施建梁

【摘 要】采用化學學科核心素養(yǎng)視角下的結(jié)構(gòu)化設計策略和建模策略，將物質(zhì)質(zhì)量到微觀粒子數(shù)的計算作為一個結(jié)構(gòu)化的整體，從宏觀具象建模遷移到微觀抽象模型，引導學生基于最近發(fā)展區(qū)基礎上建構(gòu)概念，內(nèi)化相關(guān)概念間的關(guān)系，對突破難點起到良好效果。

【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)化；具象模型；抽象模型

物質(zhì)的量是高一化學的第一個理論重點，也是學生從初中上高中接觸到的第一個抽象的理論知識難點。學好本概念對學生從微觀粒子角度理解物質(zhì)的組成及結(jié)構(gòu)，計算微觀粒子數(shù)目，實現(xiàn)宏觀質(zhì)量和微觀粒子數(shù)目間的相互轉(zhuǎn)化，建立宏微結(jié)合觀念，為化學后續(xù)學習提供必要的計量方法具有重要意義。但因概念本身的抽象性造成學生學習的困難，而化學學科核心素養(yǎng)視角下的結(jié)構(gòu)化設計策略和建模策略為建構(gòu)概念突破難點、發(fā)展核心素養(yǎng)起到良好教學效果。

一、物質(zhì)的量教學的結(jié)構(gòu)化設計策略

教師在組織教學內(nèi)容時應高度重視化學知識的結(jié)構(gòu)化設計，充分認識知識結(jié)構(gòu)化對于學生化學學科核心素養(yǎng)發(fā)展的重要性，尤其是應有目的、有計劃地進行“認識思路”和“核心觀念”的結(jié)構(gòu)化設計，逐步提升學生的化學知識結(jié)構(gòu)化水平，發(fā)展化學學科核心素養(yǎng)。

現(xiàn)有的物質(zhì)的量第一課時在教學實踐中常是這么設計的：利用一課時完成物質(zhì)的量、阿伏加德羅常數(shù)、和微粒數(shù)三個物理量的概念及三者之間的公式，將摩爾質(zhì)量與氣體摩爾體積放在第二節(jié)。教材引導學生從一滴水中含多少個水分子入手，通過文本引導學生掌握抽象的物質(zhì)的量概念，在單個概念的文字與公式中糾纏，學生死記文字和公式，然后花大量時間訓練計算以強化公式記憶。該設計存在三個問題：1.缺乏基于知識關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)化，割裂知識的整體性，未按照知識之間的邏輯關(guān)系來組織，是一種孤立的教學；2.未挖掘?qū)W生的元認知，微觀粒子是抽象的不可觸摸和不可見的，直接強加一個物質(zhì)的量對學生的理解會產(chǎn)生困難；3.糾纏于文字與公式理想化的認為學生基于教師講述或文本描述就能很好的理解概念通過重復強化公式的記憶。這是一種低效的、碎片化的教學。學生不理解知識的本質(zhì)，沒建立該有的知識結(jié)構(gòu)無法實現(xiàn)遷移應用，是一種基于表層的淺層教學，未挖掘概念的知識結(jié)構(gòu)與學生原有認知結(jié)構(gòu)的結(jié)合點，而思維建模策略可以有效突破這難點。

二、物質(zhì)的量教學的思維建模策略

1.具象模型建構(gòu)與原認知激發(fā)階段

在宏觀可視問題解決過程中形成問題解決的思維模型：從學生熟悉的、宏觀的生活經(jīng)驗（原有知識結(jié)構(gòu)）入手，引導學生理清如何利用量米杯簡化從米的質(zhì)量計算米粒數(shù)量過程中，引出兩個實現(xiàn)不同物理量間相互轉(zhuǎn)化的工具——轉(zhuǎn)化因子模型——杯子，只要解決每杯米的質(zhì)量和每杯米的數(shù)量，就能解決從米質(zhì)量到米粒數(shù)目的簡捷計算，并得出一個新的重要物理量“杯數(shù)”即物質(zhì)的量概念原型。在學生理清這個宏觀而又具體的問題解決過程中建立物質(zhì)的量概念學習的宏觀思維模型。

摩爾概念模型——量米杯：一定數(shù)量米粒的集合；物質(zhì)的量概念模型——量米杯的杯數(shù)：一定質(zhì)量的米能分為幾杯；摩爾質(zhì)量模型：每杯米的質(zhì)量；阿伏加德羅常數(shù)模型：每杯米的米粒數(shù)。

問題1：今天中午你家煮飯用了多少米？

生：3碗、5杯、6杯……

師：到底用了多少米？用了3碗的會比用了5杯的少嗎？

生：不一定，因為碗、杯子大小不一樣。

師：能否用統(tǒng)一的標準來衡量所用米的多少？通常用質(zhì)量，如我家用了一斤米，你家用了兩斤。也就是說我們通常用質(zhì)量來表達物質(zhì)的多少。質(zhì)量是個宏觀可見、可測的物理量。但每餐煮飯我們不可能總用秤去稱用了多少米，所以我們常用一個工具“杯子”，假如統(tǒng)一規(guī)定杯子的大小，只要知道每杯米的質(zhì)量，就可根據(jù)你家用了幾杯米知道你家用米的質(zhì)量。

問題2：如何計算今天中午你家煮飯用了多少粒米？

生：計算一杯米有多少粒。

師生小結(jié)：杯子是解決問題的一個好工具，杯子可認為是一定數(shù)量米粒的集合，杯子數(shù)量和米粒數(shù)量成正比，杯子數(shù)量越多所含米粒越多；杯子數(shù)量又和米的質(zhì)量成正比，可實現(xiàn)米的質(zhì)量與米粒數(shù)目間的轉(zhuǎn)化。建立如下計算模型：

杯子數(shù)量=米的質(zhì)量/每杯米的質(zhì)量

米粒數(shù)目=杯子數(shù)量×每杯的米粒數(shù)

本階段教學應用學生生活中非常熟悉的量米煮飯場景，抓住米質(zhì)量與米粒這種類似宏觀質(zhì)量與微粒數(shù)目關(guān)系的原有認知模型的充分激發(fā)，引出一個新的物理量“杯子數(shù)量”，并指出兩個中介量“每杯米的質(zhì)量”和“每杯米含米粒的數(shù)目”在實現(xiàn)質(zhì)量和米粒數(shù)轉(zhuǎn)化過程中的重要地位，為物質(zhì)的量概念學習建立具體形象知識的附著點，成為物質(zhì)的量概念學習的牢固支架，體現(xiàn)深度學習理念的重要要素：聯(lián)系與構(gòu)建，化陌生為熟悉，化抽象為直觀，由最近發(fā)展區(qū)出發(fā)、讓抽象學習成為已有認知基礎上的拓展和延伸，為微觀概念建構(gòu)及計算打下基礎。

（下轉(zhuǎn)第47頁）（上接第45頁）

2.抽象模型建構(gòu)與概念建構(gòu)階段

通過相似性問題遷移由一定質(zhì)量米的米粒數(shù)計算轉(zhuǎn)化成一定質(zhì)量水中水分子數(shù)計算，將具象模型問題解決過程中建構(gòu)的問題解決思維模型遷移到微觀抽象問題中，形成物質(zhì)的量概念建構(gòu)思維模型。

教學實錄片段

展示一瓶礦泉水（約500g），水是由微觀粒子水分子組成，如何計算這一瓶水中有多少個水分子？

師：引入一個新物理量——物質(zhì)的量：是一定數(shù)量微觀粒子的集合，表示物質(zhì)所含微觀粒子數(shù)目的多少，又能與宏觀質(zhì)量建立聯(lián)系的物理量（符號n），單位為摩爾（符號mol）。物質(zhì)的量相當于量米模型中杯子數(shù)量。則摩爾即杯子，那如何規(guī)定這杯子的大小呢？請閱讀課本。

通過以上模型構(gòu)建和模型遷移應用，學生對號入座，摩爾相當于杯子，摩爾質(zhì)量就是每杯微粒集體的質(zhì)量，阿伏加德羅常數(shù)是每杯的微粒數(shù)。對照建立三者之間的關(guān)系為：

物質(zhì)的量（n）=質(zhì)量（g）/摩爾質(zhì)量（M）

微粒數(shù)目（N）=物質(zhì)的量（n）×阿伏加德羅常數(shù)（NA）

本節(jié)物質(zhì)的量概念教學通過這種思維模型建構(gòu)策略，學生從已有宏觀認知模型出發(fā)，構(gòu)建微觀抽象模型，通過量米杯模型理解宏微轉(zhuǎn)化的重要工具物質(zhì)的量概念，掌握計算方法，將知識內(nèi)化為自身知識結(jié)構(gòu)。其優(yōu)點有三：①將抽象概念化為基于已有認知知識結(jié)構(gòu)的拓展，是已有知識結(jié)構(gòu)上生長出來的新知識結(jié)構(gòu)，有牢固的附著點，徹底掙脫對物質(zhì)的量概念的死記硬背；②從認識思路的結(jié)構(gòu)化角度看，這種宏觀質(zhì)量與微觀粒子間實現(xiàn)轉(zhuǎn)化的學習過程是一個結(jié)構(gòu)化的整體，有完整的前因后果有利于學生建立完整的知識結(jié)構(gòu)；③從宏觀物質(zhì)處理辦法遷移到微觀粒子處理辦法，體現(xiàn)宏觀物質(zhì)與微觀粒子的認識過程具有共通的本源，微觀粒子表達方式是宏觀物質(zhì)表達方式的進一步深入與概括，有利于學生從宏微結(jié)合的視角來分析和解決問題，形成宏微結(jié)合的化學核心觀念。

【參考文獻】

[1]中國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[M].人民教育出版社，2018.01

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