中小学生建立“物质的微粒观”的案例研究

■陈为建

(作者单位：莒县教研培训中心，山东日照　276500)



◎学科教学◎

中小学生建立“物质的微粒观”的案例研究

■陈为建

一、“物质微粒观”的教学现状分析

当前小学、初中对“原子、分子和离子”内容的要求有所降低，初中部分内容挪到高中，新课程又把大学的一些内容下放到高中，造成学生课业负担过重，从而带来一系列问题。

(一)小学科学课

小学科学课程中的有关物质世界的宏观知识对于中学阶段学习“原子、分子和离子”等微观领域的知识奠定了坚实的基础。但在某些小学尤其是农村的很多小学，对科学课的重视不够，所以很多学生到了中学阶段接触微观领域的知识时感到力不从心。再加上“原子、分子和离子”这部分内容抽象，远离学生的生活经验，学生学到的宏观物质的知识不多，感性知识不充分，这就给教学带来了一定的困难。

(二)中学科学课程

各种版本的化学教科书对“原子、分子和离子”内容编排顺序不一样。人教版教科书有关“原子、分子和离子”的内容分多个单元完成的，在第一单元中出现了“分子”“原子”的名词，在第三单元安排了“分子和原子”一个课题专门学习分子和原子的概念，在第四单元进入到原子的内部，学习原子的构成，简要介绍原子的相对原子质量。鲁教版教科书对“原子、分子和离子”内容的呈现，在第一单元第一节课内容中，就引入了分子、原子知识和水分子的模型等微观知识；在第二单元以学生熟悉的水为载体描述分子的运动，在认识分子的基础上，向学生介绍原子及原子的结构。教科书把分子、原子、离子、相对原子质量等有关知识与水和溶液进行穿插编排，其主要目的是为了分散难点。各种版本的化学教科书对“原子、分子和离子”内容的要求不一样，例如“核外电子排布”的要求，人教版教科书介绍了6种元素的原子结构示意图，鲁教版化学教科书只介绍了氧原子的原子结构示意图。

(三)初中化学和物理教科书表述不一致

各种版本的化学教科书及物理教科书对“原子、分子和离子”内容表述不一致，例如“分子”的呈现，人教版化学教科书“分子是保持物质化学性质的最小粒子”、鲁教版化学教科书“分子是构成物质的一种基本粒子”，而人教版物理教科书“任何物质都是由及其微小的粒子组成的，这些粒子保持了物质原来的性质，我们把它们叫做分子”。

二、中小学生“物质微粒观”发展阶段性分析

学生认识发展空间分析要放到整个教育链中去考虑，学段间要有机衔接，而不能割裂。科学教育的一个重要任务是帮助学生建立物质的微粒性认识，能从微观的角度认识一些自然现象，形成对物质及其变化的科学认识。根据目前我国小学科学、初中化学与物理、高中化学必修与选修所学有关物质结构方面的知识建构成以下知识层级结构。

(一)小学阶段

小学科学课程中没有出现“原子、分子和离子”的具体内容，但要求学生知道“物质世界”研究的是自然界中物质的基本性质及其运动规律，从“物体与物质”、“运动与力”以及“能量的表现形式”三个部分学习“物质世界”。其中“物体与物质”部分通过对“物体→材料→物质”三个层次的观察和探究，让学生了解物质一些常见的基本性质和变化过程。从小学生的认知规律来看，一般都是从具体的事物逐步过渡到抽象的概念。

小学科学课程中删除了空气组成成分及氧气、二氧化碳性质及用途的认识。因为这部分内容和中学交叉，而且由于缺乏化学元素概念，氧气、二氧化碳对于儿童来说只是一种语言符号。新课程标准将水和空气整合进地球物质主题，这样处理有利于在全球尺度上把握地球系统的组成物质及其相互之间的联系。

(二)初中阶段

初中生已经形成物质可以分割成细小的微粒的感性知识；学生在物理课《丰富多彩的物质世界》中已经学习了物质的微粒性，并初步建立了分子、原子的概念；学生具备一定的想象力和逻辑推理能力；学生已掌握基本的实验操作技能，也了解实验在化学学习中的重要性。初中生以经验型的逻辑思维为主，理解抽象的概念和结论往往需要借助生动直观的形象和已有生活经验的支持。

初中化学课程是学生学习化学的基础阶段和启蒙阶段，帮助学生形成微粒观是一项重要任务。先通过学习和探究身边的一些常见物质，让学生了解氧气、二氧化碳、水等物质的性质和变化及制取和用途，从而激发学生的好奇心和进一步探究的欲望。不同物质为什么具有不同的性质？为什么会发生一些变化？学生的各种疑问，为认识物质的微观结构准备了一定的条件。然后带领学生从宏观世界走入微观世界，帮助学生用微粒观去解释宏观现象，理解化学现象的本质，从而进一步激发学生学习化学的兴趣，加深对以前所学知识的认识，为以后熟练使用化学用语，正确书写化学反应方程式做好准备，为学习质量守恒定律、燃料、金属以及酸、碱、盐知识奠定坚实的基础。

课程标准中对于离子的内容只要求“知道原子、分子、离子等都是构成物质的微粒”、“知道同一元素的原子和离子可以互相转化”。教学时先介绍核外电子运动的特点、核外电子的分层排布、原子结构示意图和金属、非金属、稀有气体元素原子核外电子层结构的特征与其化学性质的关系等内容。这些内容都是为了说明离子是什么，为说明离子是怎样形成的作铺垫。到此为止，已初步揭示了物质构成的奥秘，可鼓励学生自行设计图或表对相关的概念进行归纳和整理，培养学生总结概括能力。

课程标准只要求知道“原子是由原子核和核外电子构成的”，对核外电子分层排布有一个初步观念就可以了，就是知道原子核外的电子是分层排布的。至于怎样分层的、怎么样排布是不要求的；至于原子结构示意图，仅仅作为原子结构的一种表达手段，教学上不作要求。

(三)高中阶段

必修课程模块A1：了解人类对物质结构认识的历史，认识研究物质结构与性能的关系对人类认识自然的作用。必修课程模块A2：知道原子核外电子的能量是量子化的，了解原子核外电子的排布规律；能结合有关数据和实验事实认识元素周期律，了解原子结构与元素性质的关系；能描述元素周期表的结构，知道金属、非金属在元素周期表中的位置及性质递变规律；认识化学键的涵义，知道阴、阳离子间可以形成离子键，原子之间可以形成共价键。

物质结构与性质模块(B3)：从科学家探索物质构成奥秘的史实中体会科学探究的过程和方法，增强学习化学的兴趣；进一步形成有关物质结构的基本观念，初步认识物质的结构与性质之间的关系；能从物质结构决定性质的视角解释一些化学现象，预测物质的有关性质；在理论分析和实验探究过程中学习辩证唯物主义的方法论，逐步形成科学的价值观。

三、如何帮助中小学生建立“物质的微粒观”

学生学习障碍点之一：化学的学习涉及宏观、微观两大领域，尤其是微观领域，学生不能真实地看见，只能通过人为的一些模型、图片展开自己的想象，学生难以将宏观与微观知识联系起来，更难以从微观揭示物质本质的、深层次的特征与联系。

学生学习障碍点之二：学生对构成气体或液体的微粒是不断运动的、微粒间存在间隙容易理解，但对固体物质的微粒也是不断运动的、微粒间也存在间隙不容易理解，尤其是对微粒间存在作用力的认识情况最差。

学生学习障碍点之三：学生认识物质微观世界时受到相关学科的影响。有些学生将构成物质的微粒等同于生物学中的细胞；在解释气体容易压缩，液体、固体不容易压缩的原因时，有些学生能联系在物理学科中所学的分子间作用力的概念给予解释。这说明相关学科对物质微粒性认识的教学既有正面影响，又有一定的负面影响，化学老师要了解相关学科的教学内容。

学生学习障碍点之四：前科学概念对学生认识物质微粒性方面的影响。部分学生可能将物质宏观性质的认识带入对物质微观世界的想象中。有些学生认为，组成空气的各种微粒的颜色不同；有些学生会认为，氮气的分子大，氧气的分子小。有些学生很难想象固体的微粒之间存在间隔，有些学生认为不同状态下的同一物质的微粒形状不同。这些错误认识主要与学生在日常生活中的前科学概念有关。

因此，在学习“原子、分子和离子”时，教师应结合学生熟悉的现象和已有的经验，创设生动直观的情境，如水的三态的转化；从身边的现象和简单的实验入手认识物质的微粒性，如用蘸有浓氨水和浓盐酸的玻璃棒，相互靠近时会产生“空中生烟”现象；理解有关物质构成的微观概念，如原子、分子、离子、电子等；引导学生运用物质构成的初步知识解释一些简单的化学现象，如物理变化和化学变化等。将学生从五彩缤纷的宏观世界引入充满神奇色彩的微观世界，如原子的构成，激发学生学习化学的兴趣；利用有关原子结构的科学史实，如原子结构的发现，使学生了解科学家严谨求实的科学态度；通过对问题的探究和实践活动，如加热固体碘，观察发生的现象，提高学生的想象能力、推理能力和创新能力，帮助学生初步认识辩证唯物主义的一些观点；利用相对原子质量、相对分子质量进行物质组成以及生活中商品标签上标示物质的含量简单计算，帮助学生从定性到定量来认识化学。

四、“物质的微粒观”教学成效与思考

“物质微粒观”的形成在化学教学中非常关键，我们在分析学科本质、课程设计思路和学生思维发展规律性的基础上，研究学段之间的衔接，整合内容和方法，帮助学生建立科学的“微粒观”。

学生学会通过查阅资料的方法获取信息，用文字、图表和化学语言表述有关的信息，学会运用比较、分类、归纳、概括等方法对获取的信息进行加工；学生建立起科学的物质观，增进对“世界是物质的”“物质是变化的”等辩证唯物主义观点的认识，领悟自然界基本组成的简单性，形成化学变化过程中原子种类、数目、质量不变的观念，逐步树立崇尚科学、反对迷信的观念；通过“原子结构的发现”“门捷列夫与元素周期表”等情景素材的介绍，发展学生勤于思考、勇于创新和实践的科学精神；通过“STM与原子操纵技术”、“张青莲院士的卓越贡献”的介绍，增强学生热爱祖国的情感，树立为民族振兴、为社会的进步学习化学的志向。

通过研究，我们认识到，教育活动应当遵循学生认知发展规律，既要看到认知发展的阶段性，选择适合学生发展水平的教学内容，采用与之相适应的教学方法，也要考虑认知发展的连续性。

(作者单位：莒县教研培训中心，山东日照276500)

(责任编辑：甄鸿启)