用變換的角度看世界

謝如俊

摘要：對于“構(gòu)成物質(zhì)的基本微?！苯虒W，提出“用變換的角度看世界”的教學思路，具體提出4點教學建議：一是突出宏觀現(xiàn)象與微粒性質(zhì)辯證關系教學;二是強化宏觀物質(zhì)、微觀粒子、符號及微觀模型的對應教學;三是從宏觀上辨識物質(zhì)的分類及變化類型，從微觀上探析微粒的行為特征;四是利用科學史教學，滲透科學精神與社會擔當，巧妙歸納。

關鍵詞：微粒;宏觀;微觀;符號;模型;表征

文章編號：1008-0546（2022）10-0007-05中圖分類號：G632.41文獻標識碼：B

“構(gòu)成物質(zhì)的基本微?！笔菧贪婢拍昙壔瘜W第3章第1節(jié)的教學內(nèi)容，它涉及：微粒的性質(zhì)、分子、原子、離子等教學內(nèi)容，[1]具體一點有物質(zhì)是由哪些微：粒構(gòu)成的;每一種微粒有哪些重要的性質(zhì);分子、原子、離子之間的區(qū)別與聯(lián)系;原子的結(jié)構(gòu);物質(zhì)的變化類型與物質(zhì)的類別從微觀角度的判斷等等。學生在學習這一部分知識時常感到困難，困難的原因是微觀世界是無法感知的，常會產(chǎn)生理解的障礙;其次，學生在學習這一部分知識時，“三聯(lián)”即：聯(lián)系、聯(lián)想與關聯(lián)的較少，宏觀與微觀、符號之間無法建立聯(lián)系，知識出現(xiàn)斷層現(xiàn)象;再次，由宏觀推出微粒的性質(zhì)及由微粒的性質(zhì)去理解宏觀的現(xiàn)象及結(jié)論的能力較弱，還常以宏觀、感性的理由去解釋宏觀的現(xiàn)象。基于此，在教學時，針對這一部分知識相對較多，學生難于從整體上把握，不能有效地梳理知識，在大腦中還不能有效建立知識網(wǎng)絡，在教學的實踐過程中，提出“用變換的角度看世界”教學思路，引導學生善于變換思維方式，多種表征方式認識物質(zhì)與研究物質(zhì)。下面就這一部分的教學提幾點建議，以便在教學時幫助學生突破理解的障礙，化解理解的難點。

一、突出宏觀現(xiàn)象與微粒性質(zhì)辯證關系教學，學會從宏觀現(xiàn)象推測微粒性質(zhì)，由微粒性質(zhì)理解與解釋宏觀現(xiàn)象，建立兩者的辯證關系。

宏觀現(xiàn)象與微粒性質(zhì)之間建立聯(lián)系，有助于學生從現(xiàn)象與本質(zhì)兩個層面學習化學知識，使學得的知識更為扎實。在教學時發(fā)現(xiàn)學生對宏觀現(xiàn)象的解釋處于淺層的狀態(tài)，解釋的切入點也不對，不能從微觀處找到本質(zhì)原因。教學時應突出宏觀現(xiàn)象與微粒性質(zhì)兩者的辯證關系教學，幫助學生建立合理的思維模式。

首先，教學時應突出關聯(lián)教學，通過典型實驗的操作，指導學生比較、分析，正確描述其宏觀現(xiàn)象，再指導學生通過宏觀現(xiàn)象去推測微粒具有的性質(zhì)，反過來，由微粒的性質(zhì)啟發(fā)學生理解宏觀現(xiàn)象與結(jié)論。例如，圖1所示實驗是為了證明“微粒是不斷運動的”這個結(jié)論，在教學過程中應首先引導學生得出宏觀現(xiàn)象：酚酞試液變紅，由此現(xiàn)象幫助學生分析濃氨水與酚酞試液并沒有接觸，由結(jié)論推知可能是濃氨水“跑到”了酚酞試液當中去了，由這種“跑”可進一步推測出構(gòu)成氨水的微粒不斷運動的結(jié)果，由此得出了“微粒是不斷運動的”這個結(jié)論;同時，在教學時還可引導學生從“微粒是不斷運動的”這個微粒的性質(zhì)理解宏觀現(xiàn)象：酚酞試液變紅，整個過程合情合理，符合邏輯。圖2所示實驗是為了證明“微粒之間存在著間隙”的結(jié)論。教學過程中首先通過實驗操作，引導學生描述實驗現(xiàn)象：兩液體混合時，總體積減少，再由宏觀現(xiàn)象引導學生作出合理的推測，此時可通過比喻幫助學生理解，推測出微粒在相互運動的過程中，互相鉆到了對方微粒之間的空隙中，這種推測合情，符合學生認知。反過來，教者再由微粒所具有這種性質(zhì)出發(fā)，理解總體積減小的宏觀現(xiàn)象，幫助學生樹立宏觀現(xiàn)象與微粒性質(zhì)之間的辯證關系。

其次，由具體的案例教學進行概括、整合，建立宏觀現(xiàn)象與微粒性質(zhì)的辯證關系。通過圖1中宏觀現(xiàn)象——酚酞試液變紅，推測出微粒性質(zhì)——微粒是不斷運動的，反之，由微粒性質(zhì)去理解宏觀現(xiàn)象，這已成為我們學習宏微知識、解決此類問題的重要的思路與模式。在教學時，應通過大量的案例教學幫助學生形成這種學習的思路與思維的模式（圖3）。幫助學生建立這種模式與思維方式，引導學生在學習的過程中嘗試運用這種模式與思維方式學習宏微方面的知識，主動建構(gòu)較為有效的化學思維模式。

再次，引導學生運用此思維的模式解決有關實際問題。教學時設置有效問題，讓學生通過討論、交流、聯(lián)系等方式，運用模式解決問題，從中鞏固已學的相關知識及解決問題的思維模式。例如，在教學中可設置如下3個問題：

問題1：取一個透明的玻璃杯，先倒入半杯水，再放入一大塊冰糖，立即在玻璃杯外壁液面位置做上記號，冰糖完全溶解后液面低于記號，解釋原因？

問題2：水銀溫度計溫度升高，汞柱上升的原因。

問題3：有人說，1L黃豆與1L芝麻相混合，其體積小于2L，這個事例說明了分子之間有間隙。你認為對嗎？

這3個問題中有涉及模式的模仿、遷移與運用的，問題1直指課本上的實驗的范式運用;有涉及問題的變式與深化的，問題2要求學生在原來認知基礎上，更深入地思考，微粒的運動與溫度的關系，這樣的思考關鍵還在于靈活運用宏微思維模式進行;還有對此類問題的辨析與反思的，問題3要求學生學會辨析與反思，尋找到現(xiàn)象與原因之間不能形成邏輯關系的本質(zhì)，有些宏觀現(xiàn)象的原因不需要推理，它的原因通過宏觀原因就能推知，而有些宏觀現(xiàn)象的原因是需要推理的，它的原因不能通過宏觀加以推知，正是通過推理得知的，才能體現(xiàn)微粒的性質(zhì)。通過實際問題的解決，幫助學生深化了對此思維模式的理解，完成了知識的內(nèi)化，形成解決問題的技能與智慧。

二、強化宏觀物質(zhì)、微觀粒子、符號及微觀模型的對應教學，形成它們之間有效轉(zhuǎn)換，建立學習化學物質(zhì)多重表征的方式。

化學的研究對象是物質(zhì)，教學的基本任務是幫助學生正確、全面地認識物質(zhì)。[2]對于物質(zhì)的宏觀特征，較為感性，學生理解較為容易，而學生在學習微觀粒子及符號時，總出現(xiàn)張冠李戴，符號寫錯的現(xiàn)象，本質(zhì)根源，沒有建立它們之間的聯(lián)系，對應教學還很弱，在進行分子教學時，可強化對應教學，使學生形成宏觀物質(zhì)、微觀粒子、符號及微觀模型之間有效轉(zhuǎn)換。

首先，教學時展示宏觀物質(zhì)的實物或圖片（氫氣、水、二氧化碳），引導學生從宏觀上感知宏觀物質(zhì)。為了宏觀上全面了解物質(zhì)，可引導學生回顧此物質(zhì)常見的物理性質(zhì)與化學性質(zhì)，以此強化對宏觀物質(zhì)的理解。

其次，提出問題：物質(zhì)是由肉眼所看不到的微粒構(gòu)成的，說出構(gòu)成這些物質(zhì)的微粒分別是什么？引導學生得出構(gòu)成這些物質(zhì)的具體的微粒，在此基礎上再提出問題：為了形象地表示物質(zhì)的組成與微粒的構(gòu)成，用什么可表示？強化符號表征。化學式不僅表示出物質(zhì)的組成元素還形象表示出每一個分子中原子的構(gòu)成情況，化學式是化學學習重要的化學語言。

再次，由于微粒是看不見與摸不著的，帶來了學生在學習時的困難，為了幫助學生理解，教者強調(diào)運用模型的方式幫助學習，教學中出示常見的分子模型，結(jié)合模型講解分子的構(gòu)成，進一步幫助學生理解宏觀性質(zhì)的不同主要體現(xiàn)在微觀粒子的不同。

通過以上幾個階段教學，使學生對宏觀物質(zhì)、微觀粒子、符號及模型之間建立了有效聯(lián)系，再通過多媒體出示這樣的過程，讓學生再次從整體上感知學習化學物質(zhì)的思路與方法（圖4）。

接下來，幫助學生梳理，形成宏觀物質(zhì)、微觀粒子、符號及模型的關系圖，構(gòu)建它們的網(wǎng)絡關系結(jié)構(gòu)圖（圖5）。在構(gòu)建時，向同學們闡述它們之間的邏輯關系，宏觀物質(zhì)與微觀粒子是構(gòu)成與被構(gòu)成的關系，宏觀物質(zhì)的組成及微觀粒子的構(gòu)成在化學學習時可用符號表示，微觀粒子及符號的形象化可用模型表示。每一組概念之間的關系是雙向的，采用互聯(lián)的學習方式展開，由此及彼，由彼及此地展開“三聯(lián)”學習活動。向?qū)W生講述用這樣的方式學習物質(zhì)更深刻、更全面，學習物質(zhì)表征方式可以是宏觀表征、還有微觀表征、符號表征及模型表征等多種方式，[3]并向?qū)W生講述宏觀物質(zhì)的性質(zhì)的差異關鍵可從微觀粒子的構(gòu)成的不同找到原因，建立邏輯關系，使有意義學習落到實處。

最后，學以致用，設置問題幫助學生鞏固多重表征的學習方式，加強不同表征方式之間的聯(lián)系與轉(zhuǎn)換，強化不同表征方式的邏輯聯(lián)系。

問題：過氧化氫和水都是由兩種元素組成的，但二者化學性質(zhì)卻不同。例如，過氧化氫在條件下能迅速分解，水在條件下能分解，二者性質(zhì)不同的原因是不同。

物質(zhì)的宏觀表征，包括物質(zhì)的組成元素、宏觀性質(zhì)及變化，問題要求學生分析出宏觀性質(zhì)不同的本質(zhì)原因，指導學生學會用微觀的表征、符號表征及模型表征加以理解，找到性質(zhì)不同的真正原因。從符號及模型理解，分析出分子的構(gòu)成是不同的，導致宏觀性質(zhì)的差異。

三、從宏觀上辨識物質(zhì)的分類及變化類型，從微觀上探析微粒的行為特征，用宏微結(jié)合的方式全面認識物質(zhì)的分類及變化。

中學化學的核心素養(yǎng)之一是培養(yǎng)學生“宏觀辨識與微觀探析”的能力水平，[4]化學的研究范圍包括研究物質(zhì)的變化及其分類，學會用“分類”的化學思維方式認識物質(zhì)，此部分知識的教學可從不同的視角認識物質(zhì)，善用變換的方式認識物質(zhì)的分類及變化。

首先，宏觀辨識，利用問題驅(qū)動，讓學生帶著問題思考從宏觀角度對物質(zhì)的分類及變化類型進行辨識。

問題1：什么是混合物？什么是純凈物？

下列物質(zhì)中屬于混合物的有。

①納米銅，②氧氣與臭氧混合，③二氧化錳，④氫氣，⑤蒸餾水，⑥冰水共存物，⑦過氧化氫溶液，⑧硬水，⑨空氣，⑩高錳酸鉀

問題2：什么是物理變化？化學變化？

下列屬于物理變化的是;屬于化學變化的是。

①水汽化，②電解水，③分離液態(tài)空氣制氧氣，④汞變成汞蒸氣，⑤過氧化氫制氧氣，⑥氧化汞分解，⑦氫氣燃燒。

回顧舊知，鞏固所學的知識，引導學生宏觀角度理解物質(zhì)的分類與變化，進一步明確宏觀辨識物質(zhì)分類與變化的標準。

其次，微觀探析，設置兩個問題，利用模型展開教學。

問題1：用模型表示出一種純凈物（以氫氣為例）和一種混合物（以氧氣與臭氧混合為例），畫出示意圖，并說明純凈物與混合物的組成情況。

問題2：分別用模型表示出一個物理變化（以水氣化為例）和一個化學變化（以水變成氫氣與氧氣為例）的過程。要求：模擬過程用示意圖表示出來。

模型探究的目的是較為形象地從微觀角度展現(xiàn)物質(zhì)變化與分類教學過程中微粒的行為。問題1教學時指導學生通過組合磁性分子模型達到解決問題的目的。氫氣，學生拼湊的只有1種分子模型，而氧氣與臭氧混合，學生拼湊的是2種分子模型，從模型中很直觀地得出純凈物與混合物的區(qū)別，純凈物中存著一種分子，而混合物中存在著多種分子（分子角度）;問題2教學時引導學生在黑板上利用水分子模型的移動、拆缷與重組，完成化學變化與物理變化在微觀層面模擬變化過程（圖6、圖7），在活動中讓學生感受到物理變化中分子本身沒有改變，只是間隙在改變，而化學變化中分子首先分解成原子，原子再重新組成新的分子。通過這樣的教學活動，讓學生從宏微兩個角度認識物質(zhì)的變化與分類，使認知更具有深刻性。

四、利用科學史教學，滲透科學精神與社會擔當，巧妙歸納，探究原子結(jié)構(gòu)，完善知識結(jié)構(gòu)。

對于原子結(jié)構(gòu)的教學，這是很好的滲透科學精神與社會擔當?shù)暮脵C會，對于微粒的發(fā)現(xiàn)與由來的介紹，會使同學們對科學家的科學精神有更深的領悟，情感得以進一步升華，學生充滿對科學家人格的敬重。利用科學史的教學是對學生人生觀的一次正面積極教育，幫助其樹立正確的人生觀與價值觀。

首先，教學時教者應用富有激情的語言感染學生，“同學們，對于微觀世界的探究，科學前行的腳步其實一直都沒有停止，從遠古的哲學猜想到當代的眼見為實，經(jīng)歷了2500多年！”繼而利用多媒體展示科學家與微粒發(fā)現(xiàn)的故事的表格（表1）。教者利用通俗化語言給予講解，早在公元前400多年前希臘的學者就提出物質(zhì)由“原子”構(gòu)成，而原子學說與分子學說的提出具有劃時代的意義，讓化學從一門分支學科成為一門獨立的學科。湯姆生發(fā)現(xiàn)了電子又推翻了道爾頓的一些觀點（認為原子是密不可分的實心球體），讓科學的腳步更前行一步，他提出的觀點 （正電荷與負電荷是均勻分布的）又被他的學生盧瑟福所否定，他成功地發(fā)現(xiàn)了原子核，繼而他還發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子，盧瑟福的學生查德威爾又成功地發(fā)現(xiàn)了中子等。直到1982年，人類利用掃描隧道顯微鏡第一次“看”到了分子、原子微粒，獲得了清晰的圖像。這一系列歷史故事再次證明科學是不斷發(fā)展的，科學結(jié)論不斷完善的，科學結(jié)論的得出是一個不斷修正的過程。歷史回放讓學生在回味故事中，豐富了微粒的知識。

其次，幫助學生梳理知識，建立知識網(wǎng)絡。由于學生在第一環(huán)節(jié)中認識微粒并不是片面的，產(chǎn)生了很豐富的情感，也對知識產(chǎn)生了多角度的理解，趁熱打鐵，引導學生把原子、原子核、核外電子、質(zhì)子、中子等微粒串聯(lián)起來，尋找它們的從屬關系，構(gòu)建知識的網(wǎng)絡，幫助學生分析原子所呈現(xiàn)的電性與質(zhì)量的特征。實踐證明，由于學生是在真實的情境中感受了知識，豐富了概念的知識內(nèi)涵，對于微觀概念的學習就不會感到枯燥，絕大同學能迅速地理清概念之間的關系，取得了不錯的效果（圖8）。

參考文獻

[1]王祖浩，等.義務教育教科書·化學（九年級上冊）[M].上海：上海教育出版社，2013.

[2]中華人民共和國教育部.全日制義務教育化學課程標準（2011年版）[S].北京：北京師范大學出版集團，2011.

[3]張丙香，畢華林.化學三重表征的含義及其教學策略[J].中國教育學刊，2013（2）：73-76.

[4]朱鵬飛，徐惠.核心素養(yǎng)的研究進展及對化學核心素養(yǎng)構(gòu)建的啟示[J].化學教學，2016（7）：3-7.