李貴花

摘 要：基于化學核心素養(yǎng)“宏觀辨識與微觀探析”素養(yǎng)的發(fā)展，以“認識同周期元素性質(zhì)的遞變規(guī)律”為例，通過“復(fù)習鞏固”“性質(zhì)預(yù)測”“實驗探究”“思維建?！钡冉虒W流程，在課程情境中讓學生初步形成物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)性質(zhì)的觀念，促進“宏觀辨識與微觀探析”素養(yǎng)的提升。

關(guān)鍵詞：高中化學;宏觀辨識與微觀探析;教學實踐

《普通高中化學課程標準》（2017版），下文簡稱《課程標準》）指出：“各學科應(yīng)引導(dǎo)教學更加關(guān)注育人目的，更加關(guān)注培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)[1]?！薄昂暧^辨識與微觀探析”作為化學學科核心素養(yǎng)的重要組成部分，既是核心素養(yǎng)培養(yǎng)過程中應(yīng)形成的化學觀念，也是解決化學學科問題的思維方法。其落地需要教師將“宏觀辨識與微觀探析”素養(yǎng)（以下簡稱“宏微”素養(yǎng)）的培養(yǎng)循序漸進地融入平時的教學中，以期通過一系列化學認知活動逐漸培養(yǎng)和形成從宏觀辨識與微觀探析視角認識客觀事物的內(nèi)在品質(zhì)，并使之成為學生在當下學習和今后工作或生活中能主動從宏觀辨識與微觀探析視角分析、看待問題的自覺意識和思維習慣[2]。

一、發(fā)展“宏微”素養(yǎng)的理論依據(jù)

“宏微”素養(yǎng)體現(xiàn)了化學學科與其他學科不同的思維方式，學會用這種特殊的思維方式學習化學，能夠增進學生對化學學科的理解、對知識的掌握和對問題的分析?！墩n程標準》中“宏觀辨識與微觀探析”的概念是：能從不同層次認識物質(zhì)的多樣性，并對物質(zhì)進行分類;能從元素和原子、分子水平認識物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化，形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的觀念。能從宏觀和微觀相結(jié)合的視角分析與解決實際問題。其內(nèi)容包含三個層面：

（一）知識層面：能從不同層次認識物質(zhì)的多樣性，并對物質(zhì)進行分類，能從元素和原子、分子水平認識物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化。

（二）思維層面：能從宏觀和微觀相結(jié)合的視角分析與解決實際問題。

（三）觀念層面：形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的觀念。

知識層面是學生從化學學科角度認識物質(zhì)、形成宏觀辨識與微觀探析思維、建構(gòu)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)觀念的必備知識，是解決問題的工具，也是形成關(guān)鍵能力的基礎(chǔ)。思維層面要求學生能從宏觀到微觀或從微觀到宏觀角度認識物質(zhì)及其變化的本質(zhì)，以建構(gòu)解決化學問題的思維視角。觀念層面是對宏觀辨識與微觀探析深度理解之后形成的化學觀念，是化學學科的核心觀念，是宏觀辨識與微觀探析思維方式的具體表現(xiàn)形式，也是學生思考和解決問題的一種策略與機制。三個層面并不是孤立的，而是有機聯(lián)系、相輔相成、循環(huán)發(fā)展，促進“宏微”素養(yǎng)的形成和進階。童文昭老師將發(fā)展“宏微”素養(yǎng)的思維類型與能力表現(xiàn)概括如下[3]。

1.宏觀→微觀類型。判斷結(jié)構(gòu)：能根據(jù)物質(zhì)的宏觀特征對物質(zhì)及其反應(yīng)進行分析，推斷物質(zhì)的微觀組成和結(jié)構(gòu)。

2.微觀→宏觀類型。分析性質(zhì)，預(yù)測現(xiàn)象，推斷結(jié)果：能根據(jù)物質(zhì)的微觀組成和結(jié)構(gòu)，預(yù)測、推斷物質(zhì)的性質(zhì)、變化的現(xiàn)象和結(jié)果。

3.“宏微”結(jié)合類型。觀念性思維體現(xiàn)：能基于物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)性質(zhì)、物質(zhì)性質(zhì)反映物質(zhì)結(jié)構(gòu)的觀念，綜合微觀和宏觀層面的認識，對物質(zhì)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、變化、現(xiàn)象等方面的問題進行分析、解決和評價。

二、教學背景分析

（一）關(guān)于“宏微”素養(yǎng)的學情分析

初中階段，學生通過“物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”“自然界的水”的學習，建立了宏觀辨識與微觀探析的基本意識，高中階段，經(jīng)過選擇性必修1與選擇性必修2第一章前兩節(jié)內(nèi)容的學習，學生已經(jīng)能較為熟練地書寫、表達及簡單應(yīng)用部分微觀方面的化學符號，也能從宏觀上辨識實驗現(xiàn)象，但對宏觀現(xiàn)象背后的微觀實質(zhì)理解能力有限，從微觀角度預(yù)測物質(zhì)性質(zhì)的能力欠缺，缺乏將宏觀現(xiàn)象與微觀實質(zhì)相聯(lián)系綜合分析化學實質(zhì)的意識[4]。

（二）教學案例教材版本

魯科版高中化學必修第二冊第一章第三節(jié)第一課時

（三）教學設(shè)計思路

以第3周期元素為例探究同周期元素性質(zhì)的遞變規(guī)律為主線，通過研究物質(zhì)性質(zhì)的基本程序——“復(fù)習鞏固”“性質(zhì)預(yù)測”“實驗探究”“思維建?！币龑?dǎo)學生應(yīng)用必修第二冊第一章第一節(jié)原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)的相關(guān)知識預(yù)測第3周期元素原子得失電子能力的強弱，討論、設(shè)計并動手實驗驗證預(yù)測，最后根據(jù)實驗結(jié)果歸納結(jié)論，建構(gòu)判斷同周期元素原子得失電子能力強弱的思維模型，初步建立“位”“構(gòu)”“性”三者的聯(lián)系。幫助學生形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)反映結(jié)構(gòu)”這一統(tǒng)攝性化學觀念，實現(xiàn)“宏微”素養(yǎng)的落地。教學中，關(guān)于認識同周期元素性質(zhì)遞變規(guī)律的活動內(nèi)容與發(fā)展“宏微”素養(yǎng)呈現(xiàn)以下關(guān)聯(lián)：

1.理解與辨析→復(fù)習11至18號元素原子結(jié)構(gòu)示意圖→運用微粒結(jié)構(gòu)圖式描述物質(zhì)。

2.分析與推測→根據(jù)原子結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識預(yù)測11至18號元素原子得失電子能力的強弱→從微觀視角分析問題，預(yù)測物質(zhì)的宏觀物質(zhì)。

3.探究與創(chuàng)新→設(shè)計并操作實驗驗證11至18號元素原子得失電子能力的強弱→從宏觀和微觀相結(jié)合的視角解決實際問題。

4.歸納與論證→由實驗結(jié)果得出11至18號元素原子得失電子能力的強弱順序→初步建立“位”“構(gòu)”“性”三者的聯(lián)系，形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的化學觀念。

（四）教學目標

本文旨在探討基于“宏微”素養(yǎng)角度的教學實踐，因此設(shè)定如下教學目標。

1.能從原子結(jié)構(gòu)角度，解釋同周期元素原子得失電子遞變的原因，培養(yǎng)學生運用微粒結(jié)構(gòu)圖示描述物質(zhì)及其變化，聯(lián)系物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)解釋宏觀現(xiàn)象的能力。

2.能從預(yù)測的物質(zhì)性質(zhì)出發(fā)，依據(jù)實驗?zāi)康模O(shè)計實驗方案，通過實驗事實，驗證金屬元素原子失電子能力強弱比較的間接方法，培養(yǎng)學生綜合微觀和宏觀層面的認識，從宏觀特征入手根據(jù)實驗現(xiàn)象辨識物質(zhì)及其反應(yīng)，對物質(zhì)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、變化、現(xiàn)象等方面的問題進行分析、解決的能力。

3.能從預(yù)測的物質(zhì)性質(zhì)出發(fā)，運用信息分析問題、解決問題，根據(jù)反應(yīng)發(fā)生的條件等一系列信息，總結(jié)非金屬元素原子得電子能力強弱比較的間接方法，培養(yǎng)學生綜合微觀和宏觀層面的認識，對物質(zhì)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、變化、現(xiàn)象等方面的問題進行分析、解決的能力。

4.體會原子結(jié)構(gòu)與同周期元素性質(zhì)遞變之間的關(guān)系，初步形成物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)性質(zhì)，物質(zhì)性質(zhì)反映物質(zhì)結(jié)構(gòu)的觀念，實現(xiàn)“宏觀辨識與微觀探析”素養(yǎng)的進階[5]。

（五）教學環(huán)節(jié)

環(huán)節(jié)1，從原子結(jié)構(gòu)預(yù)測第3周期元素原子得失電子的遞變規(guī)律。

1.通過已學知識，說出比較元素原子失電子能力的方法。

2.寫出第3周期元素原子結(jié)構(gòu)示意圖，并嘗試從原子結(jié)構(gòu)角度說明該周期元素原子得失電子能力出現(xiàn)差異的原因。

3.通過第3周期元素的原子結(jié)構(gòu)預(yù)測第3周期元素原子得失電子能力的遞變規(guī)律。

設(shè)計意圖：此階段學生“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的化學觀念尚處于萌芽階段，學生由原子結(jié)構(gòu)預(yù)測第3周期元素原子得失電子能力的遞變規(guī)律難度較大。教師通過設(shè)置問題鏈，將微觀層面探析物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、變化現(xiàn)象等相關(guān)零散知識進行整合、內(nèi)化，將知識從熟悉引向陌生，循序漸進，由淺入深，實現(xiàn)“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”化學觀念的覺醒、促進“宏微”學科素養(yǎng)的有效落實，提高學生解決問題的能力。

對“從原子結(jié)構(gòu)角度說明第3周期元素原子得失電子能力出現(xiàn)差異的原因”這一難點的突破，可通過設(shè)置問題鏈引導(dǎo)學生思考：①第3周期元素原子的電子層數(shù)，最外層電子數(shù)有什么變化規(guī)律？②第3周期元素原子的半徑有什么變化規(guī)律？③原子核內(nèi)質(zhì)子與核外電子存在什么作用力？它們之間的距離有什么變化規(guī)律？導(dǎo)致得失電子的難易出現(xiàn)什么差異？這三個問題要求學生從微觀層面分析不同類物質(zhì)性質(zhì)差異的原因，從而得出第3周期元素原子得失電子能力的遞變規(guī)律。

環(huán)節(jié)2，設(shè)計實驗驗證環(huán)節(jié)1對第3周期元素原子得失電子能力強弱的預(yù)測。

1.根據(jù)已學知識及課本20頁方法導(dǎo)引中的提示，分小組討論比較Na、Mg、Al元素原子失電子能力強弱的方法，并設(shè)計實驗方案驗證。

2.根據(jù)課本21頁方法導(dǎo)引中的提示，認真閱讀課本21頁“閱讀探究”欄目，獲取非金屬元素原子得電子能力強弱的證據(jù)，形成表格。

設(shè)計意圖：以實驗為抓手，通過實驗探究活動引導(dǎo)學生從宏觀和微觀結(jié)合上觀察各類物質(zhì)及其反應(yīng)的不同特征，依據(jù)實驗證據(jù)或材料證據(jù)歸納物質(zhì)性質(zhì)，推出合理結(jié)論。培養(yǎng)學生從“宏微”結(jié)合的角度分析與解決實際問題的能力，促進“宏微”素養(yǎng)的提升。

從課堂實際效果看，學生已具備一定實驗探究能力，能較好地設(shè)計并操作實驗，教師可在實驗探究任務(wù)中適時尋找“宏微”素養(yǎng)的生長點。如，有一小組提出可通過金屬單質(zhì)與鹽溶液的置換反應(yīng)判斷Na、Mg、Al元素原子失電子能力的強弱，設(shè)計并操作相應(yīng)實驗時，從宏觀實驗現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)：①Na與可溶性鎂鹽溶液發(fā)生反應(yīng)，未有新的金屬單質(zhì)生成，而是產(chǎn)生白色沉淀。②Mg與可溶性鋁鹽溶液發(fā)生反應(yīng)，未觀察到新金屬單質(zhì)生成，鎂片上產(chǎn)生大量細小氣泡，溶液逐漸變渾濁。原因何在？問題①：通過必修第一冊的學習，學生很容易從微觀角度想到Na遇到H2O、可溶性鎂鹽時，反應(yīng)順序是先水后鹽。問題②：Mg與可溶性鋁鹽溶液反應(yīng)，涉及選擇性必修1中鹽類水解的內(nèi)容，此時教師可通過問題鏈引導(dǎo)學生深入思考：Ⅰ.產(chǎn)生大量氣泡可能是生成了什么氣體？設(shè)計實驗驗證。氣體是溶液中哪些微粒反應(yīng)產(chǎn)生的？Ⅱ.這些微粒在鋁鹽溶液中存在嗎？設(shè)計實驗證明這些微粒的存在。Ⅲ.這些微粒與Mg反應(yīng)的順序是什么？猜測并動手實驗后，學生可以得出：鋁鹽溶液呈酸性，Mg先與溶液中的H+反應(yīng)生成H2。因此，不能利用金屬單質(zhì)與鹽溶液的置換反應(yīng)判斷Na、Mg、Al元素原子失電子能力的強弱。對該實驗設(shè)計預(yù)測之外的現(xiàn)象解析要求學生從微觀層面分析反應(yīng)原理，認識反應(yīng)本質(zhì)，提高從宏觀和微觀相結(jié)合的視角分析與解決實際問題的能力[6]。

環(huán)節(jié)3，宏微結(jié)合得出結(jié)論，建構(gòu)思維模型。

1.根據(jù)這節(jié)課學習的內(nèi)容，得出第2周期元素原子得失電子的遞變規(guī)律。

2.比較第2周期元素性質(zhì)的遞變規(guī)律。

3.總結(jié)元素周期表中同周期元素原子得失電子的遞變規(guī)律。

設(shè)計意圖：通過認識元素“位”“構(gòu)”“性”之間的內(nèi)在聯(lián)系，引導(dǎo)學生形成物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)性質(zhì)，物質(zhì)性質(zhì)反映物質(zhì)結(jié)構(gòu)的化學觀念，協(xié)助學生遵循“微觀→宏觀”“宏觀→微觀”的思維建立同周期元素性質(zhì)遞變規(guī)律的認知模型。

為讓學生對“位”“構(gòu)”“性”之間的聯(lián)系有深刻認識，可進行簡單的課堂訓(xùn)練。如進行小組開火車搶答競賽，由教師提問，各小組學生按座位順序搶答，若答案錯誤，可由其他小組繼續(xù)搶答。搶答的試題對學生形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)反應(yīng)結(jié)構(gòu)”觀念的作用應(yīng)簡單、直接、高效，如下（針對第2周期）：

①失電子能力最強的元素是哪一個？

②最外層電子數(shù)最多的元素是哪一個？

③最高正價最大的元素是哪一個？

④最高價含氧酸酸性最強的元素是哪一個？

⑤氣態(tài)氫化物穩(wěn)定性最強的元素是哪一個？

⑥第一個非金屬元素處于第幾位？

⑦與酸反應(yīng)生成氫氣最慢的元素是哪一個？

三、教學反思

（一）注重技巧，尋找最適教學實施路徑

“宏微”素養(yǎng)發(fā)展在高中化學教學中大多涉及微觀視角分析問題，具有抽象性強、直觀性弱、思維難度高等特點，教學過程往往枯燥無味。教師可從熟悉的知識點入手逐步過渡到陌生知識點的掌握;從常見易理解的情境入手訓(xùn)練，逐步加深難度到可適應(yīng)陌生情境的問題解決;從化學實驗入手，逐步將抽象化的微觀本質(zhì)通過宏觀的實驗現(xiàn)象或數(shù)據(jù)呈現(xiàn)，降低學生理解并內(nèi)化知識的難度。

（二）循序漸進，符合學生認知規(guī)律

“宏微”素養(yǎng)是在一定知識基礎(chǔ)上發(fā)展起來的化學學科能力。高中不同學段學生知識基礎(chǔ)和心理發(fā)展程度存在差異，根據(jù)學生在不同學段的知識結(jié)構(gòu)特點設(shè)定相應(yīng)難度梯度進行針對性教學，走穩(wěn)每一步。

（三）合理規(guī)劃，設(shè)置導(dǎo)引性問題鏈

化學教學中設(shè)置問題鏈引導(dǎo)學生自主學習的情況較為多見。問題鏈的設(shè)置應(yīng)為教學目標服務(wù)，帶有明確的目的性，若目的是解決問題，問題鏈的設(shè)置需考慮思維活動開展的深度，問題鏈要有一定的難度梯度，由淺入深、由表及里、前后銜接、問問相扣，化學教學中的知識性教學設(shè)置的問題鏈多為此類;若目的是強化訓(xùn)練，問題鏈的設(shè)置需考慮思維活動開展的廣度，問題鏈可以沒有層次性，只在同一水平重復(fù)，但需考慮問題鏈覆蓋知識的全面性，化學教學中的認知性習題訓(xùn)練設(shè)置的問題鏈多為此類。

結(jié)束語

本節(jié)課使學生初步改變了化學觀念，強化了化學學習中物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的聯(lián)系，凸顯了“宏微”結(jié)合思想在解決化學問題中的重要作用，實現(xiàn)了從化學基礎(chǔ)知識的學習向培養(yǎng)學生“宏微”素養(yǎng)的轉(zhuǎn)變，真正提升了學生“宏微”素養(yǎng)的水平。

參考文獻

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本文系福建省教育科學“十三五”規(guī)劃2020年度課題“基于高中化學學業(yè)質(zhì)量標準的‘宏觀辨識與微觀探析素養(yǎng)培養(yǎng)的實踐研究”（立項批準號：FJJKX20-905）的階段性研究成果。