通过“写”“做”“画”建构微粒观

陈俊芳

摘要： 主要针对人教版九年级化学上册第三单元“物质构成的奥秘”、下册第九单元“溶液”、第十单元“酸和碱”等教学难点，通过全区科普习作竞赛的形式，让学生书写对微观粒子的想象、拼接微观粒子的模型、画出微观粒子在变化中的存在形式，由此感受、体会微粒，建构微粒观，为后续阶段的深入学习打下良好基础。

关键词： 微粒观; 写作; 模型制作; 绘画

文章编号： 1005-6629（2019）8-0038-05            中图分类号： G633.8            文献标识码： B

1  提出问题

1.1  “微粒观”的内涵

作为重要的化学基本观念之一，毕华林、卢巍等学者对中学化学微粒观的内涵做了比较全面的阐述。重要观点如下： （1）物质都是由分子、原子、离子等微观粒子构成的。（2）微观粒子很小，是有能量的、不断运动的、彼此之间有间隙的。（3）微粒间存在着相互作用，从而使微观粒子聚集成宏观物质，而物质性质的千差万别是由构成物质微粒的结构不同以及其相互作用方式不同决定的。微粒观核心就是： 从微观视角考察和研究物质性质及其变化，物质的变化就是构成物质的微粒间结合方式的改变，即物质变化的本质就是物质的微观结构发生变化。

1.2  “微粒观”建构的重要性

化学是研究物质的科学，世界上的任何物质都由不同种类、不同数量元素的原子按照特定的方式搭接而成的，化学家们通过对各类分子的结构、形成及性质等研究，建立起独特的探究方法和思维方式。

主题“物质构成的奥秘”旨在帮助学生用微粒的观念去学习化学，通过观察、想象、类比、模型化的方法，使学生初步理解化学现象的本质，从五彩缤纷的宏观世界步入充满神奇色彩的微观世界，激发学生学习化学的兴趣[1];使学生初步形成微粒观也是义务教育阶段化学教育的一个重要教学目标之一，分子、原子、离子等“微观粒子”既是化学教学的重要内容，也是初学者进入化学世界的重要工具。

1.3  “微粒观”建构的难点分析及应对策略

在初中化学课程标准五个一级主题中，“物质构成的奥秘”是难点最集中的一个主题。它包含了许多抽象的化学基本概念，如构成物质的基本微粒分子、原子、离子的概念;与物质组成有关的元素、化合物、化学式的概念等。由于对抽象思维及空间想象能力要求较高，在初学分子、原子时学生很难在脑海中形成形象而完整的图像。

如何帮助学生建构微粒观？我们经过不断探索和实践，发现在整个初中教学之中，把微粒观建构的重点落实在以下3个问题之中是比较有效的方法，这三个问题就是： （1）微粒是什么？（2）微粒是怎样构成物质的？（3）化学变化的本质是什么？

2  当前初中生微粒观建构的基本情况

2009年以来，在与观念建构相关的各种课题研究中，我们发现，作为物质世界的最小单元“分子”、“原子”和“离子”，学生始终难在脑海中形成比较清晰的印象，运用起来就更加捉襟见肘，好在教师能不断想办法采用多种方式化解难点，如Flash动画、3D立体结构等多媒体技术向学生展示微观示意图等等，但学生在接触到具体物质的微粒时，不能将构成物质的分子、原子等微观粒子与原子核及电子有机联系在一起，学生普遍觉得化学难学，加上有些学生习惯以记忆知识、练习训练为主要的学习形式，需要发挥抽象思维及空间想象能力的时候就显得更困难了，因此，需要采取更有效的措施来帮助学生化解难点，经过不断学习、操作、思考、再实践，我们借助化学科普习作竞赛活动，让学生用“写”的方式来想象微观粒子，用“做”的方式来体验微观粒子，用“画”的方式来內化微观粒子，效果比较明显。

3  开展化学科普习作竞赛建构微粒观的实践

3.1  课堂教学中做好竞赛前期的知识铺垫

在学习“物质的变化和性质”以及“氧气”的基础上，教师从第三单元“物质构成的奥秘”开始，采用难点分散、各个突破的方法，开启了一个淡化概念、化解抽象、关注组成和构成的小工程，具体操作一般按以下步骤进行：

3.1.1  用足教材资源，让学生想象、体会微观粒子

在“分子和原子”、“原子结构”等内容教学中，教师除了用多媒体来辅助教学、演示微观结构以外，还深挖教材、充分应用教材资源创设形象生动的教学情境，使抽象的微观粒子直观化。例如： 让学生通过书写来感知人教版《化学》九年级上册第48页中关于1个水分子质量（3×10-26kg）和1滴水中分子数目（约1.67×1021个）的数据，体会数据的“大”和“小”;通过比喻来想象第52页中图3-8“原子的体积很小”;通过想象来体会第53页图3-9中的“原子构成示意图”。学生知道： 如果原子核的直径是1cm，那么核外电子就是在直径100～1000m的空间中作高速运动，学生熟悉球场，知道1000m直径的球意味着什么，也就能感受到原子核的“小”和核外电子运动空间的“大”。

3.1.2  拼接分子模型，制作“微观粒子”

学生在学习过程中，逐渐对于O2、 H2、 H2O、 CO2、 NH3等分子有了一定的认识，此时，教师指导学生通过制作简单分子模型来感受分子的特点，所用材料五花八门： 小弹珠、乒乓球、橡皮泥、各类豆子等，学生拼接模型的过程就是逐渐熟悉各种物质分子“模样”的过程，就是将宏观物质与微观世界进行联系的过程。

3.1.3  借助经典实验，感受化学变化中的“微观粒子”

水分子以及水的电解反应，是微粒观建构和化学用语教学最基本、最重要的素材。有了前面的常见分子模型作基础，结合实验，指导学生画出水的电解示意图不再困难。

学生的绘画过程，就是经历化学变化中分子在获得能量后，怎样分成原子，原子又如何结合成分子的过程，是进入微观世界的体验，多次体验便能内化为一种宏观与微观连接的方式。而且，结合水电解微观示意图还可以再次提升相关知识的教学，如分子、原子的概念，分子与原子的区别，单质、化合物、氧化物的判别，化学式的书写及意义等等，有了微观粒子的绘画过程，学生很容易理解H2O中没有H2单质、CO2中没有O2单质、O2与2O的区别等等教学难点，也可以帮助学生从微观层面分析、理解质量守恒定律。学生通过实验现象和微观示意图，突出了用微粒的观点看物质及变化，也直观地帮助学生加深了化学用语的巩固和理解[2]。

有了以上几个教学环节的铺垫，学生就可以创作自己的作品，看见物质，想到分子、原子等微观粒子就变成了一种习惯。

3.2  科普习作竞赛方案及实施效果

3.2.1  科普习作的方案设计

随着学生对微观粒子认识的逐步深入，竞赛方案中的作品上交时间也比较灵活，第一次是在完成第三单元“物质构成的奥秘”的学习之后，第二次是在完成第五单“化学方程式”的学习之后，第三次是在完成第十单元“酸和碱”的学习之后。这样设置的原因是基于以下考虑： 第三单元主要解决微粒观建构前两问： （1）微粒是什么？（2）微粒是怎样构成物质的？学生此时第一次接触微粒，有很多想象和不解，通过活动能调动学生多重感官感知和理解，初步建立微粒观;第五单元和第十单元主要解决微粒观建构第三问： （3）化学变化的本质是什么？其中第五单元旨在让学生形成化学变化过程就是分子分成原子，原子重新组合成新分子的过程这样的观念，在第三单元基础上学生在此能够进一步加深“微粒在化学反应中变化”的认识;而第十单元在前两次活动基础上更深入，难度也加大了，即物质在溶液中的解离过程、离子的变化等等，这一单元对学生提出更高要求，同时是为高中化学重要知识板块“离子反应”及“化学反应原理”做好重要知识铺垫。因此这三个节点是逐步深入的，意在帮助学生分阶段螺旋式建构微粒观。

组织者在不同的学习阶段，根据学习的进度、承载微粒观的具体内容，提出不同的习作要求。如第三单元学习后对习作要求的内容如下：

（1） “写”——撰写科普小论文，题目自拟（如，“我认识的××分子”、“我想象中的原子结构”、“××原子原来是这样的”、“我是一个××原子”等。送审作品必须原创，论文要求300字以上，手写稿，不认可电子作品，引用资料要说明出处。）。写之前，需要查阅资料，了解分子、原子、电子等微观粒子发现的历程。

（2） “做”——自制模型。材料不限，可制作某原子结构、某分子实体模型等，作品可以加上自己的想象。

（3） “画”——绘画。要求用简单和略微夸张的方法来描绘微观粒子的特征，可以运用变形、比喻、象征、影射的方法，构成幽默诙谐的画面或画面组，必须尊重科学事实。

3.2.2  科普习作竞赛的实施效果

各学校每学年学生作品都非常之多，各校一般先在校内评比，选出优秀作品参加区级比赛，教师还把每年学生的一、二等奖作品保存下来，作为下一届学生学习、制作的教具和参考样品，极大地丰富了学习资源。下面介绍部分学生作品，从中可以窥见学生的思维过程。

（1） 小论文写作。学生上交的作品中，对分子、原子及化学变化的想象可谓五花八门，读他们的“作品”常常令人忍俊不禁。A同学写道：

[碳家族的辩论大会]这天，碳家族里正举行着辩论大会，场面十分盛大，单是观众就来了数千名成员，而进行辩论的，则是几位在家族内部有头有脸的人物。

整个会场被布置得十分华丽，顶上有几盏聚光灯，辩论大会实际上也是一个大舞台，碳家族內部的高层在每次大会前都会为增加参赛机会而争得头破血流，没办法，都想展示自己，好让族人们加入自己的一方，扩充自己的势力嘛！突然入口处出现了一道身影，他的外表看起来是一块方形的固体，通体深灰色，表面布满细鳞片，刚一出场，便有一声惊呼从观众席中传出：“快看，是石墨！”是的，他就是石墨。平时在外，总是表现得文质彬彬，积攒了不小的人气。只见石墨上了舞台，快速地向他的座位滑行过去，凭借着他那滑腻的身体，石墨可以轻松地四处滑行。接着，纵身一跃，石墨稳当地靠在了椅背上。

瞬间，入口处又出现了一道身影，他是正八面体的固体，无色透明，灯光照着他，发出璀璨的光芒。“怎么金刚石也来了，他不是已经很强了吗？”“谁知道呢，谁会嫌自己强大？”观众席上的议论传入了金刚石的耳朵里，令他气不打一处来：“石墨，什么东西，敢这样嚣张！”，短短数年，石墨仗着自己如鱼得水的本领，正与他平分秋色呢，作为“贵族”，哪能忍受这个，只见他缓缓地、霸气地移动着自己轻巧的身体，向最中间位置走去，稳稳地坐在了C60的位置上，观众们都瞪大了自己眼睛，露出了惊恐的表情……

个别“工科男”交来的作品不合格（作品少于300字），但是，从短短的200多字中，我们可以感觉到该同学阅读了大量的科普读物，B同学写道：

[道尔顿先生，我想对您说]尊敬的道尔顿先生您好！离您去世几经过去300年了，科技飞速发展的今天，已经没有什么人认为您是气象学家了，您有敏锐的理论思维和卓越的实验才能，提出原子学说对化学贡献极大，但是您知道现在各种各样的原子多达几百种吗？您当初与盖·吕萨克争论，认为复杂原子就是由更小的简单原子构成的，又说原子是不可分的，这是自相矛盾的呢！还有，阿伏伽德罗提出的分子观点，指出分子是由原子构成的，是具有物质特性的最小微粒，他是正确的，您认为化合物中的两种不同元素只能各由一个原子组成，如水的构成只能是HO，而不能是H2O，这是错误的。老师说，现在世界上每天都有各种各样的分子创造出来，奇妙无比，您要是生活在现在该有多好！

（2） 模型制作。

学生制作的模型中金刚石、石墨最多，一个模型就是一个可视化的微观粒子。在制作模型过程中，学生会提出问题，例如，拼金刚石模型用的棍子必须一样长吗？石墨模型中，层与层之间用的棍棒为什么要比碳原子之间连接的棍棒长，怎样的比例才是恰当的？水分子中两个氢原子与氧原子之间的夹角一定是104°28′吗？这是用扫描隧道显微镜看见的还是想象的？如果是真实的，为什么它们之间的夹角是这个度数呢，难道有什么玄机……这些应接不暇的问题再现了学生的思考，对学生科学思维的形成是大有益处的。

（3） 漫画创作。

所有学生的作品中，漫画最多，内容也最丰富，学生用妙笔把自己对分子、原子、离子、化学变化等等的理解绘制出一个个动人的故事，形象生动、妙趣横生。在绘画过程中思维也有一个由静态认识方式向动态认识方式的转变过程，微观认识能力得到提高，这有利于帮助学生理解化学现象的本质。下面是学生画的“水分子形成过程”和“钠与氯气反应”，充满想象与童趣，见图1、图2。

4  反思与展望

通过“书写小论文”想象微观粒子、“制作模型”感知微观粒子、“画漫画”内化微观粒子，这样建构微粒观的育人效果是明显的： 有的学生在写小论文时，查阅了大量的资料，了解了充满故事和逻辑的分子、原子发现史，知道了道尔顿、阿伏伽德罗等科学家研究的方式方法和做出的贡献，大大提高了学习的兴趣;有学生在做模型的过程中，对物质结构的思考非常深入，提出了很多非常有意思的问题，如有学生在做金刚石的模型时，提出了这样的问题：“如果无数个C原子这样无休止地按照正四面体的方式拼接下去，形成金刚石，那么一塊金刚石可不可以看做是一个分子，只不过是巨型分子？”;还有学生画“氢气与氧气在点燃的条件下反应生成水”图时，问教师：“为什么生成的是H2O而不是HO或者H3O分子？”……诸如此类的问题很多。总之，竞赛活动的开展激发了学生学习化学的热情，使学生亲近化学、喜欢化学，也让学生的主体性得到了充分发挥。各层次的学生都能拓宽知识面、乐于自发创设生动的问题情境，且根据已有经验，来满足探究欲望。敩学相长，教师也跟着逐步转变教学观念，长期的实践使他们意识到，教学不仅仅是帮助学生对化学知识进行记忆和再现，更在于培养学生深层次的理解能力和科学思维能力。

学生的初期作品是稚嫩且质朴的，学完第十单元，学生对微观世界的认识加深了，不少作品形象地突出了溶液中微粒（离子）的表现，这有助于他们从微观角度分析溶液中物质之间的反应，即形成了新的更高层次的认识思路，这些对于高中的离子反应、化学反应原理的学习都很有帮助。

近几年，学生的作品小组合作形式大大增多，选题非常广泛，这是一个好现象，因为每个人对微观世界的理解是不一样的，共同制作，意味着学生经过了思考、想象、讨论、交流、分析及归纳的过程，在这样“多感官环境”中完成的作品必然是趋向完美的，它们既是抽象概念学习中的直观素材，也是宏观与微观之间的连接桥梁，用微观的眼光看物质、看变化、看世界逐渐变成了学生的习惯，在他们的内心中，化学是有趣的、有用的、丰富的、精彩的。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部制定. 义务教育化学课程标准[S]. 北京： 北京师范大学出版社， 2012.

[2]庄晓松. 对初中化学用语教材编写的几点建议[J]. 化学教学， 2016， （11）34～36.