文/丁 櫻

“微觀探析”能力是對系統(tǒng)的組成部分進(jìn)行更加詳細(xì)的觀察的能力[1]。在高中化學(xué)課堂中引導(dǎo)學(xué)生從微觀層次認(rèn)識物質(zhì)，學(xué)會應(yīng)用符號形式描述物質(zhì)的活動，讀懂各種數(shù)據(jù)圖像描述物質(zhì)變化的過程，將有助于學(xué)生從定性與定量兩個視角建立研究物質(zhì)性質(zhì)的“宏觀—微觀”的化學(xué)學(xué)科觀念與思維方法。

大部分學(xué)生進(jìn)入高中后還習(xí)慣性地延續(xù)著初中的化學(xué)學(xué)習(xí)方法。首先，學(xué)生特別重視物質(zhì)性質(zhì)、變化、用途等知識點，對建構(gòu)微觀結(jié)構(gòu)模型與模型認(rèn)知能力發(fā)展的認(rèn)識不足，他們往往忽視建構(gòu)和認(rèn)知微觀結(jié)構(gòu)模型的“微觀探析”活動。其次，學(xué)生不愿意花太多時間去理解化學(xué)用語的意義。隨著化學(xué)表征方式的多樣化和復(fù)雜化，學(xué)生感到化學(xué)學(xué)習(xí)的難度增大，并因此產(chǎn)生焦慮。最后，受課時限制，教師在課堂上很難循序漸進(jìn)地幫助學(xué)生認(rèn)知物質(zhì)的微觀模型，無法實現(xiàn)“授人以漁”的目的。如何幫助高中生在化學(xué)必修學(xué)習(xí)中發(fā)展“微觀探析”能力，增強學(xué)習(xí)信心，就成了當(dāng)今高中化學(xué)教學(xué)的當(dāng)務(wù)之急。因此，開展高中化學(xué)必修“微觀探析”整體教學(xué)活動勢在必行。

一、研究的理論依據(jù)

（一）認(rèn)知發(fā)展理論

認(rèn)知發(fā)展理論認(rèn)為，教師要在課堂教學(xué)中積極創(chuàng)設(shè)“最近發(fā)展區(qū)”，讓學(xué)生在同伴、教師的幫助下完成獨自不能完成的任務(wù)[2]。根據(jù)這一認(rèn)知理論，整體設(shè)計高中化學(xué)“微觀探析”活動，循序漸進(jìn)地在高中化學(xué)必修課堂上創(chuàng)設(shè)“微觀探析”的主題，有利于教師把控“微觀探析”活動的節(jié)奏，由淺入深地進(jìn)行活動設(shè)計與開展整體教學(xué)活動，有利于學(xué)生更好地完成“微觀探析”任務(wù)。課堂教學(xué)中“微觀探析”活動的廣泛開展和持續(xù)深入，能讓學(xué)生“微觀探析”的能力得到持續(xù)提升，促使學(xué)生形成從“宏觀—微觀”視角歸納、解釋、描述、表征物質(zhì)及其反應(yīng)的意識[3]。

（二）建構(gòu)主義理論

建構(gòu)主義理論認(rèn)為，教師要在課堂教學(xué)中成為學(xué)生建構(gòu)知識的積極幫助者和引導(dǎo)者，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。建構(gòu)主義理論為高中化學(xué)“微觀探析”的活動指明了具體方式。在“微觀探析”活動中，教師通過展現(xiàn)實物、實驗現(xiàn)象、史實、工業(yè)生產(chǎn)與環(huán)境保護(hù)的問題、晶體衍射圖、現(xiàn)代分析儀器譜圖、最新學(xué)術(shù)文獻(xiàn)等多維證據(jù)，進(jìn)行有效的引導(dǎo)，讓學(xué)生能夠更形象地進(jìn)行“微觀探析”活動，促使學(xué)生的“微觀探析”能力由表及里得到提升，逐漸形成從“宏觀—微觀—符號—曲線”四重表征來分析化學(xué)相關(guān)問題的意識。

二、確立高中化學(xué)“微觀探析”活動的認(rèn)知發(fā)展階梯與主題

課題組從六個方面層層遞進(jìn)有條不紊地開展研究與探討：研究了蘇教版化學(xué)教材（2020 年7 月版）各模塊的內(nèi)容以及高中化學(xué)認(rèn)知的發(fā)展，梳理了高中化學(xué)“微觀探析”的主要研究對象，探討了重要的概念、原理以及物質(zhì)及其變化的認(rèn)知模型，整理了微粒的微觀基本結(jié)構(gòu)、研究物質(zhì)變化過程中的主要證據(jù)，建立了高中化學(xué)“微觀探析”認(rèn)知發(fā)展的三個階梯——微觀結(jié)構(gòu)、微粒的移動與變化以及微粒濃度，明確了三個階梯“微觀探析”的認(rèn)知角度與認(rèn)知內(nèi)容（見表1）。

表1 高中化學(xué)“微觀探析”活動認(rèn)知發(fā)展階梯與主題

三、實施高中化學(xué)必修“微觀探析”整體教學(xué)活動

有了堅實的理論基礎(chǔ)，根據(jù)高中化學(xué)“微觀探析”活動的認(rèn)知發(fā)展階梯與主題，課題組結(jié)合蘇教版教材（2020 年7 月版）的必修課程內(nèi)容，循序漸進(jìn)地開展“微觀探析”活動。課題組教師先通過充分的證據(jù)幫助學(xué)生建立“物質(zhì)、微粒的微觀結(jié)構(gòu)”模型，然后再從“微粒移動與變化”“微粒濃度變化”這兩個視角幫助學(xué)生初步建立化學(xué)反應(yīng)原理的認(rèn)知模型。在“微觀探析”活動中，學(xué)生逐漸形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)、量變引起質(zhì)變”的化學(xué)觀念，宏觀辨識與微觀探析、證據(jù)推理與模型認(rèn)知、變化觀念與平衡思想的核心素養(yǎng)得到了提升，具備了扎實的微觀結(jié)構(gòu)模型與“微觀探析”的意識，提高了化學(xué)表征能力。

（一）層級式開展“微觀結(jié)構(gòu)”模型認(rèn)知活動

課題組結(jié)合高中化學(xué)必修課堂教學(xué)進(jìn)度，層級式開展“微觀結(jié)構(gòu)”模型認(rèn)知活動。首先，從微粒大小、間距、運動這三個要素建構(gòu)物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)模型，從自由移動陰、陽離子這一視角建構(gòu)電解質(zhì)溶液、熔融狀態(tài)的微觀結(jié)構(gòu)模型，并應(yīng)用模型認(rèn)知物質(zhì)物理性質(zhì)的差異、摩爾體積概念、分散系的分類、化合物分類、溶液的導(dǎo)電性。其次，從原子核組成和核外電子運動這兩個視角建構(gòu)原子結(jié)構(gòu)模型，應(yīng)用原子結(jié)構(gòu)模型認(rèn)識核素與同位素概念、焰色反應(yīng)、穩(wěn)定的電子層結(jié)構(gòu)、單質(zhì)的性質(zhì)。再次，從微粒間作用力視角建構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)模型，應(yīng)用模型認(rèn)知化合物的分類、晶體物理性質(zhì)的差異。最后，從原子間連接順序、成鍵方式、空間結(jié)構(gòu)這三個要素來建構(gòu)分子結(jié)構(gòu)模型，并從化學(xué)鍵、官能團(tuán)等視角理解有機反應(yīng)，預(yù)測有機物的化學(xué)性質(zhì)。

課堂上出現(xiàn)的實驗、化學(xué)史實、波譜圖、結(jié)構(gòu)模型等證據(jù)，引導(dǎo)著學(xué)生積極主動參與課堂活動，主動發(fā)現(xiàn)與探索，體驗科學(xué)研究過程的證據(jù)推理與模型建構(gòu)。這樣的教學(xué)活動有助于學(xué)生改變只關(guān)注物質(zhì)性質(zhì)、用途等知識的學(xué)習(xí)狀況，讓他們意識到要從微觀層次思考化學(xué)問題，從而理解應(yīng)用電離方程式、原子結(jié)構(gòu)示意圖、電子式、分子結(jié)構(gòu)式、分子結(jié)構(gòu)簡式、球棍模型、空間填充模型、晶胞模型等化學(xué)用語或模型來描述物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的意義，初步建立探討化學(xué)問題的思維方式，即“宏觀—微觀—符號”的三重表征方式。在這一認(rèn)知活動中，學(xué)生對物質(zhì)分類的認(rèn)知從“元素、物質(zhì)組成與性質(zhì)”宏觀視角認(rèn)識物質(zhì)的分類，發(fā)展到從“物質(zhì)電離”微觀視角認(rèn)知化合物的分類，再從“微粒間相互作用力”微觀視角認(rèn)知晶體的分類，進(jìn)階到從“官能團(tuán)—價鍵”微觀視角初步認(rèn)知有機物的分類，有助于提高學(xué)生對物質(zhì)的系統(tǒng)化和結(jié)構(gòu)化認(rèn)知。因此，這一認(rèn)知活動也為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)物質(zhì)結(jié)構(gòu)模塊與有機化學(xué)奠定了扎實的微觀結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

（二）滲透式開展以“微粒移動與變化”為主題的“微觀探析”活動

課題組研究了王磊教授主持研究的化學(xué)反應(yīng)認(rèn)知模型，挖掘了“微粒移動與變化”對其認(rèn)知發(fā)展的功能價值，以“離子、電子、電化學(xué)體系中微粒、分子”為研究對象，在課堂上滲透式開展以“微粒移動與變化”為主題研究化學(xué)反應(yīng)過程的“微觀探析”活動。

在開展這一認(rèn)知活動的過程中，教師應(yīng)注重引導(dǎo)學(xué)生從離子結(jié)合、電子轉(zhuǎn)移這兩個微觀視角認(rèn)知離子反應(yīng)與氧化還原反應(yīng)的條件，提升學(xué)生從微觀視角分析或預(yù)測溶液中微粒變化的能力；深入啟發(fā)學(xué)生從離子的移動與變化、電子的轉(zhuǎn)移與遷移這兩個微觀視角來理解電化學(xué)工作原理，了解電化學(xué)裝置模型，認(rèn)識電化學(xué)裝置實現(xiàn)了化學(xué)能與電能之間的轉(zhuǎn)化；積極推動學(xué)生從分子變化、價鍵的斷裂與生成這兩個微觀視角，進(jìn)一步描述化學(xué)反應(yīng)的微觀過程及其能量變化原因，認(rèn)識引燃、光照、加熱、持續(xù)加熱等條件在化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行中的作用；耐心協(xié)助學(xué)生從“官能團(tuán)—價鍵”這一視角初步認(rèn)識有機物之間的相互轉(zhuǎn)化；學(xué)生逐漸形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的化學(xué)觀念，提高了“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的能力以及從微觀結(jié)構(gòu)視角描述化學(xué)反應(yīng)過程的意識和表征能力。

隨著這一認(rèn)知活動的逐漸深入，學(xué)生研究化學(xué)反應(yīng)的認(rèn)知視角逐漸豐富，實現(xiàn)了從單一的“物質(zhì)”宏觀層面向“物質(zhì)—規(guī)律—能量”綜合宏觀視角轉(zhuǎn)化；實現(xiàn)了從“反應(yīng)物—生成物”的宏觀層面逐漸拓展到包含“微?！^程—價鍵”的“宏觀—微觀”層面；實現(xiàn)了從單一的“條件”視角逐漸拓寬到“條件—裝置—體系”應(yīng)用層面的認(rèn)知視角。這也為學(xué)生在選擇性必修中學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)原理奠定了扎實的“微觀探析”能力和豐富的模型認(rèn)知視角。

（三）聚焦式開展微粒濃度“微觀探析”活動

隨著“微觀結(jié)構(gòu)、微粒移動與變化”的“微觀探析”活動的深入開展，學(xué)生有了一定的定量計算基礎(chǔ)。課題組選取了電解質(zhì)溶液、濃硫酸性質(zhì)、硝酸性質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)速率與限度為教學(xué)載體，聚焦式開展以“微粒濃度”為主題的“微觀探析”活動，引導(dǎo)學(xué)生從“物質(zhì)的量濃度”的視角來認(rèn)知物質(zhì)性質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)速率與限度，重點培養(yǎng)學(xué)生從定性和定量的視角描述物質(zhì)組成及其變化的能力。

隨著這一認(rèn)知活動的開展，學(xué)生認(rèn)知視角的深度與廣度都有了很大的拓展。學(xué)生從以“質(zhì)量、體積”為主的認(rèn)知視角轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴拔镔|(zhì)的量、物質(zhì)的量濃度”為主的認(rèn)知視角；從“物質(zhì)濃度”拓寬到“微粒濃度”的視角來探討化學(xué)反應(yīng)機理，初步認(rèn)識“量變引起質(zhì)變、結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”“變化觀念與平衡思想”等化學(xué)思想，同時也充分體驗了應(yīng)用四重表征法（即“宏觀—微觀—符號—曲線”）分析化學(xué)問題的過程。這些都為學(xué)生學(xué)習(xí)“化學(xué)反應(yīng)原理”奠定了扎實的定量研究基礎(chǔ)。

四、結(jié)束語

富有新鮮感、時代感、感染力的化學(xué)課堂教學(xué)，一方面能有效引導(dǎo)學(xué)生在“微觀探析”活動中感受到技術(shù)手段的發(fā)展與創(chuàng)新對科學(xué)研究發(fā)展的意義；另一方面強化了學(xué)生對“化學(xué)學(xué)科對人類發(fā)展與進(jìn)步有重大貢獻(xiàn)”的認(rèn)識，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)探究與創(chuàng)新意識和科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任。課題組教師們樂于探索、不斷創(chuàng)新，開發(fā)的教學(xué)案例分別獲得省優(yōu)、市一二等獎，教師個人也分別獲得省市學(xué)科帶頭人、市級骨干教師、市級教育教學(xué)能手等榮譽稱號。

教學(xué)實踐證明，在“微觀探析”整體教學(xué)活動中，學(xué)生在課堂上能夠主動積極地進(jìn)行微觀模型認(rèn)知與優(yōu)化知識結(jié)構(gòu)，逐漸建立了化學(xué)研究的思維模型，形成了“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)、量變引起質(zhì)變”的觀念，提升了從多重表征水平思考問題的能力，發(fā)展了宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。