郭建虹

一、為何要基于螺旋式上升的認(rèn)知層次進(jìn)行物質(zhì)微粒觀教學(xué)研究

1.課程標(biāo)準(zhǔn)對于物質(zhì)微粒觀的相關(guān)要求

新課程要求，化學(xué)學(xué)科教學(xué)應(yīng)以提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)為宗旨，科學(xué)素養(yǎng)的核心組成部分是科學(xué)思維和科學(xué)觀念.宋心琦教授亦表示：“中學(xué)化學(xué)教學(xué)能夠使學(xué)生終身受益的不是化學(xué)專業(yè)知識，而是影響他們世界觀、人生觀和價(jià)值觀的化學(xué)思想觀念，學(xué)生正確的，哪怕只是定性地建立起基本的化學(xué)觀念應(yīng)當(dāng)是化學(xué)教學(xué)的第一目標(biāo).”鑒于此，中學(xué)化學(xué)教學(xué)正由“知識為本”向“觀念為本”轉(zhuǎn)變.

《初中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(修訂稿)》中對于“物質(zhì)微粒觀”的培養(yǎng)有著明確要求.“課程目標(biāo)”中要求“形成一些最基本的化學(xué)概念，初步認(rèn)識物質(zhì)的微觀構(gòu)成”.“內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)”中提出“幫助學(xué)生用微粒的觀念去學(xué)習(xí)化學(xué)，通過觀察、想象、類比、模型化的方法使學(xué)生初步理解化學(xué)現(xiàn)象的本質(zhì)；從五彩繽紛的宏觀世界步入充滿神奇色彩的微觀世界，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣；利用有關(guān)探索原子結(jié)構(gòu)的科學(xué)史實(shí)，使學(xué)生了解科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度；通過對問題的探究和實(shí)踐活動(dòng)，提高學(xué)生的想象能力、創(chuàng)新能力，幫助學(xué)生初步認(rèn)識辯證唯物主義的一些觀點(diǎn).”

2.微粒觀念對于學(xué)生發(fā)展的意義

恩格斯對近代科學(xué)原子論的建立曾給予高度評價(jià)，認(rèn)為“原子論是能給整個(gè)科學(xué)創(chuàng)造一個(gè)中心并給研究工作打下牢固基礎(chǔ)的發(fā)現(xiàn).”微粒觀是自然哲學(xué)觀念在化學(xué)領(lǐng)域的反映，是化學(xué)思維活動(dòng)的產(chǎn)物.原子、分子、離子由猜想到發(fā)現(xiàn)的歷史，蘊(yùn)含著豐富的科學(xué)方法和科學(xué)思維.微粒學(xué)說的發(fā)展是人類智慧的結(jié)晶，微粒觀的建立有助于學(xué)生理解科學(xué)的本質(zhì)，領(lǐng)悟科學(xué)的精神和思想，培養(yǎng)其懷疑批評精神以及學(xué)習(xí)反思能力.

化學(xué)是在原子、分子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其應(yīng)用的一門基礎(chǔ)自然科學(xué)，其特征是研究分子和創(chuàng)造分子.物質(zhì)微粒觀作為化學(xué)的一個(gè)基本觀念，從微觀角度認(rèn)識物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、組成，理解化學(xué)變化，是化學(xué)學(xué)科特有的思維方式，宏觀與微觀的聯(lián)系是化學(xué)不同于其他科學(xué)最特征的思維方式.微粒觀的建立對于提升學(xué)生的思維方法和科學(xué)探究能力具有重要意義.

化學(xué)學(xué)習(xí)的基本領(lǐng)域包含：可觀察現(xiàn)象的宏觀世界；分子、原子、離子等微粒構(gòu)成的微觀世界；化學(xué)式、化學(xué)方程式和元素符號構(gòu)成的符號與數(shù)學(xué)世界.即投影于學(xué)生思維的“宏觀-微觀-符號”三重表征，三重表征的形成相互影響、相互促進(jìn)，微粒觀的建立有助于學(xué)生對宏觀現(xiàn)象的理解、符號表征的接納與運(yùn)用，如果說用死記硬背的方式記住分子、原子等概念是把種子磨成面粉，而注重微粒觀的滲透則是把種子培養(yǎng)成一棵幼苗，促進(jìn)學(xué)生化學(xué)思維方式的改進(jìn)和學(xué)習(xí)效率的提高.

3.學(xué)生物質(zhì)微粒觀形成的條件

化學(xué)基本觀念不是具體的化學(xué)知識，也不是知識的簡單積累，它是對具體知識的概括提升，具有超越事實(shí)的持久價(jià)值和遷移價(jià)值.化學(xué)基本觀念的形成既不可能是空中樓閣，也不可能通過大量記憶化學(xué)知識自發(fā)形成：

幫助學(xué)生構(gòu)建微粒觀需要基于義務(wù)教育階段有關(guān)的微粒知識.微粒觀既基于具體的微粒知識，又高于具體的微粒知識，是在對微粒知識的不斷的學(xué)習(xí)、思考和實(shí)踐中而逐漸豐富、完善和發(fā)展，是對知識的提煉與升華，中學(xué)化學(xué)課程中的具體微粒知識是形成微粒觀的基礎(chǔ)和源泉，離開微粒知識，微粒觀就會(huì)成為“空中樓閣”.

幫助學(xué)生構(gòu)建微粒觀需要基于學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律和思維積極性.必須充分調(diào)動(dòng)學(xué)生思維的積極性，使學(xué)生在積極主動(dòng)的探究活動(dòng)中，深刻理解和掌握有關(guān)的化學(xué)知識和核心概念，在對知識的理解、應(yīng)用中不斷概括、提煉而形成.

4.為何要基于螺旋式上升認(rèn)知規(guī)律培養(yǎng)學(xué)生物質(zhì)微粒觀

(1)基于歷史上微粒說形成的啟發(fā)

從古代哲學(xué)范疇的原子學(xué)說發(fā)展到近代道爾頓的原子學(xué)說，再到阿伏加德羅的分子學(xué)說的提出，直至湯姆森發(fā)現(xiàn)電子和盧瑟福證明原子的結(jié)構(gòu)，人類從微觀上認(rèn)識世界的過程漫長而曲折，微粒學(xué)說在舊的理論與新的科學(xué)事實(shí)矛盾中發(fā)展，呈現(xiàn)了前進(jìn)中有曲折，曲折中前進(jìn)的螺旋式上升走勢.

(2)基于教材設(shè)置的需要

教材中形成“物質(zhì)微粒觀”的系列課題有：物質(zhì)的變化和性質(zhì)；純凈物和混合物；分子和原子；原子的構(gòu)成；離子；水的組成；質(zhì)量守恒定律；金剛石、石墨和C60；燃燒和滅火；溶液的形成；常見的酸和堿；酸和堿之間會(huì)發(fā)生什么反應(yīng)；生活中常見的鹽；離子反應(yīng).

可見，微粒知識的學(xué)習(xí)貫穿教材始終，教材并沒有使用“一步到位”的方式，除第三單元《物質(zhì)構(gòu)成的奧秘》相對集中外，其它均采用分階段學(xué)習(xí)，將宏觀知識與微觀知識的學(xué)習(xí)相互穿插、相互結(jié)合，以宏觀現(xiàn)象透析微觀知識，以微觀認(rèn)識理解宏觀現(xiàn)象，在不斷實(shí)踐、運(yùn)用、拓展中微粒觀逐漸萌芽、生長.

(3)基于學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的需要

在八年級物理中，對分子和原子已經(jīng)有了介紹，以蘇科版教材為例，《第七章從粒子到宇宙》包含以下內(nèi)容：①物質(zhì)是由分子組成的，分子在永不停息的運(yùn)動(dòng)，分子間存在著相互作用的引力和斥力，分子間有空隙. 分子是能保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小顆粒. ②原子由原子核和電子組成，原子核由質(zhì)子和中子組成， 質(zhì)子和中子由夸克組成.③質(zhì)子帶正電，中子不帶電；電子帶負(fù)電，是自然界最小的帶電體.在通常情況下，原子呈不帶電的中性狀態(tài).

經(jīng)和物理教師交流發(fā)現(xiàn)，實(shí)際教學(xué)中，物理老師并不重視這一部分教學(xué)，更不重視其教學(xué)方法的使用，“我們就是讓學(xué)生死記硬背的”，學(xué)生由此形成的“前概念”是不甚清晰的，甚至是混亂、錯(cuò)誤的.

即使在經(jīng)過一段時(shí)間的化學(xué)學(xué)習(xí)后，學(xué)生的微觀思維也明顯滯后于宏觀思維.很多學(xué)生認(rèn)為微觀粒子具有和宏觀物質(zhì)一樣的性質(zhì)：如水分子是濕的、碳原子是黑的，認(rèn)為熱脹冷縮是粒子的大小發(fā)生變化，認(rèn)為二氧化碳中存在氧分子等錯(cuò)誤的微觀認(rèn)識.這些錯(cuò)誤的認(rèn)識在學(xué)生頭腦中反復(fù)出現(xiàn)，今天他認(rèn)為水汽化不是分子大小變化導(dǎo)致的，明天卻又認(rèn)為溫度計(jì)中汞柱的伸縮源于原子大小的變化.微粒觀因其缺乏感性認(rèn)識、概念抽象，且看似無用，再加教學(xué)中大多使用記、背、練的方式而使學(xué)生感覺枯燥無味，學(xué)生即使短時(shí)記住微粒知識，但這樣的機(jī)械記憶只能在有限的情境下提取，換一個(gè)情境，思維又回到原點(diǎn).

可見，學(xué)生微粒觀的形成過程總趨勢是上升的，但發(fā)展過程是曲折迂回的.這正是螺旋式上升的特點(diǎn)：曲折性、周期性、前進(jìn)性.

從學(xué)生的認(rèn)知水平與心理特點(diǎn)分析.他們易于進(jìn)入直觀、有趣的宏觀世界，卻對抽象、艱澀的微粒理論避之不及.由易到難、由簡單到復(fù)雜、由具體到抽象再到具體的螺旋式上升過程，更符合中學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，更易讓他們所接受.

綜上所述，教者以人教版教材為藍(lán)本，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐思考，將物質(zhì)微粒觀的滲透大致分為三個(gè)階段：

二、基于螺旋式上升的認(rèn)知層次進(jìn)行物質(zhì)微粒觀滲透的三個(gè)階段及策略簡介

1.初識階段，認(rèn)識物質(zhì)的微粒性

在學(xué)生的認(rèn)知世界里，雖然物質(zhì)的粒子性早有接觸，但認(rèn)識是粗淺、空洞的，借助動(dòng)畫、圖片、模型將微?！翱梢暬?，帶領(lǐng)學(xué)生走進(jìn)神奇的物質(zhì)的微粒世界.使學(xué)生認(rèn)識到物質(zhì)是由微粒構(gòu)成的，雖然我們不能用肉眼看到構(gòu)成物質(zhì)的微粒，但是日常生活中很多現(xiàn)象在讓我們感知它們的存在.物質(zhì)除了具有宏觀表征的連續(xù)性，還具有微觀表征的粒子性.

(1)緒言：教材提到“物質(zhì)是由分子和原子構(gòu)成的，分子中原子的組合是化學(xué)變化的基礎(chǔ)”.這一部分的介紹應(yīng)該給學(xué)生一個(gè)美好的向往，從微觀角度認(rèn)識世界，是化學(xué)學(xué)科特有的思維方式，而之所以初三才接觸這一門科學(xué)，更是學(xué)生思維逐漸成熟的表現(xiàn).

(2)物質(zhì)的變化和性質(zhì)：以熟悉的物質(zhì)水為例，因?yàn)樗僖夯菍W(xué)生熟悉的生活現(xiàn)象，在教學(xué)中常被簡單處理.但水蒸氣和液態(tài)水是同一種物質(zhì)，如何讓學(xué)生接納、理解？借助微觀動(dòng)畫，學(xué)生發(fā)現(xiàn)加熱前后“水分子的大小不變、種類不變，僅是間隙發(fā)生變化”這一關(guān)鍵點(diǎn).學(xué)生常在后來的情境中將熱脹解釋為分子（原子）體積變大，我又將這一變化與學(xué)生出操展開隊(duì)形類比，人的間距變大，人的體積并沒有變化.

此時(shí)，再以電解水的微觀動(dòng)畫，比較兩種變化中水分子變化的差異.其比較的側(cè)重點(diǎn)僅是分子是否發(fā)生變化，不應(yīng)進(jìn)行過度拓展，增加學(xué)生的理解難度.

(3)純凈物和混合物：以水和糖水的微觀圖片為例，從分子種類的多少認(rèn)識兩類物質(zhì)的區(qū)別.還可多出示一些分子模型，如氧氣、二氧化碳、水等常見物質(zhì)的分子模型，這樣的方式更利于學(xué)生理解二氧化碳分子中為什么不含有氧分子，二氧化碳不是碳和氧氣，是純凈物.

2.走近粒子，了解其基本特征

本階段應(yīng)主要包含以下方面的內(nèi)容：分子的特性，分子由原子構(gòu)成，原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，原子、分子、離子均可構(gòu)成物質(zhì).這一階段主要集中在《物質(zhì)構(gòu)成的奧秘》單元教學(xué)，理論知識相對集中，除借助模型、動(dòng)畫之外，應(yīng)更多使用類比的手法、幽默的語言，增強(qiáng)學(xué)生的想象力，拉近學(xué)生與微觀世界的距離.

(1)分子和原子：通過“桃花朵朵開”“推針筒比賽”等有趣的實(shí)驗(yàn)，通過“冷擠熱散”等形象的類比，發(fā)揮學(xué)生的想象了，將學(xué)生由五彩繽紛的宏觀世界帶入充滿神奇色彩的微觀世界.

(2)水的組成：運(yùn)用模型或?qū)W生自制器具，模擬組裝水蒸發(fā)、電解水的微觀過程，進(jìn)一步認(rèn)識分子和原子的本質(zhì)區(qū)別，從微觀的角度認(rèn)識化學(xué)變化.

(3)原子的構(gòu)成：將“核外電子由內(nèi)向外分層排布”類比為北京的一環(huán)、二環(huán)、三環(huán)……由內(nèi)向外依次排，內(nèi)層空間小，容納的電子也少，外層逐漸增大，能容納的電子數(shù)目也逐漸增多.

(4)離子：將“穩(wěn)定結(jié)構(gòu)”類比為優(yōu)秀人才，他們或天資聰穎（如氦、氖、氬）、或后天努力（離子的形成），因外在的壓力、自身的需要而不斷努力向優(yōu)秀靠攏，這是人類前進(jìn)的動(dòng)力，物質(zhì)間相互反應(yīng)的動(dòng)力則是達(dá)到“優(yōu)秀”的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，其表現(xiàn)方式為得到電子或失去電子；常選擇方便、簡潔的方式，即：少則失，多則得.

學(xué)生還易將離子符號和化合價(jià)書寫混淆，我將“離子帶電”類比為帶了只小狗在后面，將“化合價(jià)”類比為商品標(biāo)價(jià)，應(yīng)標(biāo)在最醒目的位置：正上方.

(5)溶液的形成

從“如何將一塊糖分給全班學(xué)生”引入實(shí)驗(yàn)“糖溶于水”，并事先錄制溶解過程的視頻，截取片段引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識溶解現(xiàn)象，建立溶質(zhì)、溶劑和溶液的概念；通過對糖溶解過程的微觀模擬動(dòng)畫和宏觀現(xiàn)象的分析，進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生對粒子觀的認(rèn)識：從“糖不見了”進(jìn)一步認(rèn)識“分子很小、分子在不斷運(yùn)動(dòng)”；從“誰偷了我的糖水”進(jìn)一步感知“分子間有間隙”；以“一樣甜”的分析從微觀的角度認(rèn)識溶液的均一性.

(6)物質(zhì)分類-酸堿鹽的概念

課本中有詳細(xì)的文字描述蔗糖、食鹽溶解的微觀過程，通過微觀模擬動(dòng)畫回顧“糖溶解”“鹽溶解”過程，比較其相同宏觀現(xiàn)象下的微觀的差異，進(jìn)行食鹽水、蔗糖水及常見物質(zhì)（鹽酸、硫酸、氫氧化鈉溶液、氫氧化鈣溶液、乙醇、蒸餾水）的導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn).

通過導(dǎo)電性實(shí)驗(yàn)、借助動(dòng)畫模擬使學(xué)生形成對酸堿鹽的三點(diǎn)認(rèn)識：酸堿鹽溶液均具有導(dǎo)電性、酸堿鹽溶液中有帶電的粒子——離子、溶液中有陰、陽兩大類離子.

通過進(jìn)一步對陰（氫氧根離子、酸根離子）、陽（氫離子、金屬離子）離子的分類，認(rèn)識酸堿鹽，既完善了物質(zhì)分類體系，又豐富學(xué)生對構(gòu)成物質(zhì)的微粒種類的認(rèn)識.

3.運(yùn)用階段，理解結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系

本階段的學(xué)習(xí)與學(xué)生對物質(zhì)性質(zhì)的認(rèn)識同步進(jìn)行，借助直觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、具體的物質(zhì)性質(zhì)，幫助其在腦海中建構(gòu)陌生的、抽象的“物質(zhì)微粒觀”.

這一階段包含課題：

(1)金剛石、石墨和C60：由金剛石和石墨的比較，認(rèn)識原子排列方式不同，其物理性質(zhì)不同；由碳單質(zhì)常溫下穩(wěn)定和高溫下活潑的性質(zhì)，認(rèn)識原子結(jié)構(gòu)影響物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì).從而理解原子結(jié)構(gòu)、原子排列方式?jīng)Q定著物質(zhì)的性質(zhì).

(2)一氧化碳和二氧化碳：在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，學(xué)生認(rèn)識到這兩種物質(zhì)的性質(zhì)差異很大，從而認(rèn)識分子構(gòu)成不同，性質(zhì)不同.

(3)質(zhì)量守恒定律：從微觀定量的角度深入認(rèn)識和理解化學(xué)變化.

(4)燃燒和滅火：以氫氣燃燒和氫氣爆炸的實(shí)驗(yàn)及動(dòng)畫模擬，從微觀的角度揭示化學(xué)反應(yīng)劇烈程度與粒子接觸頻率的關(guān)系.

⑸酸和堿之間會(huì)發(fā)生什么反應(yīng)：將“溶液中進(jìn)行的離子之間的反應(yīng)”以微觀示意圖呈現(xiàn)，并進(jìn)行類比：離子逃離溶液（離子種類的減少）是促使相互交換的原因，是反應(yīng)發(fā)生的原因，進(jìn)而思考哪些方式可以讓離子逃離溶液，我們戲稱這樣的方式為上天（氣體）入地（沉淀）化無形（水）.