以水之名，建构宏观和微观之间的桥梁

袁梦玥

摘要：化学是在分子、原子层次上研究物质性质、组成、结构和变化规律的科学。从五彩缤纷的宏观世界到美丽神奇的微观世界，如何提高微观知识内容复习的趣味性、直观性和有效性一直是初中化学教学关注的重点和难点。通过“物质构成奥秘”复习课的展示，以“水”为载体，从知识整合、模型建构、问题解决和素养培育四个角度进行说明，让学生在丰富多彩的活动中建构起宏观和微观之间的桥梁。

关键词：化学复习课;知识整合;模型建构;问题解决;素养培育

文章编号：1008-0546（2021）06-0041-05 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.06.012

一、背景分析

“物质构成的奥秘”是人教版初中化学教材第三单元的内容，这一课题打开了微观世界的大门，学生需要从微观的角度去分析物质及其变化。学习过程中认知方式和思维方式的转变使得学生存在较大的困难。不少教师针对该部分内容的复习教学提出了相应的学习策略，杨元辉教师利用问题群导学，串联起物质、元素、分子、原子和离子等五个概念的相关内容，引导学生回顾思考[1] ，周才萍教师运用思维导图呈现，引导学生联系分子、原子和离子之间的关系和原子结构的相关知识，帮助学生搭建知识框架体系[2];任凯等教师利用“谁是卧底”的游戏整理微粒的相关性质，在学生积极互动的过程中进行概念的辨析和记忆[3]。

本课例为“物质构成的奥秘”的期中主题复习，涉及的内容涵括了教材前五个单元中涉及物质组成构成的内容。根据《义务教育化学课程标准（2011年版）》的要求，物质构成的奥秘从化学物质的多样性、微粒构成物质、认识化学元素、物质组成的表示四个方面进行考查。结合学生在期中前的学习进度，笔者罗列出对物质构成奥秘期中复习涉及的课标要求（见图1）。

根据课标内容可以看出学生复习该部分内容主要存在两个困难——知识容量大和知识难度大。初三学生的认知正处在形象思维到抽象思维的过渡阶段，而物质构成的奥秘的内容从基本概念（元素、分子、原子、离子、混合物、纯净物、化合物、单质、氧化物）到知识应用（用微粒的观点解释生活现象），从简单记忆（元素的名称符号、物质的微粒构成、原子的结构、化合价）到深层理解（微粒之间的转化关系，根据化合价写化学式），从定性认识（物质的组成和构成）到定量计算（相对分子质量、质量分数、纯度），从知识学习到观念（分类观、元素观等）建构，对于初三学生来说内容零碎抽象，且对思维要求高。

教师在设计过程中想要解决学生的困难需要思考如何化零碎为整体，建立知识之间的联系，做好知识的整合以及化抽象为具体，激发学生的学习兴趣，锻炼学生的思维能力。

二、设计与思考

1.着力知识整合，搭建逻辑体系

复习课之难，难于知识内容多而广，那么在设计过程中知识的删减与整合就显得尤为重要。本文所展示的案例中重点复习物质的组成与构成，将有关相对分子质量、质量分数等的计算放于另一课时。复习的内容见表1。

该内容中第5点对学生来说比较简单，可直接放在讲解过程中或习题中进行考察，而不需另外设置环节。综上，设置本节课的学习目标为：

道物质是由分子、原子、离子等微粒构成的及三者间的转化关系。

步学习根据现象和事实推理形成结论的方法，感受物质的微观结构与物质宏观性质之间的联系。

微观的角度认识物质的多样性。

具体授课时，教师先从生活中宏观的无色透明的水出发，回顾水的元素组成和分子构成，再从生活及实验中水蒸发和水分解的宏观现象出发，对比分析物质的物理变化和化学变化，然后进一步放大水分子的结构，选取其中的氧原子进行原子结构和离子结构的复习，最后再从微观结构回到宏观物质，通过视频展示、讨论、资料展示等让学生感受到研究微观世界的重要意义。

在知识整合过程中，教师注重了载体的选择、过渡的方式和知识的架构。

（1）载体的选择

物质的组成与构成，其重点在组成与构成，其载体则是物质，那么在“物质构成的奥秘”复习课设计时就要找到具体的物质作为载体，使抽象概念有据可循，同时，知识框架的建构需要一个中心点，这样才能发散式地展开复习。

水是地球上最普通、最常见的物质之一，它与我们的生活息息相关。人教版初中化学教材第四单元的课题就是“自然界中的水”，在该单元中学生学习并探究了水的组成和结构，也了解了水的相关物理性质和化学性质，所以水可以作为复习物质构成奥秘的载体，本课例就是以水之名揭示微观世界的奥秘（见图2）。

（2）过渡的方式

复习课堂不应是知识的拼凑，而应该是知识的整合，那么教师就要找到知识间的内在联系，使整节课形成一个完整的逻辑体系和知识体系。

本课例从整体上将知识内容以“宏观一微观一宏观”的形式进行串联，将课堂内容划分为从宏观物质到微观粒子，从宏观现象到微粒性质，从分子构成到原子构成以及从微观粒子到宏观物质这四个活动。在不断放大宏观物质水的过程回顾复习分子、原子、离子的相关知识，在微观分子聚集成宏观物质的过程中展示微观结构和宏观性质的关系。

在细节上，本课例采取了问题引导的方式。例如将物质分类的讲解安排在通过水蒸发、水分解的分析比较回顾物质变化的相关内容之后，巧妙地从水作为反应物的分解反應过渡提问“我们有没有学过水作为生成物的分解反应？”从而让学生绘制过氧化氢分解制氧气的微观示意图，进而在该示意图的基础上，引导学生从微观的角度理解纯净物、混合物、单质和化合物的概念和区分。这样的问题过渡既顺利转向物质分类的教学，又考察了学生对化学反应类型及常见的化学反应的掌握情况。

另外，学生在绘制过氧化氢分解微观示意图的过程中，也产生了很多“典型问题”，例如没有遵守质量守恒定律（保证化学反应前后原子的个数相等），为了使原子个数相等直接在反应物中添加氧原子等，教师通过展示学生的典型错误，让学生帮助进行修正，在不断修正的过程中巩固化学变化中的守恒关系。

（3）知识的架构

复习课中教师要以整体联系的眼光组织、设计各单元、各知识点的联系，帮助学生将知识“连成线，构成面”，从而形成立体、开放、整体的知识结构。本课例以思维导图的形式呈现了课堂内容，在讲解过程中不断扩大和完善，从而形成“物质构成的奥秘”期中复习的知识框架（见图3）。

2.建构模型认知，探析微观本质

《普通高中化学课程标准（2017年版）》提出5个方面的化学学科核心素养中包括“证据推理与模型认知”，中学化学教学中的化学模型以研究对象作为分类依据可以划分为微粒结构类、变化过程类和结构与变化的关系类[4]。物質构成奥秘中的分子模型、变化中的分子模型等均属于化学模型，其展示和讲演充分利用了模型的表征功能、解释功能和重演功能。本课例中让学生提前制作了水分子的模型，化微观模型为具体模型（见图4）。

学生的学习应该是积极的、主动的、快乐的、个性的、多样的、丰富的，而且是完整的、有结构的、系统的，从而真正实现了海德格尔的“让学”理念和大教学论专家夸美纽斯的“使教员可以少教、学生可以多学”的目标[5]。将微观模型的实体化交给学生，不仅可以展现学生的个性，漂亮多彩的水分子也让学生在搭建模型的过程中更加的快乐和积极。课堂上，学生利用制作的水分子模型对物质变化的微观本质进行探析（见图5）。

在物质分类的讲解中，也利用了微观模型（见图6），教师分别圈画出了过氧化氢分解中的微观模型，让学生进行物质类别的分析、对比和识别，进而从微观的角度理解纯净物是同种分子，混合物是多种分子，化合物是多种元素的原子，而单质是同种元素的原子。

3.创设问题解决，提升思维能力

问题是科学研究的出发点，学生的学习就是发现问题、解决问题、反思问题的过程。教师教学过程中要创设有效问题激发学生的探究兴趣，复习课的教学也可采用问题链的形式，层层递进。

本课例的四个活动中均设立了情景问题，对于较为简单的内容，以简单的问题横向“串联”，例如有关分子构成。

情景问题：水是地球上最普通、最常见的物质之一，它与我们的生活息息相关。在学习化学前，水在我们眼中是一种无色透明的液体，现在，我们看到水会想到什么？

子问题1：水的化学式是？由化学式可知水由什么组成？

子问题2：将水放大200万倍，我们可以看到构成水的微粒，它是？

子问题3：继续放大水分子，可以看到一个水分子由什么构成？

对于有一定难度，需要学生进行一定的分析、比较、推理的内容，采用递进式问题串，在前一问解决的基础上解答下一个问题，如物质变化的微观本质以及原子构成的相关知识。

情景问题：水无论是在生活中，还是在实验室中都有很多应用，是一种重要的化学资源。这些应用中的宏观现象，体现了水分子的一些性质。

现象一用水壶煮水，煮沸后壶盖被顶开。

现象二水能分解产成氢气和氧气。

子问题1：上述现象说明分子具有什么性质？

子问题2：用自己制作的水分子模型模拟水蒸发、水分解的微观过程。

子问题3：在水蒸发、水分解的过程中，什么改变，什么不变？

情景问题：水分子可以分成氢原子和氧原子，氧原子可以再分吗？

子问题1：氧原子中的质子数，电子数，最外层电子数是多少？写出氧原子、氧离子的结构示意图和氧离子符号。

子问题2：观察填写的示意图，原子变成离子时，不变的是什么，改变的是什么？

对学生之前未接触过的知识拓展，则采用引导式问题，帮助学生掌握解决问题的方法，如化学反应微观示意图的讲解。

情景问题：水作为反应物可以生成氢气和氧气，那我们学过什么分解反应可以生成水吗？

子问题1：保持过氧化氢和水的化学性质的微粒分别是什么？过氧化氢和水化学性质不同的原因是？

子问题2：说出圈画出来的微观图所属的物质类别。

子问题3：该反应中生成的水和氧气的分子个数比是多少？

子问题4：反应时我们用的不是纯净的过氧化氢，而是过氧化氢溶液，其中有过氧化氢分子和水分子。此时，生成的水和氧气的分子个数比是多少？

4.渗透学科观念，促进素养培育

核心素养的培育是一个长期积累的过程，初中化学作为学生接触化学的开始，也是高中化学学习的基础，其教授过程中就应该逐渐渗透学科观念，促进学生的素养培育。

《普通高中化学课程标准（2017年版）》指出高中化学学科核心素养包括：宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知、实验探究与创新意识、科学态度与社会责任五个方面。物质构成的奥秘作为关于宏观物质世界的微观探查必然与“宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认知”紧密联系，本课例中让学生制作水分子模型进行物质变化和分类的探究活动中就引导学生建构宏观与微观之间的桥梁，运用宏观的现象推理微观分子的性质，运用微观变化总结归纳反应的微观本质。

本课例还将“结构决定性质”的观点蕴藏在课堂设计的多个环节中，通过不断的举例说明，渗透学科观念（见表2）。

知识之美蕴含在其结构、内容、形式、逻辑、意境之中，教师教学过程中应该通过知识展示学习之美。本课例通过播放“美丽化学分子微观结构”的视频让学生感受化学的力量和魅力，视频中“DNA宇宙飞船”“病毒”等恰好和生命科技紧密联系。该视频的播放可以引导学生体验学科美，从而培养学生对学科的热爱，激发学生内在的学习兴趣，进而保持长久的学习动力。

不同学科中蕴含着的价值内容及形态，也是学生建立价值观、人生观、世界观的基础，化学学科可以通过介绍化学史、展示人类文明进步和科技发展来进行价值引领。本课例通过展示科学家们实际观测到的微粒以及诺贝尔奖中与分子结构相关的内容，让学生感受化学对人类生存和发展的重要价值从而培养学生正确的“科学态度和社会责任”。

资料1：2014年中国科学家在国际上首次实现了水分子的亚分子级分辨成像。该工作为分子间氢键相互作用的研究开辟了新的途径。

资料2：2020年，国外科学家用冷冻电镜首次识别出了蛋白质中的单个原子。这些结构对于理解酶是如何工作的，以及利用这些见解来识别能够阻止其活性的药物特别有用。

资料3：屠呦呦团队通过保留分子中关键性基团，改变分子中不利的结构，获得结构更优化的功能性分子，研发出抗疟新药。青篙素的发现使其获得2015年诺贝尔生理学或医学奖。

资料4：艾曼纽和珍妮弗两位科学家因发现了基因技术中最先进的分子工具之一一CRISPR/Cas9基因剪刀获得2020年诺贝尔化学奖。该技术可以极其精确地改变动物、植物和微生物的DNA分子，对生命科学产生了革命性的影响。

三、结语

“物质构成的奥秘”复习课例以水之名，将物质组成构成的相关知识进行整合，通过“问题解决”“模型建构”等方式搭建宏观与微观之间的桥梁，培养学生的学科思维与观念，在实际教学过程中效果较好。如何在课例设计过程中渗透一些定量的内容，使复习内容更加充实需要进一步去思考。

参考文献

[1]杨元辉.问题式导学在初中化学课堂的应用[J].问答与导学，2019（11）：20-25

[2]周才萍.运用思维导图架构知识体系[J].化学教与学，2018（7）：51-53

[3]任凯等.“谁是卧底”在翻转课堂课后深化阶段中的应用[J].中学化学教学参考，2019（1）：58-59

[4]陈进前.“模型认知”是重要思维方式[J].化学教学，2020（5）：9-15

[5]成尚荣.回到教学的基本问题上去[J].课程·教材·教法，2015（1）：21-28