周冬冬+王磊+黃燕寧+王嚴(yán)+趙志平+蔣俊波+陳濤+耿茜

摘要：在梳理“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題教與學(xué)的已有研究的基礎(chǔ)上，挖掘?qū)W生問題產(chǎn)生的根源，將“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題的教學(xué)定位于促進(jìn)學(xué)生微觀認(rèn)識發(fā)展，并提出“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題的認(rèn)識模型，在初三年級進(jìn)行該主題新授課的單元整體結(jié)構(gòu)化教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施研究，并對教學(xué)效果進(jìn)行了檢驗(yàn)。在此基礎(chǔ)上，提煉促進(jìn)學(xué)生微觀認(rèn)識發(fā)展的“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題的有效教學(xué)策略。

關(guān)鍵詞：物質(zhì)構(gòu)成奧秘；認(rèn)識模型；單元整體教學(xué)；微觀認(rèn)識發(fā)展；教學(xué)策略

文章編號：1005–6629（2015）2–0024–06 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

1 問題的提出

“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”是義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[1]規(guī)定的5大主題之一，包含化學(xué)物質(zhì)的多樣性、微粒構(gòu)成物質(zhì)、認(rèn)識化學(xué)元素和物質(zhì)組成的表示4個(gè)二級主題。該主題教學(xué)對學(xué)生有兩大發(fā)展點(diǎn)：（1）幫助學(xué)生建立正確的微粒觀；（2）應(yīng)用微觀認(rèn)識描述物質(zhì)的組成和構(gòu)成，對物質(zhì)進(jìn)行分類，解釋物質(zhì)性質(zhì)和變化。

日常教學(xué)中，很多教師反映：學(xué)生基于日常生活常識以及小學(xué)科學(xué)和初中物理的學(xué)習(xí)對“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題有一定的認(rèn)識，他們對原子、分子、元素等概念并不陌生，但是經(jīng)過“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題的學(xué)習(xí)后，仍然會(huì)出現(xiàn)一系列的錯(cuò)誤，如：概念混淆、物質(zhì)分類出錯(cuò)、概念應(yīng)用錯(cuò)誤、宏觀與微觀分不清楚、對變化的本質(zhì)把握不準(zhǔn)。已有研究[2]提出學(xué)生在本主題存在一些認(rèn)識偏差，如表1。可以說，學(xué)生并沒有形成基于微粒的認(rèn)識方式，不能基于微粒去認(rèn)識物質(zhì)組成/構(gòu)成、性質(zhì)和變化。

已有研究[3～5]中關(guān)于“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題教學(xué)研究主要集中在：如何創(chuàng)設(shè)生動(dòng)的情景增強(qiáng)教學(xué)的直觀性，如何創(chuàng)設(shè)聯(lián)系學(xué)生生活實(shí)際的情景增強(qiáng)教學(xué)的趣味性，如何利用科學(xué)史實(shí)培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，如何創(chuàng)設(shè)豐富的情景探查學(xué)生微觀認(rèn)識本身的認(rèn)識偏差，如何通過任務(wù)活動(dòng)落實(shí)化學(xué)基本觀念等。綜上教學(xué)現(xiàn)象究其關(guān)鍵，本主題教學(xué)中存在的問題有：（1）概念建構(gòu)孤立，不能結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)和整合安排教學(xué)；（2）以定義為中心教授概念，不重視概念之間的聯(lián)系，不重視概念的功能價(jià)值。如：教師重視講授原子和分子的區(qū)別，進(jìn)行很多是非判斷練習(xí)，但不關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)原子和分子后對物質(zhì)和微粒關(guān)系的認(rèn)識，以及化學(xué)反應(yīng)和物質(zhì)性質(zhì)的認(rèn)識。

本研究針對“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”的教學(xué)價(jià)值以及教與學(xué)的現(xiàn)狀分析，力圖構(gòu)建“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題的認(rèn)識模型，促進(jìn)學(xué)生的微觀認(rèn)識發(fā)展；基于此，設(shè)計(jì)并實(shí)施促進(jìn)學(xué)生微觀認(rèn)識發(fā)展的“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題的單元教學(xué)；并進(jìn)一步反思、提煉促進(jìn)學(xué)生微觀認(rèn)識發(fā)展的“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題的有效教學(xué)策略。

2 “物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題的認(rèn)識模型

義務(wù)教育教科書（2012版）[6]在單元小結(jié)處呈現(xiàn)了“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”單元的知識內(nèi)容結(jié)構(gòu)，總結(jié)了概念之間的關(guān)系，如圖1。

然而，在日常教學(xué)中，圖1常被一線教師作為單元知識總結(jié)圖。為了讓圖1從表達(dá)來看更加功能化，我們將圖的形式和認(rèn)識功能整合起來，構(gòu)建并提出“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題的認(rèn)識模型，如圖2。該認(rèn)識模型有3大功能：（1）明確了認(rèn)識對象和認(rèn)識角度；（2）體現(xiàn)了概念之間的關(guān)系；（3）落實(shí)了概念的功能價(jià)值。

在“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題的認(rèn)識模型中，可以看出本主題的認(rèn)識對象是物質(zhì)組成/構(gòu)成、物質(zhì)分類、物質(zhì)性質(zhì)及變化，認(rèn)識角度是物質(zhì)、分子、原子、元素，認(rèn)識角度之間的關(guān)系可以成為學(xué)生認(rèn)識特定對象、分析和解決特定問題時(shí)的推理路徑和認(rèn)識思路。由于認(rèn)識角度之間是相互聯(lián)系的，需要學(xué)生基于概念關(guān)系建構(gòu)，發(fā)揮概念的認(rèn)識功能價(jià)值，多角度系統(tǒng)分析和解決問題。這些概念的認(rèn)識功能價(jià)值體現(xiàn)在：分子可用于區(qū)分物質(zhì)，在此基礎(chǔ)上可用于區(qū)分混合物和純凈物、區(qū)分物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)、區(qū)分物理變化和化學(xué)變化；原子可用于認(rèn)識物質(zhì)的構(gòu)成、解釋和區(qū)分分子、解釋不同分子間的轉(zhuǎn)化關(guān)系；元素是基于原子水平的概括，可用于區(qū)分單質(zhì)和化合物、建立不同物質(zhì)之間的聯(lián)系、找到不同物質(zhì)之間的異同之處。

3 促進(jìn)學(xué)生微觀認(rèn)識發(fā)展的“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施

如何通過本主題的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施促進(jìn)學(xué)生的微觀認(rèn)識發(fā)展？即如何幫助學(xué)生建構(gòu)“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題的認(rèn)識模型，能夠基于微粒認(rèn)識物質(zhì)組成/構(gòu)成、性質(zhì)和變化，形成基于微粒的認(rèn)識方式？

3.1 單元整體結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)

本主題的單元整體結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）將分子、原子、元素等概念基于整體關(guān)系去建構(gòu)，通過引導(dǎo)學(xué)生討論靜態(tài)的物質(zhì)組成/構(gòu)成和分類，幫助學(xué)生建構(gòu)這些概念。如給學(xué)生一組物質(zhì)（混合物、純凈物），讓學(xué)生進(jìn)行分類，學(xué)生自然就建立了分子的概念；再讓學(xué)生對其中的純凈物（單質(zhì)、化合物）進(jìn)行分類，學(xué)生自然就建立了元素的概念。（2）基于認(rèn)識模型，通過認(rèn)識物質(zhì)組成/構(gòu)成的變式任務(wù)、認(rèn)識物質(zhì)分類的變式任務(wù)、解釋物質(zhì)性質(zhì)和變化等任務(wù)不斷引出新概念并彰顯概念的認(rèn)識功能，促進(jìn)學(xué)生微觀認(rèn)識發(fā)展。如讓學(xué)生解釋宏觀的現(xiàn)象或反應(yīng)，通過解釋性問題的驅(qū)動(dòng)，體會(huì)概念的認(rèn)識功能。

3.2 教學(xué)設(shè)計(jì)

根據(jù)“促進(jìn)學(xué)生微觀認(rèn)識發(fā)展”的基本教學(xué)理念，單元整體結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)教學(xué)，具體見表2。

3.3 教學(xué)實(shí)踐與檢驗(yàn)

我們選取北京市某示范校初三年級進(jìn)行4節(jié)課的教學(xué)實(shí)踐，并全程跟蹤了其中一位授課教師關(guān)于該主題的日常教學(xué)。為了調(diào)查教學(xué)效果，分別在“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題授課的前、后對學(xué)生進(jìn)行側(cè)重微觀認(rèn)識發(fā)展的問卷測查和訪談。由于本次教學(xué)中該校所有初三班級均參與了教學(xué)研究，故研究者在同等級學(xué)校安排對比班測試。

對比班教學(xué)首先分別進(jìn)行分子、原子、元素等概念教學(xué)，再利用所學(xué)的概念從宏觀和微觀角度去認(rèn)識物質(zhì)和變化。具體教學(xué)過程是通過酒精揮發(fā)引入教學(xué)主題，提出假說“物質(zhì)是由更小的物質(zhì)構(gòu)成，物質(zhì)是由小微粒構(gòu)成”；通過化學(xué)史實(shí)和物質(zhì)的掃描隧道圖證明“物質(zhì)是由分子等微粒構(gòu)成的”；通過氨水遇酚酞變紅、酒精與水混合、比較壓縮空氣和水三個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分子特征的教學(xué)，然后讓學(xué)生從微觀的角度分析宏觀現(xiàn)象；通過物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)模型讓學(xué)生認(rèn)識到分子由原子構(gòu)成，再從微觀角度看物質(zhì)、純凈物和混合物以及變化，總結(jié)分子和原子的區(qū)別與聯(lián)系；通過化學(xué)史上原子模型認(rèn)識的發(fā)展進(jìn)行原子結(jié)構(gòu)的教學(xué)；通過多種含鐵元素的物質(zhì)引出元素概念，觀察元素周期表得出“決定元素種類的是質(zhì)子數(shù)”，解讀元素周期表，從宏觀和微觀角度結(jié)合看物質(zhì)及其變化；最后進(jìn)行化學(xué)式的意義、化學(xué)式的書寫、簡單化合物的命名、化合價(jià)的原則、化合價(jià)的標(biāo)法和含義、化學(xué)式的計(jì)算、混合物中元素含量計(jì)算等教學(xué)。

測查及訪談具體安排如表3。

調(diào)查問卷為自編測試題，針對已有測驗(yàn)的探查點(diǎn)都是指向?qū)W生對微觀概念本體認(rèn)識的具體偏差，而沒有探查學(xué)生建立微觀概念后能夠解釋什么宏觀的現(xiàn)象、事實(shí)或變化，即沒有關(guān)注學(xué)生是否基于微觀概念發(fā)展了相應(yīng)的認(rèn)識方式和能力。因此本測查問卷中設(shè)置描述性任務(wù)和解釋性任務(wù)，測查學(xué)生如何分析和解釋所看到宏觀的現(xiàn)象、事實(shí)或變化，然后我們通過學(xué)生的答題情況進(jìn)行賦分，看學(xué)生是否建立了微觀認(rèn)識角度，形成了微觀認(rèn)識方式。

用單維Rasch模型對學(xué)生樣本的前后測數(shù)據(jù)進(jìn)行量化分析，得到學(xué)生信度是0.78，試題信度是0.95，具體數(shù)據(jù)如表4。

根據(jù)表4，我們可以看出實(shí)驗(yàn)班與對比班學(xué)生在主題授課前差異性不顯著，授課后實(shí)驗(yàn)班學(xué)生的平均能力值高于對比班學(xué)生，且存在顯著性差異。

本研究進(jìn)一步對學(xué)生概念關(guān)系、概念功能價(jià)值認(rèn)識兩個(gè)方面的情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。對學(xué)生概念關(guān)系認(rèn)識的測查主要看學(xué)生是否能夠主動(dòng)建立并應(yīng)用“物質(zhì)-微?！薄ⅰ胺肿?原子”、“物質(zhì)-元素”、“元素-原子”、“原子-離子”間的關(guān)系來分析和解決問題，如表5所示的后測問卷中的第2題。對概念的功能價(jià)值認(rèn)識的測查主要看學(xué)生能否建立認(rèn)識角度去描述物質(zhì)的組成/構(gòu)成，對物質(zhì)進(jìn)行分類，解釋物質(zhì)性質(zhì)和變化，如表6所示的后測問卷中的第4題。

分析結(jié)果見表7和表8。問卷測查和學(xué)生訪談結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)班學(xué)生對概念關(guān)系認(rèn)識高于對比班學(xué)生，實(shí)驗(yàn)班學(xué)生多角度描述物質(zhì)的組成/構(gòu)成的能力優(yōu)于對比班學(xué)生，但實(shí)驗(yàn)班學(xué)生多角度對物質(zhì)進(jìn)行分類、解釋物質(zhì)性質(zhì)和變化的能力與對比班學(xué)生基本一致。同時(shí)，我們也可以發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)班和對比班學(xué)生解決問題時(shí)均很難自主做到宏微觀結(jié)合，如表6所示的題目，大部分學(xué)生基于物質(zhì)、元素的角度，或者基于分子、原子的角度。

4 “物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題的有效教學(xué)策略

反思“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施過程，可以提煉出以下有助于促進(jìn)學(xué)生微觀認(rèn)識發(fā)展的“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題的有效教學(xué)策略。

4.1 基于概念關(guān)系整體建構(gòu)相關(guān)知識

該主題的有效教學(xué)策略之一是基于概念關(guān)系整體建構(gòu)有關(guān)知識，形成系統(tǒng)的認(rèn)識模型，推進(jìn)教學(xué)進(jìn)程。在該主題教學(xué)的第一課時(shí)中，我們利用認(rèn)識物質(zhì)的組成/構(gòu)成和物質(zhì)分類任務(wù)驅(qū)動(dòng)學(xué)生基于概念關(guān)系建立分子、原子、元素的概念，借助相對非定義性的概念理解找到分子、原子、元素與物質(zhì)的關(guān)系，初步建構(gòu)“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題的認(rèn)識模型；在教授完原子的構(gòu)成后再次理解分子、原子、元素和物質(zhì)的關(guān)系；整個(gè)教學(xué)過程中通過認(rèn)識物質(zhì)的組成/構(gòu)成、物質(zhì)分類、解釋物質(zhì)性質(zhì)和變化等任務(wù)，反復(fù)多次從不同的視角梳理分子、原子、元素、物質(zhì)這些概念之間的關(guān)系，系統(tǒng)建構(gòu)“物質(zhì)構(gòu)成奧秘”主題的認(rèn)識模型。

4.2 基于核心概念認(rèn)識功能和價(jià)值設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)性任務(wù)

該主題的有效教學(xué)策略之二是基于核心概念認(rèn)識功能和價(jià)值設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)性任務(wù)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生原有認(rèn)識的探查、相應(yīng)概念模型的建立、有關(guān)知識的應(yīng)用。已有概念教學(xué)會(huì)先觀察分子的存在，直接給出掃描隧道圖，讓學(xué)生體會(huì)原子的存在，完全是為了得出概念，而上述教學(xué)策略路線是學(xué)生學(xué)了分子、原子、元素的概念之后能幫助學(xué)生解決哪些任務(wù)，就將那些任務(wù)作為驅(qū)動(dòng)性任務(wù)，激起學(xué)生學(xué)習(xí)的需求，驅(qū)動(dòng)學(xué)生建立概念?；诖?，我們在教學(xué)中設(shè)置了一系列驅(qū)動(dòng)性任務(wù)，主要包括如何看物質(zhì)的不同與相同、如何看物質(zhì)的分類、如何看物質(zhì)的性質(zhì)和變化這3組任務(wù)，如表9。

4.3 基于“宏觀-微觀-符號”三重表征設(shè)計(jì)學(xué)生活動(dòng)

本主題的有效教學(xué)策略之三是基于“宏觀-微觀-符號”三重表征設(shè)計(jì)學(xué)生活動(dòng)，發(fā)展認(rèn)識方式類型。教學(xué)中，利用宏觀的現(xiàn)象、反應(yīng)、事實(shí)、信息等創(chuàng)設(shè)情景，將微觀的概念外顯，并使用化學(xué)用語分析、表達(dá)化學(xué)宏觀的現(xiàn)象等。如在物質(zhì)分類任務(wù)的學(xué)生活動(dòng)中，不同小組的學(xué)生拿到不同表征方式的卡片；再如認(rèn)識物質(zhì)變化的任務(wù)中，從多個(gè)角度表征反應(yīng)。

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