用变换的角度看世界

谢如俊

摘要：对于“构成物质的基本微粒”教学，提出“用变换的角度看世界”的教学思路，具体提出4点教学建议：一是突出宏观现象与微粒性质辩证关系教学;二是强化宏观物质、微观粒子、符号及微观模型的对应教学;三是从宏观上辨识物质的分类及变化类型，从微观上探析微粒的行为特征;四是利用科学史教学，渗透科学精神与社会担当，巧妙归纳。

关键词：微粒;宏观;微观;符号;模型;表征

文章编号：1008-0546（2022）10-0007-05中图分类号：G632.41文献标识码：B

“构成物质的基本微粒”是沪教版九年级化学第3章第1节的教学内容，它涉及：微粒的性质、分子、原子、离子等教学内容，[1]具体一点有物质是由哪些微：粒构成的;每一种微粒有哪些重要的性质;分子、原子、离子之间的区别与联系;原子的结构;物质的变化类型与物质的类别从微观角度的判断等等。学生在学习这一部分知识时常感到困难，困难的原因是微观世界是无法感知的，常会产生理解的障碍;其次，学生在学习这一部分知识时，“三联”即：联系、联想与关联的较少，宏观与微观、符号之间无法建立联系，知识出现断层现象;再次，由宏观推出微粒的性质及由微粒的性质去理解宏观的现象及结论的能力较弱，还常以宏观、感性的理由去解释宏观的现象。基于此，在教学时，针对这一部分知识相对较多，学生难于从整体上把握，不能有效地梳理知识，在大脑中还不能有效建立知识网络，在教学的实践过程中，提出“用变换的角度看世界”教学思路，引导学生善于变换思维方式，多种表征方式认识物质与研究物质。下面就这一部分的教学提几点建议，以便在教学时帮助学生突破理解的障碍，化解理解的难点。

一、突出宏观现象与微粒性质辩证关系教学，学会从宏观现象推测微粒性质，由微粒性质理解与解释宏观现象，建立两者的辩证关系。

宏观现象与微粒性质之间建立联系，有助于学生从现象与本质两个层面学习化学知识，使学得的知识更为扎实。在教学时发现学生对宏观现象的解释处于浅层的状态，解释的切入点也不对，不能从微观处找到本质原因。教学时应突出宏观现象与微粒性质两者的辩证关系教学，帮助学生建立合理的思维模式。

首先，教学时应突出关联教学，通过典型實验的操作，指导学生比较、分析，正确描述其宏观现象，再指导学生通过宏观现象去推测微粒具有的性质，反过来，由微粒的性质启发学生理解宏观现象与结论。例如，图1所示实验是为了证明“微粒是不断运动的”这个结论，在教学过程中应首先引导学生得出宏观现象：酚酞试液变红，由此现象帮助学生分析浓氨水与酚酞试液并没有接触，由结论推知可能是浓氨水“跑到”了酚酞试液当中去了，由这种“跑”可进一步推测出构成氨水的微粒不断运动的结果，由此得出了“微粒是不断运动的”这个结论;同时，在教学时还可引导学生从“微粒是不断运动的”这个微粒的性质理解宏观现象：酚酞试液变红，整个过程合情合理，符合逻辑。图2所示实验是为了证明“微粒之间存在着间隙”的结论。教学过程中首先通过实验操作，引导学生描述实验现象：两液体混合时，总体积减少，再由宏观现象引导学生作出合理的推测，此时可通过比喻帮助学生理解，推测出微粒在相互运动的过程中，互相钻到了对方微粒之间的空隙中，这种推测合情，符合学生认知。反过来，教者再由微粒所具有这种性质出发，理解总体积减小的宏观现象，帮助学生树立宏观现象与微粒性质之间的辩证关系。

其次，由具体的案例教学进行概括、整合，建立宏观现象与微粒性质的辩证关系。通过图1中宏观现象——酚酞试液变红，推测出微粒性质——微粒是不断运动的，反之，由微粒性质去理解宏观现象，这已成为我们学习宏微知识、解决此类问题的重要的思路与模式。在教学时，应通过大量的案例教学帮助学生形成这种学习的思路与思维的模式（图3）。帮助学生建立这种模式与思维方式，引导学生在学习的过程中尝试运用这种模式与思维方式学习宏微方面的知识，主动建构较为有效的化学思维模式。

再次，引导学生运用此思维的模式解决有关实际问题。教学时设置有效问题，让学生通过讨论、交流、联系等方式，运用模式解决问题，从中巩固已学的相关知识及解决问题的思维模式。例如，在教学中可设置如下3个问题：

问题1：取一个透明的玻璃杯，先倒入半杯水，再放入一大块冰糖，立即在玻璃杯外壁液面位置做上记号，冰糖完全溶解后液面低于记号，解释原因？

问题2：水银温度计温度升高，汞柱上升的原因。

问题3：有人说，1L黄豆与1L芝麻相混合，其体积小于2L，这个事例说明了分子之间有间隙。你认为对吗？

这3个问题中有涉及模式的模仿、迁移与运用的，问题1直指课本上的实验的范式运用;有涉及问题的变式与深化的，问题2要求学生在原来认知基础上，更深入地思考，微粒的运动与温度的关系，这样的思考关键还在于灵活运用宏微思维模式进行;还有对此类问题的辨析与反思的，问题3要求学生学会辨析与反思，寻找到现象与原因之间不能形成逻辑关系的本质，有些宏观现象的原因不需要推理，它的原因通过宏观原因就能推知，而有些宏观现象的原因是需要推理的，它的原因不能通过宏观加以推知，正是通过推理得知的，才能体现微粒的性质。通过实际问题的解决，帮助学生深化了对此思维模式的理解，完成了知识的内化，形成解决问题的技能与智慧。

二、强化宏观物质、微观粒子、符号及微观模型的对应教学，形成它们之间有效转换，建立学习化学物质多重表征的方式。

化学的研究对象是物质，教学的基本任务是帮助学生正确、全面地认识物质。[2]对于物质的宏观特征，较为感性，学生理解较为容易，而学生在学习微观粒子及符号时，总出现张冠李戴，符号写错的现象，本质根源，没有建立它们之间的联系，对应教学还很弱，在进行分子教学时，可强化对应教学，使学生形成宏观物质、微观粒子、符号及微观模型之间有效转换。

首先，教学时展示宏观物质的实物或图片（氢气、水、二氧化碳），引导学生从宏观上感知宏观物质。为了宏观上全面了解物质，可引导学生回顾此物质常见的物理性质与化学性质，以此强化对宏观物质的理解。

其次，提出问题：物质是由肉眼所看不到的微粒构成的，说出构成这些物质的微粒分别是什么？引导学生得出构成这些物质的具体的微粒，在此基础上再提出问题：为了形象地表示物质的组成与微粒的构成，用什么可表示？强化符号表征。化学式不仅表示出物质的组成元素还形象表示出每一个分子中原子的构成情况，化学式是化学学习重要的化学语言。

再次，由于微粒是看不见与摸不着的，带来了学生在学习时的困难，为了帮助学生理解，教者强调运用模型的方式帮助学习，教学中出示常见的分子模型，结合模型讲解分子的构成，进一步帮助学生理解宏观性质的不同主要体现在微观粒子的不同。

通过以上几个阶段教学，使学生对宏观物质、微观粒子、符号及模型之间建立了有效联系，再通过多媒体出示这样的过程，让学生再次从整体上感知学习化学物质的思路与方法（图4）。

接下来，帮助学生梳理，形成宏观物质、微观粒子、符号及模型的关系图，构建它们的网络关系结构图（图5）。在构建时，向同学们阐述它们之间的逻辑关系，宏观物质与微观粒子是构成与被构成的关系，宏观物质的组成及微观粒子的构成在化学学习时可用符号表示，微观粒子及符号的形象化可用模型表示。每一组概念之间的关系是双向的，采用互联的学习方式展开，由此及彼，由彼及此地展开“三联”学习活动。向学生讲述用这样的方式学习物质更深刻、更全面，学习物质表征方式可以是宏观表征、还有微观表征、符号表征及模型表征等多种方式，[3]并向学生讲述宏观物质的性质的差异关键可从微观粒子的构成的不同找到原因，建立逻辑关系，使有意义学习落到实处。

最后，学以致用，设置问题帮助学生巩固多重表征的学习方式，加强不同表征方式之间的联系与转换，强化不同表征方式的逻辑联系。

问题：过氧化氢和水都是由两种元素组成的，但二者化学性质却不同。例如，过氧化氢在条件下能迅速分解，水在条件下能分解，二者性质不同的原因是不同。

物质的宏观表征，包括物质的组成元素、宏观性质及变化，问题要求学生分析出宏观性质不同的本质原因，指导学生学会用微观的表征、符号表征及模型表征加以理解，找到性质不同的真正原因。从符号及模型理解，分析出分子的构成是不同的，导致宏观性质的差异。

三、从宏观上辨识物质的分类及变化类型，从微观上探析微粒的行为特征，用宏微结合的方式全面认识物质的分类及变化。

中学化学的核心素养之一是培养学生“宏观辨识与微观探析”的能力水平，[4]化学的研究范围包括研究物质的变化及其分类，学会用“分类”的化学思维方式认识物质，此部分知识的教学可从不同的视角认识物质，善用变换的方式认识物质的分类及变化。

首先，宏觀辨识，利用问题驱动，让学生带着问题思考从宏观角度对物质的分类及变化类型进行辨识。

问题1：什么是混合物？什么是纯净物？

下列物质中属于混合物的有。

①纳米铜，②氧气与臭氧混合，③二氧化锰，④氢气，⑤蒸馏水，⑥冰水共存物，⑦过氧化氢溶液，⑧硬水，⑨空气，⑩高锰酸钾

问题2：什么是物理变化？化学变化？

下列属于物理变化的是;属于化学变化的是。

①水汽化，②电解水，③分离液态空气制氧气，④汞变成汞蒸气，⑤过氧化氢制氧气，⑥氧化汞分解，⑦氢气燃烧。

回顾旧知，巩固所学的知识，引导学生宏观角度理解物质的分类与变化，进一步明确宏观辨识物质分类与变化的标准。

其次，微观探析，设置两个问题，利用模型展开教学。

问题1：用模型表示出一种纯净物（以氢气为例）和一种混合物（以氧气与臭氧混合为例），画出示意图，并说明纯净物与混合物的组成情况。

问题2：分别用模型表示出一个物理变化（以水气化为例）和一个化学变化（以水变成氢气与氧气为例）的过程。要求：模拟过程用示意图表示出来。

模型探究的目的是较为形象地从微观角度展现物质变化与分类教学过程中微粒的行为。问题1教学时指导学生通过组合磁性分子模型达到解决问题的目的。氢气，学生拼凑的只有1种分子模型，而氧气与臭氧混合，学生拼凑的是2种分子模型，从模型中很直观地得出纯净物与混合物的区别，纯净物中存着一种分子，而混合物中存在着多种分子（分子角度）;问题2教学时引导学生在黑板上利用水分子模型的移动、拆缷与重组，完成化学变化与物理变化在微观层面模拟变化过程（图6、图7），在活动中让学生感受到物理变化中分子本身没有改变，只是间隙在改变，而化学变化中分子首先分解成原子，原子再重新组成新的分子。通过这样的教学活动，让学生从宏微两个角度认识物质的变化与分类，使认知更具有深刻性。

四、利用科学史教学，渗透科学精神与社会担当，巧妙归纳，探究原子结构，完善知识结构。

对于原子结构的教学，这是很好的渗透科学精神与社会担当的好机会，对于微粒的发现与由来的介绍，会使同学们对科学家的科学精神有更深的领悟，情感得以进一步升华，学生充满对科学家人格的敬重。利用科学史的教学是对学生人生观的一次正面积极教育，帮助其树立正确的人生观与价值观。

首先，教学时教者应用富有激情的语言感染学生，“同学们，对于微观世界的探究，科学前行的脚步其实一直都没有停止，从远古的哲学猜想到当代的眼见为实，经历了2500多年！”继而利用多媒体展示科学家与微粒发现的故事的表格（表1）。教者利用通俗化语言给予讲解，早在公元前400多年前希腊的学者就提出物质由“原子”构成，而原子学说与分子学说的提出具有划时代的意义，让化学从一门分支学科成为一门独立的学科。汤姆生发现了电子又推翻了道尔顿的一些观点（认为原子是密不可分的实心球体），让科学的脚步更前行一步，他提出的观点 （正电荷与负电荷是均匀分布的）又被他的学生卢瑟福所否定，他成功地发现了原子核，继而他还发现了质子，卢瑟福的学生查德威尔又成功地发现了中子等。直到1982年，人类利用扫描隧道显微镜第一次“看”到了分子、原子微粒，获得了清晰的图像。这一系列历史故事再次证明科学是不断发展的，科学结论不断完善的，科学结论的得出是一个不断修正的过程。历史回放让学生在回味故事中，丰富了微粒的知识。

其次，帮助学生梳理知识，建立知识网络。由于学生在第一环节中认识微粒并不是片面的，产生了很丰富的情感，也对知识产生了多角度的理解，趁热打铁，引导学生把原子、原子核、核外电子、质子、中子等微粒串联起来，寻找它们的从属关系，构建知识的网络，帮助学生分析原子所呈现的电性与质量的特征。实践证明，由于学生是在真实的情境中感受了知识，丰富了概念的知识内涵，对于微观概念的学习就不会感到枯燥，绝大同学能迅速地理清概念之间的关系，取得了不错的效果（图8）。

参考文献

[1]王祖浩，等.义务教育教科书·化学（九年级上册）[M].上海：上海教育出版社，2013.

[2]中华人民共和国教育部.全日制义务教育化学课程标准（2011年版）[S].北京：北京师范大学出版集团，2011.

[3]张丙香，毕华林.化学三重表征的含义及其教学策略[J].中国教育学刊，2013（2）：73-76.

[4]朱鹏飞，徐惠.核心素养的研究进展及对化学核心素养构建的启示[J].化学教学，2016（7）：3-7.