物质的量概念教学的结构化设计和思维建模策略

施建梁

【摘 要】采用化学学科核心素养视角下的结构化设计策略和建模策略，将物质质量到微观粒子数的计算作为一个结构化的整体，从宏观具象建模迁移到微观抽象模型，引导学生基于最近发展区基础上建构概念，内化相关概念间的关系，对突破难点起到良好效果。

【关键词】结构化；具象模型；抽象模型

物质的量是高一化学的第一个理论重点，也是学生从初中上高中接触到的第一个抽象的理论知识难点。学好本概念对学生从微观粒子角度理解物质的组成及结构，计算微观粒子数目，实现宏观质量和微观粒子数目间的相互转化，建立宏微结合观念，为化学后续学习提供必要的计量方法具有重要意义。但因概念本身的抽象性造成学生学习的困难，而化学学科核心素养视角下的结构化设计策略和建模策略为建构概念突破难点、发展核心素养起到良好教学效果。

一、物质的量教学的结构化设计策略

教师在组织教学内容时应高度重视化学知识的结构化设计，充分认识知识结构化对于学生化学学科核心素养发展的重要性，尤其是应有目的、有计划地进行“认识思路”和“核心观念”的结构化设计，逐步提升学生的化学知识结构化水平，发展化学学科核心素养。

现有的物质的量第一课时在教学实践中常是这么设计的：利用一课时完成物质的量、阿伏加德罗常数、和微粒数三个物理量的概念及三者之间的公式，将摩尔质量与气体摩尔体积放在第二节。教材引导学生从一滴水中含多少个水分子入手，通过文本引导学生掌握抽象的物质的量概念，在单个概念的文字与公式中纠缠，学生死记文字和公式，然后花大量时间训练计算以强化公式记忆。该设计存在三个问题：1.缺乏基于知识关联的结构化，割裂知识的整体性，未按照知识之间的逻辑关系来组织，是一种孤立的教学；2.未挖掘学生的元认知，微观粒子是抽象的不可触摸和不可见的，直接强加一个物质的量对学生的理解会产生困难；3.纠缠于文字与公式理想化的认为学生基于教师讲述或文本描述就能很好的理解概念通过重复强化公式的记忆。这是一种低效的、碎片化的教学。学生不理解知识的本质，没建立该有的知识结构无法实现迁移应用，是一种基于表层的浅层教学，未挖掘概念的知识结构与学生原有认知结构的结合点，而思维建模策略可以有效突破这难点。

二、物质的量教学的思维建模策略

1.具象模型建构与原认知激发阶段

在宏观可视问题解决过程中形成问题解决的思维模型：从学生熟悉的、宏观的生活经验（原有知识结构）入手，引导学生理清如何利用量米杯简化从米的质量计算米粒数量过程中，引出两个实现不同物理量间相互转化的工具——转化因子模型——杯子，只要解决每杯米的质量和每杯米的数量，就能解决从米质量到米粒数目的简捷计算，并得出一个新的重要物理量“杯数”即物质的量概念原型。在学生理清这个宏观而又具体的问题解决过程中建立物质的量概念学习的宏观思维模型。

摩尔概念模型——量米杯：一定数量米粒的集合；物质的量概念模型——量米杯的杯数：一定质量的米能分为几杯；摩尔质量模型：每杯米的质量；阿伏加德罗常数模型：每杯米的米粒数。

问题1：今天中午你家煮饭用了多少米？

生：3碗、5杯、6杯……

师：到底用了多少米？用了3碗的会比用了5杯的少吗？

生：不一定，因为碗、杯子大小不一樣。

师：能否用统一的标准来衡量所用米的多少？通常用质量，如我家用了一斤米，你家用了两斤。也就是说我们通常用质量来表达物质的多少。质量是个宏观可见、可测的物理量。但每餐煮饭我们不可能总用秤去称用了多少米，所以我们常用一个工具“杯子”，假如统一规定杯子的大小，只要知道每杯米的质量，就可根据你家用了几杯米知道你家用米的质量。

问题2：如何计算今天中午你家煮饭用了多少粒米？

生：计算一杯米有多少粒。

师生小结：杯子是解决问题的一个好工具，杯子可认为是一定数量米粒的集合，杯子数量和米粒数量成正比，杯子数量越多所含米粒越多；杯子数量又和米的质量成正比，可实现米的质量与米粒数目间的转化。建立如下计算模型：

杯子数量=米的质量/每杯米的质量

米粒数目=杯子数量×每杯的米粒数

本阶段教学应用学生生活中非常熟悉的量米煮饭场景，抓住米质量与米粒这种类似宏观质量与微粒数目关系的原有认知模型的充分激发，引出一个新的物理量“杯子数量”，并指出两个中介量“每杯米的质量”和“每杯米含米粒的数目”在实现质量和米粒数转化过程中的重要地位，为物质的量概念学习建立具体形象知识的附着点，成为物质的量概念学习的牢固支架，体现深度学习理念的重要要素：联系与构建，化陌生为熟悉，化抽象为直观，由最近发展区出发、让抽象学习成为已有认知基础上的拓展和延伸，为微观概念建构及计算打下基础。

（下转第47页）（上接第45页）

2.抽象模型建构与概念建构阶段

通过相似性问题迁移由一定质量米的米粒数计算转化成一定质量水中水分子数计算，将具象模型问题解决过程中建构的问题解决思维模型迁移到微观抽象问题中，形成物质的量概念建构思维模型。

教学实录片段

展示一瓶矿泉水（约500g），水是由微观粒子水分子组成，如何计算这一瓶水中有多少个水分子？

师：引入一个新物理量——物质的量：是一定数量微观粒子的集合，表示物质所含微观粒子数目的多少，又能与宏观质量建立联系的物理量（符号n），单位为摩尔（符号mol）。物质的量相当于量米模型中杯子数量。则摩尔即杯子，那如何规定这杯子的大小呢？请阅读课本。

通过以上模型构建和模型迁移应用，学生对号入座，摩尔相当于杯子，摩尔质量就是每杯微粒集体的质量，阿伏加德罗常数是每杯的微粒数。对照建立三者之间的关系为：

物质的量（n）=质量（g）/摩尔质量（M）

微粒数目（N）=物质的量（n）×阿伏加德罗常数（NA）

本节物质的量概念教学通过这种思维模型建构策略，学生从已有宏观认知模型出发，构建微观抽象模型，通过量米杯模型理解宏微转化的重要工具物质的量概念，掌握计算方法，将知识内化为自身知识结构。其优点有三：①将抽象概念化为基于已有认知知识结构的拓展，是已有知识结构上生长出来的新知识结构，有牢固的附着点，彻底挣脱对物质的量概念的死记硬背；②从认识思路的结构化角度看，这种宏观质量与微观粒子间实现转化的学习过程是一个结构化的整体，有完整的前因后果有利于学生建立完整的知识结构；③从宏观物质处理办法迁移到微观粒子处理办法，体现宏观物质与微观粒子的认识过程具有共通的本源，微观粒子表达方式是宏观物质表达方式的进一步深入与概括，有利于学生从宏微结合的视角来分析和解决问题，形成宏微结合的化学核心观念。

【参考文献】

[1]中国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[M].人民教育出版社，2018.01

[2]房喻，徐端钧.普通高中化学课程标准（2017年版）解读[M].高等教育出版社，2018.09