談微粒觀的建構(gòu)基礎

唐依琳 季春陽

摘要：基本觀念在中學化學課程標準中被多次強調(diào)，微粒觀作為其中之一，在學生建構(gòu)的過程中存在諸多困難。在中學階段，有效建構(gòu)微粒觀是幫助學生更好地理解化學學科本質(zhì)和特征的必要選擇?；趯W生、教師、課程內(nèi)容、方法的角度，微粒觀建構(gòu)基礎主要包括認知基礎、知識基礎、素養(yǎng)基礎三個方面。

關鍵詞：認知；知識；素養(yǎng)；微粒觀；建構(gòu)基礎

文章編號：1008-0546（2023）07-0002-06 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2023.07.001

微粒觀作為中學化學基本觀念之一，在我國中學化學課程中占有重要的地位?！读x務教育化學課程標準（2022年版）》指出： “義務教育化學課程有利于激發(fā)學生對物質(zhì)世界的好奇心，形成物質(zhì)及其變化等基本化學觀念?！保?］ 從化學學科的視角來看，物質(zhì)是由微粒構(gòu)成的，包括分子、原子、離子等。 《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》也指出： “化學是在原子、分子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、轉(zhuǎn)化及其應用的一門基礎學科，其特征是從微觀層次認識物質(zhì)，以符號形式描述物質(zhì)，在不同層面創(chuàng)造物質(zhì)。”［2］ 在初中認識微粒的基本特征、知道微粒間存在相互作用的基礎上，高中化學宏觀辨識與微觀探析素養(yǎng)也對微粒觀的學習提出了明確的要求，即“能從元素和原子、分子水平認識物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化，形成‘結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的觀念。能從宏觀和微觀相結(jié)合的視角分析與解決實際問題。”然而，學生在學習的過程中，逐漸培養(yǎng)微觀視角、成功建構(gòu)微粒觀念還存在一定的困難。許多學生對于微粒觀念的理解還停留在經(jīng)驗層面，比較零散、沒有形成系統(tǒng)的知識層級，或嘗試用宏觀現(xiàn)象去解釋和定義微觀粒子，無法實現(xiàn)從宏觀到微觀的跨越，沒有處理好兩者的對立統(tǒng)一關系。究其原因，主要是缺乏微粒觀建構(gòu)的基礎?；诖?，筆者認為，很有必要對中學化學微粒觀建構(gòu)的基礎進行探討。

一、微粒觀的內(nèi)涵及建構(gòu)意義

微粒觀，是一種基于化學學科視角的觀念，也可以跨學科，涉及生物、物理等。朱玉軍提出，微粒觀是對世界本原的回答，同時體現(xiàn)了化學學科有別于其他學科的獨特的元素視角和在原子、分子層次上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及變化的具有定義作用的特征。［3］ 微粒觀的建構(gòu)過程是學生能夠從化學視角完成從認識物質(zhì)、描述分析物質(zhì)最后進階到創(chuàng)造物質(zhì)的過程?；诖?，筆者認為在中學化學的學習過程中，微粒觀就是人們循序漸進形成的以微粒為中心和主體、不斷認識微粒本身的特征和性質(zhì)并能夠解釋微粒行為的一種觀念和能力，主要包括微粒的構(gòu)成觀、微粒的間隙觀、微粒的運動觀和微粒的作用觀四個方面。

即知道哪些物質(zhì)是由何種微粒構(gòu)成的、不同的微粒結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有何不同、又會決定物質(zhì)具有什么樣不同的性質(zhì)；知道微觀粒子間存在間隙是客觀事實，不同物質(zhì)微粒間間隙是不同的、同一物質(zhì)不同條件下間隙也是不同的；知道微粒是永不停止地做無規(guī)則運動的，且受到溫度、壓強等外界因素的影響；知道微粒間存在相互作用，包括靜電吸引排斥、溶解和發(fā)生化學反應等等，知道微觀粒子是靠何種相互作用聚集成宏觀物質(zhì)的。建構(gòu)微粒觀，就是要在理解上述問題的基礎上，能夠?qū)W會遷移將其應用于實際情境分析出微觀本質(zhì)，同時又加深了對于微粒觀內(nèi)涵的理解。這是一個以微粒為核心，不斷橫向和縱深發(fā)展地去研究微粒的過程。

在原子、分子水平上研究物質(zhì)是化學學科的課程性質(zhì)，而微粒觀正是認識物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、轉(zhuǎn)化及應用的基礎。建構(gòu)微粒觀對于化學知識的學習和整合具有重要且關鍵的意義，特別是在階段復習過程中，隨著學生關于微觀粒子的知識儲備量越來越高，建構(gòu)良好的微粒觀更有助于學生從化學知識向化學學科核心素養(yǎng)的轉(zhuǎn)化。例如，原子可以構(gòu)成分子，原子得、失電子后會變成離子；分子可以延伸出溶解、共價鍵、分子間作用力等，離子同樣也可以擴展到復分解反應的發(fā)生條件、電離、水解等內(nèi)容，這樣就形成了一個以“分子—原子—離子”為基礎不斷縱向遷移的知識網(wǎng)絡，從而促進感性經(jīng)驗知識化、零散的知識系統(tǒng)化、分析視角微觀化，更好地服務于宏、微辯證統(tǒng)一地學習和研究化學。因此，需要對學生建構(gòu)微粒觀的基礎進行探討。

二、微粒觀的建構(gòu)基礎

在中學化學的學習過程中，學生的微粒觀該如何建構(gòu)呢？筆者認為，根據(jù)上述微粒觀的內(nèi)涵以及觀念構(gòu)筑的進階過程，學生建構(gòu)微粒觀主要基于以下三個方面：認知基礎、知識基礎和素養(yǎng)基礎。

1. 認知基礎

認知，既是學生的感性經(jīng)驗，也是建構(gòu)微粒觀的內(nèi)在基礎。在沒有系統(tǒng)知識的學習之前學生就會通過親身、直接體驗的過程感受世界，進而形成對身邊物質(zhì)的初步認識。但這些由實踐和經(jīng)驗得來的認識還沒有辦法上升到理論層面，個體也不會運用化學知識科學地解釋自己的感性經(jīng)驗。比如，學生可以聞到花香，但不知道這是微粒運動的結(jié)果；學生知道水結(jié)冰后體積會變大，但也不知道可以用微粒間隙觀去解釋這一客觀事實……學生更多看到的是宏觀世界帶給自己視覺、嗅覺等方面的直觀沖擊，雖然這些感性經(jīng)驗通常是無意識的或是被強化而潛在存在的，更不是一種理性認識，且常伴有個人主觀的含義，但確是建構(gòu)微粒觀不可或缺的認知基礎。正是這些認知使學生能夠慢慢從宏觀層次了解物質(zhì)，以語言形式描述物質(zhì)，且此時他們還不具備創(chuàng)造物質(zhì)的意識和能力。

微粒觀是一個很龐大的體系，應該在日常教學中結(jié)合學生已有認知基礎不停滲透這一觀念，并在適當?shù)臋C遇下教給學生其體系結(jié)構(gòu)，以幫助學生慢慢培養(yǎng)、建構(gòu)起微粒觀。因此，學生在剛剛接觸微觀粒子相關學習時并不會也不適合被告知微粒觀 這一化學基本觀念，無論是教師的教還是學生的學，都需要一個循序漸進的過程。也可以說此時是微粒觀建構(gòu)的隱性階段，個體的認知基礎會是學生理解并走進微觀世界的現(xiàn)實支撐和突破口。例如表1是以人教版初中化學九年級下冊中第十單元部分課題為例，列出了相關學習內(nèi)容對應的認知基礎。

在中學化學微粒觀建構(gòu)的過程中，認知基礎是要幫助學生從他們自己的視角去認識物質(zhì)。包括通過各種形式對學生學習興趣的激發(fā)和引導學生認識生活和觀察生活（如圖1所示）。具體來說，微粒即微觀粒子，是學生肉眼看不見、也摸不著的東西，在從認識、了解到研究微粒行為的過程中就需要極大地調(diào)動學生的學習興趣和積極性，可以通過采取和學生已有的生活經(jīng)驗建立起聯(lián)系等措施。此外，學生還需要學會認識生活和觀察生活，此時可以輔以教師的引導，主要目的是將學生對生活中一些已有現(xiàn)象的認知由無意注意轉(zhuǎn)變成有意注意。例如，學生在小時候大都玩過吹泡泡的游戲，用嘴吹氣就可以吹出很多泡泡飛在空中，利用壓強完成吹泡泡的這一行為可以和初中剛剛學習化學所涉及的裝置氣密性檢驗聯(lián)系起來，學生就能體會到氣體分子雖然看不見但卻是真實存在的，且不同的氣體是由不同的微觀粒子構(gòu)成的，這更可以指導以后的化學學習，如在鐵和水蒸氣高溫條件下反應的實驗中可以通過將導管末端插入到盛有肥皂水的蒸發(fā)皿中來進一步驗證有氣體的生成并檢驗氣體。

2. 知識基礎

知識，是指人們在改造世界的實踐中所獲得的認識和經(jīng)驗的總和，在建構(gòu)微粒觀的過程中屬于外部基礎。在杜威看來，知識是一種解決問題的工具，前人積累起來的文化遺產(chǎn)如果被用以處理現(xiàn)實問題，它就變成被改造了的經(jīng)驗。［4］ 也就是說，知識是通過認知（或感性經(jīng)驗）得來的，又可以作用于以后的認知活動中。在教師講授系統(tǒng)知識后，學生對物質(zhì)的認識會慢慢上升到理論層面，能夠科學地解釋自己的感性經(jīng)驗。已有認知是沒有理論化的知識，因此有助于知識的理解，同時站在知識層面后又能夠解釋新的認知，形成一個互促的循環(huán)。比如，學生知道了能聞到花香是花粉的微小顆粒運動的結(jié)果，就具備了解釋墨水在水中擴散這一現(xiàn)象的潛質(zhì)；學生知道了水結(jié)冰體積變大可以用微粒之間存在間隙去解釋，就有能力分析出為什么糖在水里一段時間會消失、水會變甜但液面卻下降了……在這一過程中，學生慢慢形成了理解、掌握、運用知識將認知與知識、微觀與宏觀聯(lián)結(jié)在一起的思維模式和宏微視角，既升華了認知也強化了知識。但在這里需要強調(diào)的是，知識并不等于經(jīng)驗，它有賴于人的主動參與和理性思維，是對經(jīng)驗的改造和整理，是感性經(jīng)驗和理性認識的結(jié)合；同時，知識也不完全來自于經(jīng)驗，有些知識主要是通過思辨形成的體系。［5］ 一般認為，這里的知識絕大部分是指中學化學教科書中的知識內(nèi)容，知識基礎不僅需要學生自己去搭建，還需要教師、同學等學優(yōu)者的幫助，是較高層次的基礎。

學生接受了系統(tǒng)、間斷且漸進的微粒知識的學習后，會在教師有意識地幫助下逐漸形成微粒的構(gòu)成觀、間隙觀、運動觀和作用觀等觀念的潛在意識，這是一種學生知其然、也知其所以然、但還不能形成具有明確邏輯的微粒觀體系的階段。應該說此時是微粒觀建構(gòu)的形成階段，個體的知識基礎會為學生從微觀層次認識物質(zhì)、以符號形式描述物質(zhì)提供理論支撐和智力支持。例如表2是以人教版普通高中化學課程必修第一冊第一章第二節(jié)的部分內(nèi)容為例，列出了相關學習內(nèi)容對應的知識基礎以及由此產(chǎn)生的遷移作用去解釋其他認知活動進行說明。

在中學化學微粒觀建構(gòu)的過程中，知識基礎是要在教師的引導下學生能夠從認識物質(zhì)進階到分析物質(zhì)。主要是通過具體且適當?shù)闹R點幫助學生正確處理微觀想象與宏觀現(xiàn)象之間的關系、注意與微粒觀相關觀念的聯(lián)結(jié)、重視微粒觀知識的整體性（如圖2所示）。

首先，宏微結(jié)合是微粒觀建構(gòu)的重要思想，學生需要借助宏觀現(xiàn)象初步形成微觀想象，并能通過宏觀現(xiàn)象進行檢驗，再完善、修正自己的微觀想象，能夠處理好微觀想象和宏觀現(xiàn)象之間的區(qū)別與聯(lián)系。其次，微粒觀并不是孤立存在的概念，它的建構(gòu)有賴于其他相關觀念的輔助和聯(lián)結(jié)，如教師要教給學生在微粒與元素之間建立聯(lián)系的思想，可以體現(xiàn)在元素化合價等方面。最后，微粒觀的知識不是孤立存在的，它們之間一定存在具體的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，并統(tǒng)一于微粒觀這一核心概念，在《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》必修課程中體現(xiàn)的微粒觀內(nèi)容包括：氧化還原反應、電離與離子反應、原子結(jié)構(gòu)與元素周期律、化學鍵、有機化合物的結(jié)構(gòu)特點和典型有機化合物的性質(zhì)，將涉及的內(nèi)容在教學中進行有機整合，會使學生微粒觀的知識基礎夯實得更為牢固（如圖3所示）。

3. 素養(yǎng)基礎

素養(yǎng)，是認知與知識結(jié)合的基礎上形成的一種品格和能力，是學生微粒觀成功建構(gòu)最重要也是最關鍵的基礎。形成素養(yǎng)基礎的最終目的是要對某一特定內(nèi)容建立起具有一定邏輯的知識體系，學生借助認知理解知識，運用知識解釋更多的認知，有利于知識的鞏固強化和遷移應用，兩者相互交織、互為促進，在此基礎上，學生形成了以微粒為中心和主體、能夠認識微粒本身的特征和性質(zhì)并能夠解釋微粒行為的觀念和能力，完成了微粒觀的成功建構(gòu)。比如學生借助能聞到花香理解了花粉的微小顆粒做無規(guī)則運動，運用微觀粒子的無規(guī)則運動解釋了諸如墨水在水中的擴散、濃氨水使封閉空間內(nèi)互不接觸的酚酞試液變紅等現(xiàn)象，經(jīng)過多次“認知-知識-認知”的循環(huán)往復，最終形成了微粒的運動觀；學生借助水結(jié)冰體積變大理解了微粒之間存在大小不一的間隙，運用微粒間存在間隙解釋了例如糖溶于水后液面下降、熱脹冷縮等現(xiàn)象，最終也形成了微粒的間隙觀。同理還可以形成微粒的構(gòu)成觀和微粒的作用觀，至此，完整的微粒觀建構(gòu)完成?？梢哉f，此時是微粒觀建構(gòu)的發(fā)展和成熟階段。

在這一漫長且復雜的過程中，個體素養(yǎng)基礎的成熟程度決定著學生微粒觀建構(gòu)的概括化水平，換句話說，每個學生建構(gòu)的微粒觀與微粒觀之間還是會有差異的，但總歸系統(tǒng)比零散更有利于化學的學習，尤其是在微粒觀這一核心概念的學習上。此時，基本實現(xiàn)了“從微觀層次認識物質(zhì)、以符號形式描述物質(zhì)、在不同層面創(chuàng)造物質(zhì)”的培養(yǎng)目標。例如表3是以人教版普通高中化學課程選擇性必修1第三章第三節(jié)中鹽類的水解這一內(nèi)容為例，從認知和知識相融合的角度簡 述素養(yǎng)基礎的形成以及部分學科觀念的建構(gòu)情況。

在中學化學微粒觀建構(gòu)的過程中，素養(yǎng)基礎是學生能夠在認識、描述分析物質(zhì)的基礎上具備創(chuàng)造物質(zhì)的潛質(zhì)。主要是在教學的過程中潛移默化地教給學生知識遷移、對比分析等的方法，并重在進一步轉(zhuǎn)化為學生的能力（如圖4所示）。知識遷移能力，就是鍛煉學生用已有知識解釋新問題的能力，教師可以由一個具體的知識點發(fā)散出多個問題，對學生進行能力的培養(yǎng)。對比分析能力，是要在學生的知識儲備較好后通過不斷引導學生對比不同物質(zhì)之間的區(qū)別和聯(lián)系最終才能形成的。如在高中必修第二冊中，學習了SO 2 相關內(nèi)容后，教師可引導學生對SO 2 與CO 2 性質(zhì)的異同進行比較進而強化性質(zhì)，如將兩種氣體分別通入澄清石灰水、品紅溶液、酸性高錳酸鉀溶液和氫氧化鈉溶液對比分析。學生也要有勇于質(zhì)疑的能力，教師可以在教學過程中通過設疑故意出錯等等培養(yǎng)學生學會用發(fā)展的眼光看待問題。除此之外，學生的化學試驗能力、設計方案解決問題的能力也都是必不可少的。

三、教學啟示

基于認知、知識、素養(yǎng)的微粒觀是要學生建構(gòu)一個立足于學生認知、兼顧化學課程知識、最終指向明確邏輯體系的微粒觀網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，從這個角度加以分析可以得出微粒觀建構(gòu)基礎的組織結(jié)構(gòu)（如圖5所示）。其中，認知基礎、知識基礎和素養(yǎng)基礎是建構(gòu)微粒觀的三大核心，每個核心又各自形成了一個穩(wěn)固的三角形骨架。認知基礎是在構(gòu)建微粒觀過程中從人的視角而言的基礎，主要指學生的認知，其中學占主要部分，也可以認為是人從自然界的習得；知識基礎是從課程內(nèi)容的角度出發(fā)，行為主體依舊是學生，但如何從認知過渡到知識的關鍵在于如何教；素養(yǎng)基礎不是單一、片面的，而是具有復雜的過程性的，因此要從方法的視角出發(fā)，通過教學設計和教學方法的選擇將認知和知識的融合落實在一切教學活動中。認知基礎促進了知識基礎的形成，知識基礎遷移應用于更深層次的認知基礎，兩者相互作用、相互融合于素養(yǎng)基礎，三者密不可分、缺一不可、共同作用于微粒觀的建構(gòu)。微粒觀的建構(gòu)基礎中體現(xiàn)和滲透著微粒觀的內(nèi)涵，反過來，從微粒觀的內(nèi)涵出發(fā)又可以逐漸明確微粒觀建構(gòu)基礎的基礎，即微粒觀建構(gòu)的二級基礎（如圖6所示）。

總體而言，建構(gòu)微粒觀經(jīng)歷了從認知到知識，再到素養(yǎng)的一個復雜發(fā)展過程，同時還要處理好教、學和教學三者之間的關系，這不是一蹴而就的，需要時間和方法的支撐。對于教學，主要有以下兩點思考。

第一，在教學中融合學生的認知和知識是必要的。雖然三大基礎都是不可或缺的，認知和知識也可以說為微粒觀的建構(gòu)奠定了堅實的基礎，但素養(yǎng)基礎才是發(fā)揮了至關重要的作用的，也是學生最難形成的。因此，教師在實際教學的過程中尤其要利用好認知與知識之間的關系，并做好兩者的融合，幫助學生更好地理解、領會和運用，進而培養(yǎng)學生的微粒觀。如何將這種融合落實到教學活動中是每一個教師值得思考的問題。

第二，微粒觀建構(gòu)基礎的組織結(jié)構(gòu)是否可以有效遷移應用于其他基本觀念的建構(gòu)培養(yǎng)和日常教學中？如果可以，又該如何實際應用？認知、知識和素養(yǎng)三者及其相互關系是研究教學不可避而不談的問題，在此基礎上綜合人的、課程內(nèi)容的以及方法的多種角度，使這一建構(gòu)組織結(jié)構(gòu)可以有效地促進學生微粒觀的培養(yǎng)。如果拋開微粒觀，該框架又該如何作用于諸如元素觀、能量觀等其他基本觀念的培養(yǎng)中，以實現(xiàn)其利用率的最大化？這在教學過程中會對學生更好、更快地建立化學觀念有一定的促進作用。

參考文獻

［1］ 中華人民共和國教育部. 義務教育化學課程標準（2022年版）［S］. 北京：北京師范大學出版社，2022.

［2］ 中華人民共和國教育部. 普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）［S］. 北京：人民教育出版社，2020．［3］ 朱玉軍. 中學化學的基本觀念探討［J］. 中國教育學刊，2013（11）：70-74.

［4］ 陶本一. 學科教育學［M］. 北京：人民教育出版社，2002.

［5］ 張笑梅，馬勇軍. 從經(jīng)驗、知識與學科的關系談“學科教育學”研究對象［J］. 山東教育學院學報，2007（3）：10-12.