基于发展化学学科核心养的案例研究

蔡双兵

摘要：分子和原子概念，是初中阶段从微观角度解决问题的核心知识，属于深层学习目标。人教版“分子可以分为原子”的教学，常用看动画建构概念，这种浅层学习效果低下。教学设计过程需厘清基础，注重真实情境、真实探究，着力发展学科核心素养。

关键词：初中化学;核心素养;真实情境;真探究

文章編号：1008-0546（2020）02-0052-04 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.02.016

“分子可以分为原子”是人教版九年级化学第三单元“课题1分子和原子”的教学内容。通过研究教材，观摩2015年江苏省初中化学优质课“分子和原子”的评比可以看出，教学中一般把这一部分内容放入第二课时进行。看动画建构分子和原子概念是常用的方法。朱雪琴老师对利用这种方法的教学后测表明“一个班级中有87.6%甚至更多的学生在学习之后仍对分子和原子的概念不理解”。分子和原子概念，是初中阶段从微观角度解决问题的核心知识，属于深层学习目标。教学中，播放动画，学生被动接受，机械记忆，这种浅层学习方式，必然是低阶思维能力的获得。所以，在教学过程中，以与新知识联系的、与学生经验融合的复杂问题为主线，以探究为主要学习形式，才能促进学生高阶思维能力的发展。

一、厘清学生基础，找准发展核心素养的着力点

1.整合资源，关注启蒙，学科知识是发展学科核心素养的基本载体

奥苏贝尔说，影响学生学习最重要的因素是学生的已知。

认识学生基础，利于新知建构。“保持物质化学性质的最小微粒”是人教版八年级物理对分子概念的表述。概念是对反映对象的本质属性的思维形式。学生在八年级还未了解化学性质的涵义，亦不可能抽象概括出分子概念。对全校239名学生对分子概念认识的抽样中，知道（11人，4.6%）、能说出（1人，0.4%）、理解（0人，0%）。鉴于学科要求的不同，需认清“教材已有≠已学≠已会”。

真实情境，身边物质，利于探究。引导学生认识和探究身边的化学物质，了解化学变化的奥秘，是化学启蒙教育的重要内容。课程开展恰逢中秋，冰激凌月饼（或雪月饼）是时下新奇且常见的物品。包装盒中的干冰，是学生早有耳闻但极少见的物质。对239份抽样中，知道干冰升华吸热有236人（98.7%），知道二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊的有231人（96.7%）。因此，可以设计以冰激凌月饼、干冰升华为情境，结合氧气、二氧化碳性质的探究活动。

化学学习的初始阶段，掌握几种常见物质的化学式，能有效激发学生的学习兴趣。因此，在前面的教学过程中，要有意识进行常见物质化学式的传授，如水（H2O）、二氧化碳（CO2）、氧气（O2）等，便于分子模型的搭建，亦有利于三重表征的初步统一。

2.纸上谈兵，莫如动手实践，真探究是发展学科核心素养的重要途径

原子论到分子学说，是阿伏伽德罗尊重盖·吕萨克大量实验基础上建立的气体化合体积定律的一种理性分析。我们往往教给学生分析结果，常常忽略最有教育价值的分析过程。看几个动画，是无法体会从阿伏伽德罗第一次提出分子论，直到五十年之后才被科学界接受的曲折过程。缺失的是重要的科学精神。

教材提供氧化汞分子分解示意图。反应前，画了两个氧化汞分子。反应后，生成一个氧分子和两个汞原子。伴随新媒体的运用，教师一般把它设计成flash动画，看动画建构分子、原子概念。媒体改变并未带来思维质变。这种浅层学习过程，学生缺少必要的反思。学生亦不会理解或提出疑问，为什么反应前是两个氧化汞分子，而不是一个或者三个，若是四个又会怎么样呢？

若是只给学生一个氧化汞分子，能否生成一个汞原子和一个氧分子呢？学生若能探究出粒子的个数比为一个定值，是不是也能慢慢理解宏观现象下的一种微观必然呢？

探究是一种学习方法。不能简单认为“实验才是探究学习的唯一途径”。任何建立在理性思考下的尝试都可以看做是探究活动。若能把看动画变成做动画，亦是探究性学习。

二、教学设计

1.真实情境，化学视角，理解物理变化时分子的变化情况

[师]展示某品牌“雪月饼”。

中秋佳节，在品尝一种雪月饼时，见证了一种神奇。请看，月饼盒里放置干冰。知道为什么吗？

[生]干冰升华吸热，温度降低，使雪月饼保存时间长。

[师]今天，我们从化学视角来认识“干冰升华”。

设问：“干冰升华”属于什么变化？请用微粒的观点解释。

[生]回答：干冰升华属于物理变化，二氧化碳由固态变成气态，二氧化碳分子间隔变大。

2.三种表征，自搭模型，认识分子和原子联系

[师]二氧化碳分子还可以用符号或模型表示，见表1。

[师]请解释一下二氧化碳分子模型的涵义。

[生]一个二氧化碳分子由一个碳原子和两个氧原子构成。

[师]若用红色磁性贴表示碳原子、橙色磁性贴表示氧原子，请大家试着搭建二氧化碳分子模型。

[生]搭建二氧化碳分子模型。

[师]若用“●●●●”四种不同规格的磁性贴分别表示氢原子、氯原子、氧原子、汞原子，小组内同学合作，在小白板上搭建分子模型。同时填写表2。

[师]请同学们用分子模型表示干冰升华的过程。

3.实验探究，归纳对比，建立分子概念

问题：干冰升华，分子间隔改变，物质物理性质改变，化学性质是否改变呢？

[师]请设计实验，验证猜想。

[生]设计实验，进行探究，得出结论。如表3。

[师]追问：分子改变，物质的化学性质是否就改变呢？

[生]继续探究，如表4。

[师]“由分子构成的物质，分子是保持其化学性质的最小粒子”，怎么理解？

[生]由分子构成的物质，分子不变，物质的化学性质保持不变;分子改变，物质的化学性质改变。

4.小组合作，自作动画，建立原子概念

问题：物质发生化学变化时，分子如何变成新分子？

（1）探究1：氢气在氯气中燃烧生成氯化氢的分子变化。

[师]请小组合作，利用搭建的分子模型探究化学变化中的分子变化：

[师]设问①这个变化中，发生变化的是分子还是原子？（可从种类、个数角度分析）

②1个氢分子和1个氯分子生成几个氯化氢分子？

若生成4个氯化氢分子，需要氢分子和氯分子个数是多少？

氢气分子、氯气分子、氯化氢分子个数间有什么关系？

[生]讨论，分析。

[师]引导学生归纳总结。

（2）探究2：氧化汞分解过程中的分子变化。

[师]请同学们利用分子模型，继续探究：

③有人说：原子是化学变化中的最小粒子，如何理解？

5.科学故事，充分挖掘科学史的教育功能

[师]科学故事：科学界认识分子经历了曲折。

1803年，英国科学家约翰·道尔顿提出原子概念，物质由不可分的微粒——原子构成，原子在一切化学变化中是不可再分的最小单元。

1808年，法国科学家盖·吕萨克根据自己的实验，结合道尔顿的原子理论，提出：同温同压下，相同体积的气体中含有相同的原子个数。遭到了道尔顿的强烈反对。

1811年，意大利科学家阿伏伽德罗发现了两者争论的焦点，并根据盖·吕萨克的实验，提出假设：物质是由分子构成的，分子是由原子构成的，并大胆提出假设，氢气分子、氯气分子是由两个原子构成的，并把盖·吕萨克的研究成果修正为“同温同压下，相同体积的气体中含有相同的分子个数”。

如表5所示，阿伏伽德罗理论解决了盖·吕萨克理论与道尔顿理论矛盾的焦点，即：依据盖·吕萨克理论，半个氢原子+半个氯原子结合成一个氯化氢复合原子，这与道尔顿“原子在一切化学变化中是不可再分”的理论相违背。

遗憾的是，此后五十年里，阿伏伽德罗的理論并未得到大多数科学家的认同，直到他去世的第二年，分子理论才被学界接受。

6.理性拓展，为学生的后续学习服务

[师]问题：若我们的分子结构真如我们今天用磁性贴表示的那样，在现实生活中会出现什么情况呢？如：分子是不停运动的，有原子构成的分子会出现什么情况呢？氢气和氯气的反应为什么要点燃呢？

[生]讨论、分析。

总结本节课知识。

三、教学反思

1.基于学生基础，追求应然和实然的统一

核心素养的培养基于核心知识的掌握。抛弃“相关学科课本已经出现，学生应该已经掌握”的固有思维。基于学情的目标确立和方法的选择有助于知识的掌握。生活常识，已有知识，能力水平课前充分了解，方能达到应然和实然的统一。

2.基于科学史实，追求新时代的科学精神

通过教科书来了解科学，学生往往以为科学的理论是与生俱来的正确，是万古不变的永恒真理。科学的发展，常是正确与谬误的交织。事实上，原子论到分子学说的提出，是基于大量实验事实基础上的一种理性思维，同时也是对权威的一种批判质疑。科学史上生动的事例，能让学生体会科学家对真理的执着和追求，感受科学探究的艰辛和曲折，亦培养了勇于探究的科学精神。基于科学史实的教学，能培养学生新时代科学精神。

3.基于科学探究，追求学会学习的能力培养

善学的重要表现是善于思考。具有逻辑结构的教学内容能帮助学生从感性到理性认识的升华。如本节课的设计过程中，真实情境引入：雪月饼冷藏用干冰一引出探究主题：化学视角看干冰。探究后明确：构成物质分子未变，物质的物理性质改变了一引出新问题：分子未变，物质化学性质改变吗？探究后明确：分子未变，化学性质未改变一引出新问题：若分子改变，化学性质改变吗？探究后明确：化学变化中，分子改变，化学性质改变一引出新问题：化学变化中，分子是如何改变的呢？探究后明确：分子破裂，原子重组→新问题：反思，刚才的一系列探究有没有问题？

具有逻辑结构的知识易形成问题串，课堂教学活动易形成探究链。大量真探究，能有效激发学生学习兴趣，培养学生动手能力，锻炼学生思维能力，最终有利于培养学会学习的能力。

4.适当理性拓展，追求学生思维能力的培养

教学设计过程中，有一些问题值得我们探讨。如：（1）用磁性贴搭建分子模型是否合适？（2）是否有必要引入道尔顿、盖·吕萨克、阿伏伽德罗关于分子一原子论的争论，尤其是盖·吕萨克的气体化合体积定律？（3）是否有必要探究化学变化过程中粒子的个数比值？（4）是否有必要拓展，让学生认识构成分子的原子和原子之间有个力的作用？

学习是循序渐进的。若我们用球棍模型来表示分子，学生是否理解棍的涵义？现阶段用磁性贴表示分子结构，应该算是比较妥当的。理性拓展，对将来化学键和活化能的学习有所铺垫。对于气体化合体积定律，现阶段并不要求学生掌握它。可以思考，教材中电解水探究水的组成，生成的氢气和氧气的体积之比为2：1。这个真实存在的现象，对我们研究水的组成有什么帮助？至少，我们应该要让学生知道，宏观情况的气体体积暗含着微观粒子的个数的某些关系。这对高中学习阿伏伽德罗定律应该有些帮助。