìn)階的教學(xué)實(shí)踐研究[D].新疆師范大學(xué),2017.

      [6]戴光宏.基于化學(xué)核心觀念教育的教學(xué)內(nèi)容分析和教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考,2012(3).

      責(zé)任編輯? 溫鐵雄

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