初中生化学宏微结合素养水平的潜在类别及影响因素

黄郁郁 刘纯红 王后雄

2016 年9 月，教育部公布了《中国学生发展核心素养》，“核心素养体系”成为全面推进素质教育、引领各学科课程改革进入“内涵式”发展的顶层设计。《普通高中化学课程标准（2017 年版2020 年修订）》指出，化学学科核心素养是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观、必备品格和关键能力[1]，其中“正确价值观”指向学科育人的价值，“必备品格”指向学生内在的修养，“关键能力”指向学生外发的力量[2]。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”“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”5个维度。[1]位于第一个维度的“宏观辨识与微观探析”不仅是化学学科核心素养的重要组成部分，更是体现化学学科特点的素养奠基，对学生学业质量的发展有着重要影响。“宏观辨识与微观探析”素养要求学生能从不同层次认识物质的多样性，能从微观水平认识物质的组成、结构、性质和变化，能从宏观和微观相结合的视角分析与解决实际问题。实践证明，学生能否理解“可观察到的宏观现象”以及“可想象的分子、原子、离子构成的微观粒子”之间的内在联系，以宏微结合的视角解决实际问题，是影响学生化学学习的重要因素。基于已有研究，本文中的化学宏微结合素养指学生运用宏观、微观、符号等多种思维加工与知识表征方式，从宏观和微观相结合的视角探究物质及其变化规律，从而解决问题的能力。

《义务教育化学课程标准（2022 年版）》指出，化学课程要培养的核心素养主要包括“化学观念”“科学思维”“科学探究与实践”“科学态度与责任”，是中国学生发展核心素养在化学课程中的具体化。[3]宏微结合素养主要涵盖了前两个维度：“化学观念”反映了化学学科特质，从宏观物质、元素，以及微观粒子等对化学概念、原理和规律进行了提炼与升华；“科学思维”体现了化学学科核心素养的领域特质，基于证据推理、建构模型等对学生宏微结合素养水平提出了更高的要求。

诊断干预是提升学业质量的有效途径，根据现有研究，初中生化学宏微结合素养水平和许多因素密切相关。目前国内外学者对初中生化学宏微结合素养水平测评主要采用Rasch 模型，将学生宏微结合素养水平和每道试题难度值放在同一尺度下对比，衡量学生宏微结合素养水平高低及其在测验常模中的位置，同时也可以分析各道试题之间的难度对比，以及学生宏微结合素养水平和测验难度之间的匹配程度。[4]Rasch 模型的开发、修正并检验，为分析初中生化学宏微结合素养水平的潜在类别及影响因素提供了可靠的测评工具。

初中生化学宏微结合素养水平无法直接测量，属于潜在变量，是只能透过统计程序来加以定义的数据形态。潜在变量的分数高低代表被试的个别差异[5]，初中生化学宏微结合素养水平测评得分背后存在一个共同的影响源，即宏微结合素养。潜在类别模型是用以探讨潜在变量的一种模型化的分析技术，通过测评工具施测，用Mplus 程序对收集的数据进行处理，可以将学生在宏微结合素养水平上的个别差异以质性的类别差异显现出来。研究初中生化学宏微结合素养水平的潜在类别及影响因素，并提出相应策略，关乎初中生化学学业质量的提升，对开展核心素养导向的化学教学、充分发挥化学教学全面育人功能、落实立德树人根本任务具有重要的理论意义和实践价值。

一、初中生化学宏微结合素养水平测评工具开发

1.测评工具开发流程

Rasch 模型是由丹麦数学家、教育学家G·Rasch 提出的用来测评潜在特质的概率模型，其基本原理是特定的被试对特定的项目做出特定反应的概率可以用个体能力与项目难度的一个简单函数来表示。Rasch 模型允许使用者生成一个既可以测评项目难度，又可以测评被试能力的等距量尺。根据Rasch 模型原理以及学科核心素养测评工具开发框架，本研究对分析结果进行反复修正，直至达到Rasch 模型的参数要求，最终开发出一套信度和效度良好的初中生化学宏微结合素养水平测评工具。初中生化学宏微结合素养水平测评工具开发流程如下：

（1）选择合适的测评模型；

（2）开发测评工具，包括题型、赋分及对学生的要求；

（3）对武汉市部分初中生进行第一次测试（初测）；

（4）用Winsteps 3.66 软件验证测评工具，判断其是否满足所选模型的参数要求；

（5）修正测评工具，对武汉市部分初中生进行第二次测试（正式测试），直至符合Rasch模型标准。

初中生化学宏微结合素养水平测评工具开发流程如图1 所示。

图1 初中生化学宏微结合素养水平测评工具开发流程

2.测评对象选择

为了对测评工具进行检验和修正，在武汉市选取部分9 年级学生进行两轮施测，考前向学生说明测评目的及注意事项，测评时间均为45 分钟。第一轮测试共发放试卷535 份，回收试卷533 份，回收率为99.63%，其中男生270 人，女生263 人。第二轮测试共发放试卷527 份，回收试卷522 份，回收率为99.05%，其中男生259 人，女生263 人。

3.测评工具设计

学习进程（learning progressions，LPs）是一种关于学生针对某一特定主题内容学习或技能习得过程的描述，揭示了学生在一定期限内对某特定主题学习的思考、理解以及实践活动是如何从低层次到高层次发展的。在初中生化学宏微结合内容维度的基础上，依据学习进程理论，参考《义务教育化学课程标准（2022 年版）》[3]中对初中宏观和微观知识内容与学业质量的要求，建构了初中生化学宏微结合素养水平学习进程，如图2所示。

图2 初中生化学宏微结合素养水平学习进程

依据初中生化学宏微结合素养水平学习进程，由低到高把初中化学宏微结合知识划分为4个水平。参考武汉市近几年中考试卷，共设计20道试题，邀请多位特级教师、教研员和骨干教师对这20 道试题进行宏微结合素养水平分类并审核，其中Q1～Q16为选择题，Q17～Q20为非选择题。水平1 的试题包含了Q1，Q2，Q3 和Q9；水平2的试题包含了Q4，Q5，Q6，Q11，Q15 和Q17；水平3 的试题包含了Q7，Q8，Q10，Q12，Q13和Q14；水平4 的试题包含了Q16，Q18，Q19和Q20。各试题均围绕《义务教育化学课程标准（2022 年版）》编制，内容均与初中生化学宏微结合素养相关。

【例1】（Q14）某兴趣小组探究分子运动现象，设计如下实验：

实验Ⅰ：在盛有少量蒸馏水的小烧杯A 中滴入2 滴～3 滴酚酞溶液，发现溶液无明显现象，再从烧杯A 中取少量溶液于试管中，向其中滴加浓氨水，溶液立即变红。

实验Ⅱ：另取一个小烧杯B，加入一定量的浓氨水，用一个大烧杯罩住A 和B 烧杯（如图所示），静置一会儿，观察到A 烧杯中的溶液逐渐变红，而B 烧杯中的溶液未变红。

根据上述相关实验分析，下列说法不正确的是（ ）

A.实验Ⅰ过程中经常会闻到刺激性气味

B.实验Ⅱ中B 烧杯的浓氨水具有挥发性，挥发出来的氨分子不断运动，进入到A 中使酚酞溶液变红

C.为了证明氨分子运动，还需在大烧杯外放置一个滴有酚酞溶液的蒸馏水的小烧杯

D.上述实验不能证明使酚酞溶液变红的物质是氨气还是氨水

试题分析：通过A 烧杯中溶液变红，B 烧杯中溶液不变红，得出结论：①分子在不断运动；②氨分子运动速率快，浓氨水有挥发性。A 烧杯和B 烧杯中的物质没有直接接触，为什么实验Ⅱ中A 烧杯的溶液变红了呢？通过宏观现象将微观粒子的反应可视化，证明分子在不断运动。在敞口的试管中进行实验，浓氨水挥发，实验过程中会闻到刺激性气味，不环保。静置时，A 烧杯中的物质刚开始未变红，大烧杯中含有空气，证明空气不能使酚酞溶液变红。B 烧杯中挥发的氨气进入A 烧杯中形成氨水，不能证明使酚酞溶液变红的物质是氨气还是氨水。通过领会科学家探索物质组成与结构的智慧与方法，基于实验事实进行证据推理，用微粒的观点解释生活中的某些变化或现象，可判断该试题在化学宏微结合素养中处于水平3。

4.测评工具检验及修正

按照武汉市中考阅卷标准对回收的试卷进行评阅，借助Excel 2010 软件对数据进行预处理，再用Winsteps 3.66 软件对初测数据进行信度分析、拟合度与误差分析、试题难度与学生能力对应分析，以及单维性检验，以检验测评工具质量。

（1）测验整体概况分析

修正后的测评工具整体概况包括项目难度估计（measure）、误差（SD）、拟合指标（MNSQ和ZSTD）、分割指数（separation）、信度（reliability）等统计结果，由于Rasch 模型具有将被试参数和试题参数进行“参数分离”的功能，每项参数均会分为学生（person）和试题（item）两类。[6]其中，Rasch 分析提供的拟合度指标可以检验实证数据与Rasch 模型的拟合程度。从试题和学生两方面看，试题拟合度反映了试题难度与整个测验难度的匹配程度，或者学生能力与整体样本能力水平之间的匹配与差距，拟合度越接近于1，说明拟合情况越好。[7]选取外部拟合度（outfit）容易受到外界随机误差影响，一般采取内部拟合度（infit）来衡量，选址范围在0.50～1.50 之间，越接近1 越好。Rasch 信度指数也可以从学生和试题两方面进行分析，分为试题信度指数和学生信度指数。两个信度指数取值在0～1 之间，信度大于0.80 达标，越接近1 越好，分别对应试题分割指数和学生分割指数，学生分割指数大于或等于2.00 才算信度达标。[8]此外，Rasch 模型将试题的难度系数和学生能力系数转化为线性可比较的“统一尺度”，实现以0 为中心的数值比较，越接近于0，说明试题难度越趋于中等难度，或者学生能力越趋于中等水平。[9]

表1 数据分析结果显示：①从试题难度和学生能力来看，整个测验难度值是0.00，该测验属于中等难度的测验；学生能力值是0.66，大于0，说明对于该测验而言，这批学生整体能力较强，修订测验时需要添加难度值较大的试题以提高测验难度，从而更好地区分学生能力。②从测验和学生的拟合度来看，内部拟合度和外部拟合度均在合理范围，整个测验适合用来测评学生的化学宏微结合素养水平。参加测试的学生内部和外部拟合度均符合要求，说明选取这批学生来实施这个测验是合适的。③从信度来看，学生信度系数是0.80，分割指数是2.00，满足测验信度要求，说明学生测评数据合理可信。同时，项目信度为0.99，大于0.80 的标准，分割指数是12.45，所有测验试题具有一致性，均适合用于测评初中生的宏微结合素养水平。[10]

表1 修正后测评工具的试题（item）与学生（person）整体统计结果

综合来看，修正后的测评工具整体质量良好，可用来评估初中生化学宏微结合素养水平。为了更细致地考查修正后的测评工具中每道试题、测验结构等是否均符合要求，能否用于后续衡量学生化学宏微结合素养水平的发展变化模式，下面继续从项目的角度具体分析修正后测验的各项指标。

（2）其他检验指标分析

数据显示，在单维性检验中，测评的20 个项目的首成分残差特征值是1.70，符合单维性1.40～2.10 的测量学标准[11]，单维性结构图中相关系数大部分为-0.40～+0.40[12]，大多数项目的标准残差系数符合要求。由此可以认为，开发的测评工具主要测评初中生化学宏微结合素养水平，具有单维性，符合Rasch 模型的基本假设。项目拟合度分析结果显示，修正后的20 个项目均符合Rasch 模型标准。其中，项目难度值为-1.04～1.66，难度均值为0.00，难度标准差为0.04～0.10，各试题难度适中。项目内部拟合度为0.81～1.22，基本符合测评对试题拟合度的要求。点相关系数在0.50 左右，实际值与期望值相差不大，各试题与整套试卷的相关度适中，不存在试题内容重复或试题与试卷所测特质无关的情况。试题难度与学生能力对应分析结果显示，各项目的难度分布均匀分散、没有扎堆，学生的水平分布基本符合“中间多两边少”正态分布规律，符合Rasch 模型测评要求。

总体而言，修正后的测评工具在统计指标的许可范围内，基本可以反映学生的能力分布。分析不同水平下学生能力值、测评难度值等统计指标后可以得出结论：该测评工具可用于初中生化学宏微结合素养水平潜在类别的测评与诊断。

二、初中生化学宏微结合素养水平潜在类别分析

潜在类别分析（latent class analysis，LCA）是通过非连续的变量得分概率将被试划分为不同类别的群体，构成不同的潜在类别（class）来解释外显指标间的关联，进而维持不同类别局部独立性的统计方法。[5]实际上，LCA 通过被试在项目上反应模式的不同而将被试划分为不同类别，是一种聚类分析技术。被划分到同一类别的所有被试在所有项目上的正确作答率都被认为是一样的，即将该类型被试视为同质。[13]本研究利用开发的测评工具，采用Mplus 7.4 软件对初中生化学宏微结合素养水平进行潜在类别分析，根据统计学标准确定潜在类别数目，识别出不同类别的学生。这种聚类分析技术相比传统的依据分数线将学生“一刀切”进行水平分类的方法更科学。教师可以依据同一潜在类别学生具有同质性的特征，通过诊断预测，有针对性地对不同类别的学生进行干预帮扶。

1.测评对象选择

由于上次参加测评工具开发测试的学生已毕业，本次采用整群随机抽样的方法，另选取武汉市部分9 年级初中生进行测试。参加本次测试的学生共计541 名，其中男生274 人，女生267 人。本次测试的Cronbach’s α为0.77，基于标准化的Cronbach’s α为0.77，测试信度较好。

2.共同方法偏差检验

通 过Harman 单 因 素 检 验（Harman’sonefactor test），对收集的数据进行未旋转的探索性因素分析。提取出6 个特征值大于1 的公因子，第一个公因子解释的变异量为21.84%，小于40%的测量学标准[14]，且不存在单一因子解释力度特别大的情形，表明该测试受共同方法偏差的影响不明显。

3.潜在类别数目确定

在潜在类别分析中，似然比（LMR）是对K类别模型与K-1 类别模型的差异进行检验，当p值显著时表示K 类别模型与K-1 类别模型存在显著性差异，此时应选K 类别模型；而当p值不显著时，说明K 类别模型与K-1 类别模型差异不显著，根据模型简约性原则应选择K-1 类别模型。[15]同时BIC，AIC，aBIC值更小的模型拟合度更高，模型分类质量指标Entropy表示模型分类正确率与错误率的差异，当Entropy大于0.60时，表示模型分类正确率超过80%；当Entropy大于0.80 时，表示模型分类正确率超过90%。[16]

不同类别数量潜在类别模型的拟合指标和熵值如表2 所示，BIC，AIC和aBIC值随着类别数目增多而不断减小，当模型达到2 类别时，BIC和AIC值最小，表明2 类别模型与数据拟合最佳，熵值较大（Entropy＞ 0.80），且LMRp和BLRTp似然比检验均具有统计学意义。[17]结合以上数据指标，同时考虑模型简洁性与准确性，最终选取2 类别潜在类别模型。

表2 不同类别数量LCA 模型的拟合指标及熵值

Mplus 7.4 程序输出结果显示，两个潜在类别的人数比例分别为34.75%和65.25%。两个潜在类别的学生在20 道试题中的得分拟合轨迹如图3 所示，根据条件概率图的特征，第一个潜在类别的学生在各试题的得分均较低，占总体人数的34.75%；第二个潜在类别的学生在各试题的得分均较高，占总体人数的65.25%。

得分高低反映了学生宏微结合素养水平的高低，如图3 所示，第一个潜在类别的学生在各试题的得分均低于第二个潜在类别的学生在各试题的得分，因此将第一个潜在类别命名为“低水平”，第二个潜在类别命名为“高水平”。依据测评结果，可为低水平学生量身定制帮扶方案并进行学习方法指导，帮助他们树立学习目标，重振学习信心，促进其向高水平转变；对于高水平学生，可以帮助他们总结方法，梳理知识脉络，并进一步丰富、拓宽视野，促使他们的化学宏微结合素养稳定在高水平或更上一个台阶。

图3 初中生化学宏微结合素养水平潜在类别的条件概率图

三、初中生化学宏微结合素养水平潜在类别的影响因素分析

本研究根据文献分析、专家访谈，以及《普通高中化学课程标准（2017 年版2020 年修订）》和《义务教育化学课程标准（2022 年版）》对中学化学教学的建议，预测初中生化学宏微结合素养水平潜在类别的影响因素，如图4 所示。

图4 初中生化学宏微结合素养水平潜在类别的影响因素预测

对预测的协变量通过问卷收集信息，采用Excel 2010软件对收集的信息分类赋分整理数据，赋分标准如下：性别（1=男，2=女），是否独生子女（1=独生子女，2=非独生子女），喜爱化学老师的程度（1=非常不喜爱，2=比较不喜爱，3=一般，4=比较喜爱，5=非常喜爱），家长督促完成作业的程度（1=从未督促，2=偶尔督促，3=一直督促），使用小组合作模式的程度（1=从未使用，2=偶尔使用，3=经常使用），信息技术赋能化学学习的程度（1=从未使用，2=偶尔使用，3=经常使用），开展化学实验的程度（1=从未开展，2=偶尔开展，3=经常开展）。

1.人口学变量对潜在类别的影响

本研究采用SPSS 25.0 软件，以交叉表的形式分析性别、是否独生子女等人口学变量对初中生化学宏微结合素养水平的影响。不同群体初中生在化学宏微结合素养不同水平上的人数分布如图5 所示。

图5 不同群体初中生在化学宏微结合素养不同水平上的人数分布

统计数据表明，性别×宏微结合素养水平潜在类别的卡方检验结果显著（χ2=25.97，p＜0.01），男生的化学宏微结合素养水平相对于女生而言具有显著优势。有研究表明，学生智力水平的高低与性别无显著相关，但学业成绩与性别有显著相关。女生在文史类科目上成绩更好，而男生在数学和自然科学方面成绩更优。[18]化学宏微结合知识的学习对学生的空间知觉和空间视觉能力要求较高，男生更擅长对符号信息进行快速加工，因而男生在理解微粒结构、性质与变化方面更占优势，以宏微结合的思维方式解决化学问题的能力更强。

独生子女在低水平组占68.62%，在高水平组占69.97%；非独生子女在低水平组占31.38%，在高水平组占30.03%。无论是否为独生子女，学生在两个潜在类别所占的人数比例非常接近。统计学数据表明，是否独生子女×宏微结合素养水平潜在类别的卡方检验结果不显著（χ2=0.11，p=0.75），是否独生子女对初中生化学宏微结合素养水平潜在类别没有显著影响。

2.其他协变量对潜在类别的影响

学业成绩是初中生化学宏微结合素养水平的重要影响因素，笔者拟另撰文研究，本文主要探讨除学业成绩外的其他协变量对初中生化学宏微结合素养水平潜在类别的影响。在SPSS 25.0 软件中，以化学宏微结合素养水平等级为因子，对学生喜爱化学老师的程度、家长督促完成作业的程度、使用小组合作模式的程度、信息技术赋能化学学习的程度、开展化学实验的程度等为因变量进行交叉表分析，潜在类别人数分布如表3 所示。

表3 协变量影响下初中生化学宏微结合素养水平潜在类别人数分布

统计数据表明，学生喜爱化学老师的程度×宏微结合素养水平潜在类别的卡方检验结果显著（χ2=42.19，p＜0.01）。学习动机是影响学生学业成绩的重要因素之一，且其影响高于智力和个性对学生学业成绩的影响。[19]学生学习效率与学业成就的高低，与教师专业水平的高低和人格魅力有着紧密的联系。在化学宏微结合知识的学习中，微观知识的抽象性给学生学业发展带来了较大困惑。学生越喜爱化学老师，学习的内驱力越强，他们越渴望认识、掌握、表征和运用宏微结合知识解决实际问题。当喜爱老师的积极因素成功激发学生内在动力，促使他们解决认知困惑，学生会豁然开朗，学习效能感也随之增强，形成良性循环。

家长督促完成作业的程度×宏微结合素养水平潜在类别的卡方检验结果显著（χ2=45.39，p＜0.01）。学校和家庭在学生的成长过程中有着不同的教育功能，家校双方有着共同的目标：一切为了学生的发展。在两者根本目标一致的前提下，家校沟通与合作能实现学生发展的最大化和最优化。有研究表明，父母与子女聊学习的事情、聊学校的事情、聊身边同学、谈论感兴趣的话题，对子女的学习诸多方面（学业成绩、高层次能力、学习动力、学习策略等）均有显著的正向预测作用。[20]当然，家校之间的互动、沟通与合作不能拘泥于表面形式，而是要围绕共同目标讲究合作策略，注重合作方法，只有这样才能走向真正的合作。家长适当参与学生的学习过程，例如督促学生完成化学家庭作业，学生会更重视化学的学习，遇到的学习或思想困惑也能及时受到重视进而被干预解决，如此，学生的化学宏微结合素养水平能够得到不断提升。

使用小组合作模式的程度×宏微结合素养水平潜在类别的卡方检验结果显著（χ2=15.47，p＜0.01）。高合作氛围有助于学生形成任务掌握型学习动机，并学会高效地分工、合作。[21]教师选择具有生活性、开放性、探究性和一定难度的内容组织学生进行合作学习，使组内成员优势互补，实现共赢。与生活联系密切的内容更容易使学生产生共鸣，他们会产生想要解决问题的欲望，同时也更容易从生活中获取学习素材。在开放性的合作学习内容中，学生会更乐于积极思考，碰撞出思维的火花。探究性的内容可以激发学生的探究欲望，点燃学生的学习热情。同时，学习任务要具有一定难度，只有这样才能充分体现小组合作学习的价值。

信息技术赋能化学学习的程度×宏微结合素养水平潜在类别的卡方检验结果显著（χ2=90.35，p＜0.01）。先进的数字化实验以符号和曲线等方式实现微观粒子可视化，帮助学生以“宏观—微观—符号—曲线”四重表征的思维方式认识物质的性质和变化。VR 实验、3D 虚拟实验等个性化工具的使用，使抽象的微观粒子变得形象生动。智能化的人机、师生、生生互动，为学生宏微结合知识的学习增添了活力。线上线下混合教学缓解了学生宏微结合知识认知负荷重的问题，促进了深度学习的形成。实践表明，信息技术赋能化学学习，不仅改变了教师的教学方式和学生的学习范式，也为学生的化学宏微结合素养水平带来了全新的发展模式。

开展化学实验的程度×宏微结合素养水平潜在类别的卡方检验结果显著（χ2=60.87，p＜0.01）。以实验为基础是化学学科的重要特征。根据化学课程标准对实验内容的要求，以及对学生学业质量、素养发展的期待，从最初实验作为一门基本技能，到通过实验载体发展学生实验能力，再到通过实验承载提升核心素养水平的功能，化学实验对学生的发展越来越重要。当学生观察到产生气泡或沉淀的现象，他们会在生动活泼的情境中自发地透过现象看本质，并从微观视角探析产生神奇现象的原因。当学生做实验时没有观察到明显现象，他们会思考这些物质之间是否发生了反应。在一系列的实验探究中，学生通过从宏观辨识物质、从微观探析本质、用符号表征变化的过程，逐渐提升了宏微结合素养水平。

四、思考与建议

1.优化教学设计，激活学习动机

宏微结合是化学学科最具特色的思维方式，也是学生化学学习过程的“拦路虎”，以至于有学者用“攀登阶梯和发展眩晕”的隐喻来描述化学教育中学生在宏微思维领域遇到的困难。[22]当学生处于学习宏微结合知识的瓶颈期，他们的学习动机明显下降，对学习化学缺乏足够的兴趣和信心，导致宏微结合素养水平下滑或一直处于低水平。根据耶克斯—多德逊定律，个体面临容易或简单的任务时动机水平会增强，有利于提高活动效率，而在执行困难或复杂的任务时，最佳的动机激活水平则会相应降低。[23]对于新授课、复习课、习题课等不同课型，教师应该精心设计教学环节，并尝试将复杂的问题有机切割，再通过一个个教学活动逐级“通关”，以此激发学生的学习动机。

例如，在复习“酸和碱”时，教师可将难点知识一一分解，并依据从具体到一般、从感性到理性，以宏微结合的视角引发学生思维进阶。首先，“做一做”学生小组实验，根据桌上的试剂探究哪些物质能与酸、碱发生反应。接着，“画一画”思维导图，从宏微或微观角度画出酸和碱的化学性质思维导图，梳理脉络，构建知识框架。然后，“讲一讲”典型例题，从“宏微—微观—符号—曲线”四重表征来解读盐酸和氢氧化钠溶液的反应，建立化学观念，培养科学思维。最后，“测一测”当堂检测，在试题中查漏补缺，以宏微结合的方式解决化学问题。教师通过学生小组实验探究，把复杂的酸和碱的化学性质问题抽象成氢离子、氢氧根离子与其他微粒的“对话”，在梳理知识、例题讲解中以宏微结合的角度对化学反应的规律进行提炼与升华，为当堂检测中解释物质及其变化的现象和解决实际问题奠定了基础。

2.借助模型认知，突破教学难点

模型认知也是化学学科核心素养之一，建模、推理、解释等是化学学习中的常见环节，也是促进化学高阶思维发展的有效活动。学生恰当运用模型思维有助于知识记忆和理解，能够促进宏微结合素养的形成与发展。由于微观粒子用肉眼无法观察，且内容抽象，而初中学生还处于具体形象思维的阶段，因此需要借助模型、视频以及一些可直视的器材帮助学生构建抽象思维能力、突破教学重点和难点。通过建构模型，学生可以从形象思维向抽象思维过渡，建立起宏观与微观之间的联系。

例如，在学习“原子的构成”时，模型是非常有效的“脚手架”。观看a 粒子轰击金箔的模拟实验时，为了使学生更好地理解原子内部结构，教师可借助玩具“伸缩球”“木质球”进行模拟。伸缩球的展开和收缩分别模拟空心的原子和实心的原子，学生直观地感受到原子内部几乎是空心的结构，大多数a 粒子能穿过。利用两个质量不同的木质球相互撞击，质量小的木质球撞击质量大的木质球，极少数a 粒子被弹回，学生很容易发现原子中间存在质量较大、体积较小的原子核，由此进一步认识了卢瑟福原子核式结构模型。

再如，学习“质量守恒定律”时，教师可利用“电解水”的Flash 动画逐步引导学生观察宏观现象，思考微观本质。水分子分解成氢原子和氧原子，每两个氢原子构成一个氢分子，每两个氧原子构成一个氧分子。形象生动的Flash 动画强化了信息传达方式，构建了化学反应的微观过程模型，帮助学生完成从宏观辨识到微观探析的过渡与迁移，进而轻松突破宏微结合的教学重点和难点。

3.融合信息技术，直达赋能高地

教育信息化2.0 时代，以5G、人工智能、云计算等为代表的新一代信息技术全面渗透到教育教学中，实现了对传统教学环境的重构。VR 实验、3D 实验和数字化实验等使得微观粒子可视化，云平台、电子白板等实现了学习过程的智能化，线上线下融合教学促使学生学习定制的个性化。在智能算法的赋能下，在线练习题库和测试系统可以自动监控和分析学生的学习进度和学习效果，为评价诊断带来全新的视角与技术支撑。显然，信息技术赋能催化了教学模式和学习范式的升级转型，让教与学变得智能而高效。

例如，学习“二氧化碳的性质”时，由于二氧化碳既能溶于水又能与水发生反应，常规实验很难单独探究二氧化碳在水中的溶解性。数字化实验可以轻松解决这一难题：把二氧化碳气体通入水中，伸入测二氧化碳含量的探头，以实时呈现的数据帮助学生感受二氧化碳能溶于水，促进了学生化学思维方式的转变，发展了学生对实验事实进行证据推理的思维能力，学生从宏微结合的视角出发，在解决化学问题的过程中形成了质疑能力、批判能力和创新意识。

又如，学习“构成物质的奥秘”时，教师在线发布“当堂检测”试题，学生在线答题并提交。教师依据云平台反馈的评价信息，分析学生得分率、完成速度等各项指标数据，可及时发现问题并调整教学。教师可针对大多数学生的错题当堂集中讲解，并在课后进行变式训练补充。针对个别学生存在的学习问题，教师可在课后加强个别辅导。实践表明，信息技术赋能化学教学，有利于管理教学进度、调整教学流程，促进了学生化学宏微结合素养水平的发展，充分发挥了“教学评”一体化的激励和发展功能。

4.开展小组合作，驱动协同学习

每个学生都有独特的个性，小组内每个学生在宏微结合知识学习上的表现是不一样的。能力较强的学生往往能独立完成学习，而能力较差的学生可能会陷入学习的困境。小组合作学习是小组成员之间通过相互沟通与交流，进行平等竞争与合作以及共享讨论结果的活动形式，它是课堂学习的重要方式和有效手段。部分宏微结合知识较难，学生容易出现现有知识能力无法应对的情况，很难独立解决问题。教师可充分考虑学生的性别、背景、能力、性格等多重因素，遵循“组内异质，组间同质”的原则科学分组，依靠团队的力量碰撞思维的火花，实现学生宏微结合素养水平的最大化提升。

例如，学习“复分解反应”时，组长先带领组员设计实验方案，再分工合作，一部分同学负责实验操作，一部分同学负责实验记录，大家一起观察实验现象，讨论产生该现象的原因，从宏观和微观层面分析物质的变化，最后由一部分同学负责汇报展示。小组合作有效实现了“1+1＞2”，使得同伴互助的作用最大化，学生不仅突破了宏微结合知识难点，对化学概念、原理和规律进行了提炼和升华，形成了化学观念，而且在小组角色中表现出了责任担当。

又如，复习任务也非常适合开展小组合作，组员之间相互配合有助于延伸知识的广度、挖掘知识的深度。复习“化学方程式”时，教师布置任务从宏微结合的视角绘制知识网络图。在小组讨论中，学生们你一言我一语，在图形选择、宏微知识逻辑关系梳理、构图美化、作品展示的过程中，充分发挥合作的优势，内化宏微结合知识，在合作中实现了共赢。

5.凝聚家校合力，挖掘育人功能

父母陪伴子女读书学习，对子女学习的各个方面均有着显著的正向预测作用。相比较而言，父亲陪伴读书对子女学习各方面的影响效应要略大于母亲陪伴读书对子女学习的影响效应。[20]要想最大化地提升学生的宏微结合素养水平，只靠教师在学校的工作是不够的，还需要教师携手家长共同督促。当然，家校之间的互动、沟通与合作不能拘泥于表面的形式，而是要围绕共同目标转变教育观念，讲究合作策略，注重合作方法，走向真正的合作。家长督促完成作业是家校合作的途径之一，家长以多种形式合理参与学生的学习过程，不仅能融洽亲子关系，营造和谐氛围，还可以助推学生宏微结合素养水平的提升。

大多数处于青春期的初中生学习目标不明确，学习自觉性较差，被动学习的现象明显。家长若能检查家庭作业的完成情况，对作业的量和质初步把关，学生会更加重视化学的学习。特别是在宏微结合学习化学知识的过程中，学生很容易在学习微观粒子时进入学习瓶颈期，产生退缩心理，家长督促作业的时候，就会发现学生知识掌握以及情感波动的异常，及时干预调整，从而有效促进学生化学宏微结合素养水平的提升。当然，青春期的中学生也是叛逆的，家长如果过分关注与干预，或以“唠叨”的形势叮嘱，督促完成化学作业的方法、语言或情绪不恰当也会起到负向作用。因此，在参与学生化学学习的过程中，家长要注意方法与技巧，在和谐亲子互动的过程中进一步促进学生宏微结合素养水平的提升。

6.深化实验教学，助推素养提升

化学实验是化学课程教学的重要内容，也是激发学生化学学习兴趣的重要手段。宏微结合知识的难点在于微观粒子看不见摸不着，但又真实存在。中学阶段没有能够直接观察微观粒子的先进仪器，因此实验成了学生认识微观粒子的最佳手段。巧妙的实验操作可以让学生感受微观粒子的真实存在，但并非所有实验的宏观现象都易于观察。在实际教学中，教师可以借助数字化实验将难以观察的变化过程可视化，放大实验现象。与此同时，探究式实验能帮助学生在基于证据的逻辑推理过程中亲自感受、探索、查明问题的关键所在，寻求解决问题的最佳方案。在学生观察到宏观现象后，教师要有意识地引导学生思考变化背后的微观本质，在想象中体验微观反应过程或微观结构的实在性，进阶理解宏观与微观之间的联系。

例如，学习“质量守恒定律”时，教师可先通过演示实验“氢氧化钠溶液与硫酸铜溶液反应前后总质量的测定”，提出“是否所有的化学变化前后，物质总质量都不变”的问题。然后，学生分组实验“碳酸钠与稀盐酸反应前后总质量的测定”，不同的小组由于装置不同会导致实验结论不同，由此引发学生强烈的认知冲突。接下来，教师通过“红磷在空气中燃烧前后总质量的测定”实验微课，引导学生一步步剖析哪些物质的质量在反应前后发生了变化，沿着科学家的足迹，从特殊到一般归纳质量守恒定律。最后，教师通过动画模拟电解水实验，引导学生从微观探析质量守恒定律的本质，从宏微结合的视角认识化学变化。如此层层递进，学生的宏微结合素养水平得到了有效提升，实验育人功能也得到了充分发挥。