高中化学中学生“宏观辨识与微观探析”能力的培养措施研究

黎建英

（嘉峪关市酒钢三中 甘肃 嘉峪关 735100）

引言

《普通高中化学课程标准（2017年版）》中针对化学学科“核心素养”的内涵做出明确解读，其中“宏观辨识与微观探析”能力作为学科核心素养体系的重要组成部分，对于学生形成正确的认识事物视角、建立科学的学科思维方法具有重要现实意义。基于此，要求教师根据学生能力培养要求进行教学策略的优化设计，通过教学引导使学生从宏观视角上形成健全、完整的学科知识结构，在微观层面能够提高解决实际问题的能力，促进学生学科素养与综合能力的发展。

1.研究理论基础

1.1 最近发展区理论

前苏联心理学家维果茨基根据其对于儿童心理发展的研究，提出“最近发展区”这一教育理论。该理论的核心观点在于儿童心理发展涉及到一个由低级心理机能向高级心理机能过渡的阶段，要求教育者在开展教学活动时务必关注儿童实际与潜在两个层面的发展水平，二者之差即为儿童真实的发展水平——最近发展区[1]。基于该理论指导高中化学课程教学，要求教师结合学情分析结果进行教学设计，通过教学引导与学生建立良好沟通与合作关系，逐步培养学生形成自主学习能力与独立解决问题的能力，促进学生实现全面发展。

1.2 结构主义教学理论

美国教育心理学家杰罗姆·布鲁纳在继承皮亚杰结构主义理论的基础上，于20世纪50年代提出新的结构主义教育理论。该理论的主要内容涉及到促进学生的智慧发展、理解学科基本结构、采用“发现教学法”以及遵循基本教学原则[2]。将该理论应用于高中化学教学设计环节，要求教师对知识点进行系统化、结构化梳理，运用问题引导等方式帮助学生理清知识点的结构特征，便于学生理解与记忆、完善其学科思维结构，有效提升教学实效。

2.高中生化学“宏观辨识与微观探析”能力培养的具体措施

2.1 明确三重表征形式，形成立体化认知网络结构

化学三重表征是基于学习者心理归纳、总结出的物质特有表征形式，针对外部表征的定义进行分析，涵盖宏观、微观与符号三种知识类型；针对内部表征的内涵进行理解，主要指个体思维对于不同知识的加工及呈现形式[3]。其中宏观表征指物质呈现形式在个体头脑中的反馈，例如通过开展化学实验实现对化学物质性质的直观呈现；微观表征指物质微观属性在个体意识中的反馈，例如通过观察某一实验现象，学习者能够基于现有知识基础明确其中发生反应的离子及其相互作用情况；符号表征指字母、图形等符号在学习者脑海中的反应，例如学生能够根据实验现象建立化学反应的方程式。三重表征作为彼此联系、相互作用的有机整体，能够帮助学生围绕宏观、微观与符号间形成立体化的知识网络结构，在此过程中充分利用化学符号的桥梁作用促进该机制的正常运转，实现对学生核心素养的有效培育。

以“离子反应”为例，上节课所学电解质的电离知识对离子方程式的书写非常重要，所以先做适当的复习，这样可以温故知新，建立知识间的联系。采用小组合作学习模式，完成实验探究{实验1-3，向盛有2mLNa2SO4稀溶液的试管中加入2mLBaCl2稀溶液}，观察现象并记录。学生亲身参与到实验操作过程中，近距离观察到白色沉淀这一宏观表征。随后教师引导学生书写Na2SO4和BaCl2电离方程式，分析混合前两种溶液中的离子，建立微粒观，从微观角度分析结合实验现象可知Na2SO4稀溶液与BaCl2稀溶液混合时，Na+、Cl-都没有发生化学反应，而与Ba2+发生了化学反应，反应的实质是至此可以归纳出离子反应的概念：由于电解质溶于水后电离成自由移动的离子，所以，电解质在溶液中的反应实质上是离子之间的反应，我们把这样的反应叫做离子反应，用实际参与反应的离子符号来表示反应的式子叫做离子方程式。根据上面所学知识教师带领学生学习离子方程式书写的一般步骤。最后精心设疑，实验探究离子反应发生的条件。学生通过参与实验探究，根据实验现象这一宏观表征结合电离知识尝试分析不同电解质反应的实质，借此使学生在微观层面建立对于实验原理的深层认知，明确离子反应的微观实质，利用离子方程式作为符号表征，增进学生对于化学反应原理的了解，在此基础上实现宏观表征与微观表征之间的过渡与转化，有效促进学生宏观辨识与微观探析素养的动态发展。

2.2 创设生活情境、问题情境，促使学生在情境中主动探究科学的奥妙。

现阶段教学改革的持续推进已证明单一的理论知识学习模式并不等同于有效学习，学科核心素养作为新一轮课改提出的全新人才培养要求，通常需建立在一定教学环境与教育情境的基础上。化学实验是化学学科的重要组成部分，它能够直观形象地展示出化学反应的现象、变化过程与结果，能极大地吸引学生注意力的同时激发其问题意识与探究意识，对于学生自主学习能力、问题解决能力的发展具有重要推动作用。教师在进行教学设计时，可联系生活实际同时融入人文知识与社会热点事件等内容作为问题导向，促使学生在情境中主动探究科学的奥妙，在激发学生学习兴趣的基础上培养其在日常生活中的观察、分析与思考能力，并能有效挖掘化学学科的社会价值。学生在探究中主动思考，在合作交流中积极思辨，在师生、生生互动中理解掌握知识，获得成功的体验，享受化学的乐趣。

以《乙醇与乙酸》第一课时乙醇的学习为例，教师可在新课导入环节引入有关于酒的脍炙人口的诗句，同时向学生展示一瓶乙醇，通过看、闻、想、查等方法可知乙醇的物理性质，展示乙醇的球棍模型，要求学生根据球棍模型写出乙醇的分子式、结构式、结构简式、电子式。创设情境乙醇汽油在生活中的应用及“交警与红脸司机”等引出乙醇的化学性质，促使学生在情境中主动探究科学的奥妙。学生小组实验，按“提出假设→讨论思考→实验探究→得出结论”的模式进行乙醇化学性质的学习，通过动画模拟乙醇参加反应时化学键的断裂，将微观的过程宏观化。这样可以降低学习新知识的难度，有效突破重难点，这种重视知识的形成过程的教学设计，能有效培养学生观察讨论、实验探究、对比归纳等学习能力，使学生的思维方式得到了很好的提升。通过多元情境创设与实验探究使学生逐步确立“结构决定性质，性质决定用途”的基本化学思想。

再如在“甲烷结构”探究教学环节，教师可将“牛打嗝产生气体的利用研究”作为主题进行探究实验活动的设计，利用课外活动契机引导学生参与到养殖场参观体验活动中，亲临现场调动其视觉、听觉、触觉、嗅觉等多种感官进行气体性质的研究，在此过程中有效深化学生的活动过程体验，引导学生重新回顾甲烷的可燃性等化学知识，进而将研究视角拓展至全球变暖、能源开发利用等问题层面，建立对于事物的辩证认知，借此有效降低化学实验教学难度，使学生更加深入思考宏观实验现象背后蕴含的微观化学原理，实现思维与实践能力的发展。

2.3 强化信息技术和模型支持，实现思维逻辑可视化建构

鉴于高中阶段化学学科对于学生逻辑、抽象思维能力提出较高要求，原有二维平面教学模式难以迎合学生的最近发展区，因此教师需根据学生现有认知特征与思维习惯，引入信息化软件和各种模型辅助教学。通过运用技术手段或模型将抽象化学知识转化为直观图形或动画，能够有效帮助学生增进对于化学反应过程及其反应机理等理解。例如结构式、键线式二维模型不能直观反映出分子的立体结构，为了便于学生理解，教师可使用Chemsketch软件辅助教学，也可以用气球模型、橡皮泥或黏土和牙签等材料制作分子的立体模型，帮助学生建立对于分子真实结构特征的了解，为化学性质研究打下良好基础。

以“分子的立体构型”教学为例，教师可引入Chemsketch软件进行分子模型的制作，绘制出常见分子的立体模型，学生观察会发现原子数相同的分子，它们的立体结构却不尽相同，引出问题：原子数相同的分子它们的立体结构却不尽相同，这是为什么呢？水到渠成地引出价层电子对互斥理论，它可以用来预测分子的立体结构。教师介绍价层电子对互斥理论的相关知识。为了便于学生理解价层电子对数决定了分子或离子中的价层电子对在空间的分布，推测出VSEPR模型，教师准备若干气球，学生分组实验，借助气球模型，学生可以直观地观察出中心原子不同的价层电子对在空间的分布的理想模型，使抽象复杂的知识得以直观形象呈现，增进学生对所学理论的理解消化而不是死记硬背，实现对学生化学核心素养的动态培育。

再以“反应热的计算”教学为例，教师可采用思维导图教学方法，将大量复杂学科知识、专有名词或图像利用不同颜色、图形与线条进行连接，构成极具想象力的思维图像，帮助学生建立起“宏观——微观”之间的思维架构模型。在思维导图绘制步骤设计上，先在界面中央绘制“主题”，即“反应热的计算方法”，构成思考的中心，吸引学生的注意力与学习兴趣；随后运用不同颜色的线条、图形建立与中心的关联，形成思维网络；再次进行“次级主题”的设计，例如由主题延伸出“键能”、“热化学方程式”、“标准燃烧热”、“盖斯定律”四个次级主题，并逐步向外扩展分支，列出关键词及内容，如“热化学方程式”之下延伸出“正确写出热化方程式”、“根据热化方程式梳理出物质与物质、物质与反应热之间的关系，直接完成反应热的计算”等内容；最后结合学习成果进行思维导图内容的补充及完善，实现知识迁移目标。

2.4 应用问题引导模式，促进学生思维探究能力发展

“宏微结合”作为化学学科一种独特思维视角的体现，经由具象到抽象的概括与总结，最终形成学科核心概念。基于此，教师应借鉴最近发展区理论进行教学思路设计，结合学情分析结果进行学生认知结构、思维特征的综合分析，明确学生目前存在的学习目标不明确、知识结构不完善等现实问题，在此基础上运用问题教学法给予学生学习主动权，引导学生在认知冲突中产生深入思考与主动探索意识，提高学生分析与解决问题的能力。

以《共价键》一课为例，由于共价键涉及到的化学知识较为抽象、不易于学生理解，教师可遵循由易到难、由简入深原则进行教学内容的组织设计：首先设立复习检测模块，考察学生对于以往学习过的电子式、电子云等知识的记忆情况，并提出“共价键是怎样定义的？”、“共价键的实质是什么？”、“共价键成键条件有哪些？”、“能否用电子式表示H2、HCl、Cl2分子的形成过程？”等一系列问题，借助问题搭建新旧知识体系间的衔接轨道；引导学生探究这些分子中的共价键形成的本质，并借助动画演示用电子云来描述共价键的形成过程。接下来引导学生探究共价键的具体分类，提出“形成共价键的原子轨道重叠方式有哪些方式？”、“σ键和π键通常情况下哪一个稳定性更强？”等问题，通过上述问题链的设计，能够逐步引导学生思维视角实现由抽象到形象、由微观到宏观的有效过渡，立足于多元视角分析问题，完善知识框架、提高化学思维能力。

2.5 建构化学思维模型，提升复杂化学问题解决能力

基于结构主义教育原理，学习能力的形成建立在既有知识经验与环境中信息相互作用，使主体主动建构信息意义的过程。根据该理论与“宏观辨识与微观探析”核心素养的培育要求指导教学设计，要求教师在化学教学过程中充分运用多种信息对学生进行教学引导，使其透过现象揭示出背后蕴含的化学原理及基本性质，掌握由宏观到微观之间的转化过程，由此帮助学生建构化学思维、提高其解决复杂化学问题的能力。

以《有机化合物的分类及官能团》一课为例，有机化学是化学学科的重要组成部分，有机合成的过程涉及到官能团转化与碳骨架建构，通过明确二者性质及其关系，能够帮助学生增进对于有机合成本质的理解，实现由单一物质向一类物质性质研究的转变。在此教师可围绕以下三个环节进行教学设计：首先，教师可选取金银花作为研究对象，通过播放视频资料使学生初步了解该中药的形态特征、药用价值等基本信息，由药理作用引出绿原酸这一有效化学成分，帮助学生建立对于有机物概念、特征的初步了解，形成宏观认知，实现课堂顺利导入。

其次，教师可向学生出示绿原酸的结构组成，由学生回顾以往所学知识进行该有机化合物的元素组成及其化学性质的初步推测，通过观察结构提炼出其中包含的羟基、羧基、酯基、碳碳双键等官能团，从而联系乙醇、乙烯、乙酸乙酯等物质进行不同官能团与化学性质相关性的分析，例如“-COOH羧基”可与Na、NaOH、NaHCO3等物质发生反应，具有酸的通性，并且还可与醇发生取代反应；在定性分析的基础上，考虑到该有机化合物的官能团可与多种物质发生反应，因此可引导学生转向定量分析视角进行研究，如1mol绿原酸可与6mol Na、4mol NaOH或1mol NaHCO3等物质发生反应，通过观察不同官能团与不同物质反应的特征，使学生逐步意识到“结构决定性质”这一观点，并通过引入乙烯中的碳碳双键与溴水发生加成反应使其褪色、乙醇与Na和氢溴酸发生取代反应等化学实验，帮助学生进一步建立对于不同官能团相互影响关系的了解，并明确其对于化学键极性、有机物性质的影响机制，强化学生微观探析素养的形成与发展。

最后，为确保学生真正能够从微观视角进行官能团结构与性质关系的分析判断，教师还可引入典型问题搭建思维训练平台。例如根据绿原酸能够帮助人降低血压这一药用价值，明确该化合物可由咖啡酸和奎尼酸经由酯化反应合成，引导学生尝试写出奎尼酸的分子式，根据绿原酸结构判断其能否发生取代、加成、消去、缩聚反应，判断合成绿原酸的两种物质是否均能与氯化铁发生显色反应等。借助上述问题的设计，使学生深入认识到有机物结构决定性质、性质能够反映结构这一特征，从而深化其学科思想的形成。

结论

总体来看，学生学科思维观念的形成建立在对既有经验认知进行总结、抽象与概括的基础上，通过从学生最近发展区出发进行学情分析，引导学生根据基本化学符号逐步建立对于物质的概念及其变化规律的认知，真正培养学生形成宏微结合与解决实际问题的能力，从而有效促进学生化学学科核心素养的动态发展，实现人才培养目标。