■陳為建

(作者單位：莒縣教研培訓(xùn)中心，山東日照　276500)

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◎?qū)W科教學(xué)◎

中小學(xué)生建立“物質(zhì)的微粒觀”的案例研究

■陳為建

一、“物質(zhì)微粒觀”的教學(xué)現(xiàn)狀分析

當(dāng)前小學(xué)、初中對“原子、分子和離子”內(nèi)容的要求有所降低，初中部分內(nèi)容挪到高中，新課程又把大學(xué)的一些內(nèi)容下放到高中，造成學(xué)生課業(yè)負(fù)擔(dān)過重，從而帶來一系列問題。

(一)小學(xué)科學(xué)課

小學(xué)科學(xué)課程中的有關(guān)物質(zhì)世界的宏觀知識對于中學(xué)階段學(xué)習(xí)“原子、分子和離子”等微觀領(lǐng)域的知識奠定了堅實的基礎(chǔ)。但在某些小學(xué)尤其是農(nóng)村的很多小學(xué)，對科學(xué)課的重視不夠，所以很多學(xué)生到了中學(xué)階段接觸微觀領(lǐng)域的知識時感到力不從心。再加上“原子、分子和離子”這部分內(nèi)容抽象，遠(yuǎn)離學(xué)生的生活經(jīng)驗，學(xué)生學(xué)到的宏觀物質(zhì)的知識不多，感性知識不充分，這就給教學(xué)帶來了一定的困難。

(二)中學(xué)科學(xué)課程

各種版本的化學(xué)教科書對“原子、分子和離子”內(nèi)容編排順序不一樣。人教版教科書有關(guān)“原子、分子和離子”的內(nèi)容分多個單元完成的，在第一單元中出現(xiàn)了“分子”“原子”的名詞，在第三單元安排了“分子和原子”一個課題專門學(xué)習(xí)分子和原子的概念，在第四單元進(jìn)入到原子的內(nèi)部，學(xué)習(xí)原子的構(gòu)成，簡要介紹原子的相對原子質(zhì)量。魯教版教科書對“原子、分子和離子”內(nèi)容的呈現(xiàn)，在第一單元第一節(jié)課內(nèi)容中，就引入了分子、原子知識和水分子的模型等微觀知識；在第二單元以學(xué)生熟悉的水為載體描述分子的運(yùn)動，在認(rèn)識分子的基礎(chǔ)上，向?qū)W生介紹原子及原子的結(jié)構(gòu)。教科書把分子、原子、離子、相對原子質(zhì)量等有關(guān)知識與水和溶液進(jìn)行穿插編排，其主要目的是為了分散難點(diǎn)。各種版本的化學(xué)教科書對“原子、分子和離子”內(nèi)容的要求不一樣，例如“核外電子排布”的要求，人教版教科書介紹了6種元素的原子結(jié)構(gòu)示意圖，魯教版化學(xué)教科書只介紹了氧原子的原子結(jié)構(gòu)示意圖。

(三)初中化學(xué)和物理教科書表述不一致

各種版本的化學(xué)教科書及物理教科書對“原子、分子和離子”內(nèi)容表述不一致，例如“分子”的呈現(xiàn)，人教版化學(xué)教科書“分子是保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小粒子”、魯教版化學(xué)教科書“分子是構(gòu)成物質(zhì)的一種基本粒子”，而人教版物理教科書“任何物質(zhì)都是由及其微小的粒子組成的，這些粒子保持了物質(zhì)原來的性質(zhì)，我們把它們叫做分子”。

二、中小學(xué)生“物質(zhì)微粒觀”發(fā)展階段性分析

學(xué)生認(rèn)識發(fā)展空間分析要放到整個教育鏈中去考慮，學(xué)段間要有機(jī)銜接，而不能割裂。科學(xué)教育的一個重要任務(wù)是幫助學(xué)生建立物質(zhì)的微粒性認(rèn)識，能從微觀的角度認(rèn)識一些自然現(xiàn)象，形成對物質(zhì)及其變化的科學(xué)認(rèn)識。根據(jù)目前我國小學(xué)科學(xué)、初中化學(xué)與物理、高中化學(xué)必修與選修所學(xué)有關(guān)物質(zhì)結(jié)構(gòu)方面的知識建構(gòu)成以下知識層級結(jié)構(gòu)。

(一)小學(xué)階段

小學(xué)科學(xué)課程中沒有出現(xiàn)“原子、分子和離子”的具體內(nèi)容，但要求學(xué)生知道“物質(zhì)世界”研究的是自然界中物質(zhì)的基本性質(zhì)及其運(yùn)動規(guī)律，從“物體與物質(zhì)”、“運(yùn)動與力”以及“能量的表現(xiàn)形式”三個部分學(xué)習(xí)“物質(zhì)世界”。其中“物體與物質(zhì)”部分通過對“物體→材料→物質(zhì)”三個層次的觀察和探究，讓學(xué)生了解物質(zhì)一些常見的基本性質(zhì)和變化過程。從小學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律來看，一般都是從具體的事物逐步過渡到抽象的概念。

小學(xué)科學(xué)課程中刪除了空氣組成成分及氧氣、二氧化碳性質(zhì)及用途的認(rèn)識。因為這部分內(nèi)容和中學(xué)交叉，而且由于缺乏化學(xué)元素概念，氧氣、二氧化碳對于兒童來說只是一種語言符號。新課程標(biāo)準(zhǔn)將水和空氣整合進(jìn)地球物質(zhì)主題，這樣處理有利于在全球尺度上把握地球系統(tǒng)的組成物質(zhì)及其相互之間的聯(lián)系。

(二)初中階段

初中生已經(jīng)形成物質(zhì)可以分割成細(xì)小的微粒的感性知識；學(xué)生在物理課《豐富多彩的物質(zhì)世界》中已經(jīng)學(xué)習(xí)了物質(zhì)的微粒性，并初步建立了分子、原子的概念；學(xué)生具備一定的想象力和邏輯推理能力；學(xué)生已掌握基本的實驗操作技能，也了解實驗在化學(xué)學(xué)習(xí)中的重要性。初中生以經(jīng)驗型的邏輯思維為主，理解抽象的概念和結(jié)論往往需要借助生動直觀的形象和已有生活經(jīng)驗的支持。

初中化學(xué)課程是學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的基礎(chǔ)階段和啟蒙階段，幫助學(xué)生形成微粒觀是一項重要任務(wù)。先通過學(xué)習(xí)和探究身邊的一些常見物質(zhì)，讓學(xué)生了解氧氣、二氧化碳、水等物質(zhì)的性質(zhì)和變化及制取和用途，從而激發(fā)學(xué)生的好奇心和進(jìn)一步探究的欲望。不同物質(zhì)為什么具有不同的性質(zhì)？為什么會發(fā)生一些變化？學(xué)生的各種疑問，為認(rèn)識物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)準(zhǔn)備了一定的條件。然后帶領(lǐng)學(xué)生從宏觀世界走入微觀世界，幫助學(xué)生用微粒觀去解釋宏觀現(xiàn)象，理解化學(xué)現(xiàn)象的本質(zhì)，從而進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，加深對以前所學(xué)知識的認(rèn)識，為以后熟練使用化學(xué)用語，正確書寫化學(xué)反應(yīng)方程式做好準(zhǔn)備，為學(xué)習(xí)質(zhì)量守恒定律、燃料、金屬以及酸、堿、鹽知識奠定堅實的基礎(chǔ)。

課程標(biāo)準(zhǔn)中對于離子的內(nèi)容只要求“知道原子、分子、離子等都是構(gòu)成物質(zhì)的微?！?、“知道同一元素的原子和離子可以互相轉(zhuǎn)化”。教學(xué)時先介紹核外電子運(yùn)動的特點(diǎn)、核外電子的分層排布、原子結(jié)構(gòu)示意圖和金屬、非金屬、稀有氣體元素原子核外電子層結(jié)構(gòu)的特征與其化學(xué)性質(zhì)的關(guān)系等內(nèi)容。這些內(nèi)容都是為了說明離子是什么，為說明離子是怎樣形成的作鋪墊。到此為止，已初步揭示了物質(zhì)構(gòu)成的奧秘，可鼓勵學(xué)生自行設(shè)計圖或表對相關(guān)的概念進(jìn)行歸納和整理，培養(yǎng)學(xué)生總結(jié)概括能力。

課程標(biāo)準(zhǔn)只要求知道“原子是由原子核和核外電子構(gòu)成的”，對核外電子分層排布有一個初步觀念就可以了，就是知道原子核外的電子是分層排布的。至于怎樣分層的、怎么樣排布是不要求的；至于原子結(jié)構(gòu)示意圖，僅僅作為原子結(jié)構(gòu)的一種表達(dá)手段，教學(xué)上不作要求。

(三)高中階段

必修課程模塊A1：了解人類對物質(zhì)結(jié)構(gòu)認(rèn)識的歷史，認(rèn)識研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系對人類認(rèn)識自然的作用。必修課程模塊A2：知道原子核外電子的能量是量子化的，了解原子核外電子的排布規(guī)律；能結(jié)合有關(guān)數(shù)據(jù)和實驗事實認(rèn)識元素周期律，了解原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)的關(guān)系；能描述元素周期表的結(jié)構(gòu)，知道金屬、非金屬在元素周期表中的位置及性質(zhì)遞變規(guī)律；認(rèn)識化學(xué)鍵的涵義，知道陰、陽離子間可以形成離子鍵，原子之間可以形成共價鍵。

物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)模塊(B3)：從科學(xué)家探索物質(zhì)構(gòu)成奧秘的史實中體會科學(xué)探究的過程和方法，增強(qiáng)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣；進(jìn)一步形成有關(guān)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本觀念，初步認(rèn)識物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的關(guān)系；能從物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的視角解釋一些化學(xué)現(xiàn)象，預(yù)測物質(zhì)的有關(guān)性質(zhì)；在理論分析和實驗探究過程中學(xué)習(xí)辯證唯物主義的方法論，逐步形成科學(xué)的價值觀。

三、如何幫助中小學(xué)生建立“物質(zhì)的微粒觀”

學(xué)生學(xué)習(xí)障礙點(diǎn)之一：化學(xué)的學(xué)習(xí)涉及宏觀、微觀兩大領(lǐng)域，尤其是微觀領(lǐng)域，學(xué)生不能真實地看見，只能通過人為的一些模型、圖片展開自己的想象，學(xué)生難以將宏觀與微觀知識聯(lián)系起來，更難以從微觀揭示物質(zhì)本質(zhì)的、深層次的特征與聯(lián)系。

學(xué)生學(xué)習(xí)障礙點(diǎn)之二：學(xué)生對構(gòu)成氣體或液體的微粒是不斷運(yùn)動的、微粒間存在間隙容易理解，但對固體物質(zhì)的微粒也是不斷運(yùn)動的、微粒間也存在間隙不容易理解，尤其是對微粒間存在作用力的認(rèn)識情況最差。

學(xué)生學(xué)習(xí)障礙點(diǎn)之三：學(xué)生認(rèn)識物質(zhì)微觀世界時受到相關(guān)學(xué)科的影響。有些學(xué)生將構(gòu)成物質(zhì)的微粒等同于生物學(xué)中的細(xì)胞；在解釋氣體容易壓縮，液體、固體不容易壓縮的原因時，有些學(xué)生能聯(lián)系在物理學(xué)科中所學(xué)的分子間作用力的概念給予解釋。這說明相關(guān)學(xué)科對物質(zhì)微粒性認(rèn)識的教學(xué)既有正面影響，又有一定的負(fù)面影響，化學(xué)老師要了解相關(guān)學(xué)科的教學(xué)內(nèi)容。

學(xué)生學(xué)習(xí)障礙點(diǎn)之四：前科學(xué)概念對學(xué)生認(rèn)識物質(zhì)微粒性方面的影響。部分學(xué)生可能將物質(zhì)宏觀性質(zhì)的認(rèn)識帶入對物質(zhì)微觀世界的想象中。有些學(xué)生認(rèn)為，組成空氣的各種微粒的顏色不同；有些學(xué)生會認(rèn)為，氮?dú)獾姆肿哟?，氧氣的分子小。有些學(xué)生很難想象固體的微粒之間存在間隔，有些學(xué)生認(rèn)為不同狀態(tài)下的同一物質(zhì)的微粒形狀不同。這些錯誤認(rèn)識主要與學(xué)生在日常生活中的前科學(xué)概念有關(guān)。

因此，在學(xué)習(xí)“原子、分子和離子”時，教師應(yīng)結(jié)合學(xué)生熟悉的現(xiàn)象和已有的經(jīng)驗，創(chuàng)設(shè)生動直觀的情境，如水的三態(tài)的轉(zhuǎn)化；從身邊的現(xiàn)象和簡單的實驗入手認(rèn)識物質(zhì)的微粒性，如用蘸有濃氨水和濃鹽酸的玻璃棒，相互靠近時會產(chǎn)生“空中生煙”現(xiàn)象；理解有關(guān)物質(zhì)構(gòu)成的微觀概念，如原子、分子、離子、電子等；引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用物質(zhì)構(gòu)成的初步知識解釋一些簡單的化學(xué)現(xiàn)象，如物理變化和化學(xué)變化等。將學(xué)生從五彩繽紛的宏觀世界引入充滿神奇色彩的微觀世界，如原子的構(gòu)成，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣；利用有關(guān)原子結(jié)構(gòu)的科學(xué)史實，如原子結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，使學(xué)生了解科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度；通過對問題的探究和實踐活動，如加熱固體碘，觀察發(fā)生的現(xiàn)象，提高學(xué)生的想象能力、推理能力和創(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)；利用相對原子質(zhì)量、相對分子質(zhì)量進(jìn)行物質(zhì)組成以及生活中商品標(biāo)簽上標(biāo)示物質(zhì)的含量簡單計算，幫助學(xué)生從定性到定量來認(rèn)識化學(xué)。

四、“物質(zhì)的微粒觀”教學(xué)成效與思考

“物質(zhì)微粒觀”的形成在化學(xué)教學(xué)中非常關(guān)鍵，我們在分析學(xué)科本質(zhì)、課程設(shè)計思路和學(xué)生思維發(fā)展規(guī)律性的基礎(chǔ)上，研究學(xué)段之間的銜接，整合內(nèi)容和方法，幫助學(xué)生建立科學(xué)的“微粒觀”。

學(xué)生學(xué)會通過查閱資料的方法獲取信息，用文字、圖表和化學(xué)語言表述有關(guān)的信息，學(xué)會運(yùn)用比較、分類、歸納、概括等方法對獲取的信息進(jìn)行加工；學(xué)生建立起科學(xué)的物質(zhì)觀，增進(jìn)對“世界是物質(zhì)的”“物質(zhì)是變化的”等辯證唯物主義觀點(diǎn)的認(rèn)識，領(lǐng)悟自然界基本組成的簡單性，形成化學(xué)變化過程中原子種類、數(shù)目、質(zhì)量不變的觀念，逐步樹立崇尚科學(xué)、反對迷信的觀念；通過“原子結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)”“門捷列夫與元素周期表”等情景素材的介紹，發(fā)展學(xué)生勤于思考、勇于創(chuàng)新和實踐的科學(xué)精神；通過“STM與原子操縱技術(shù)”、“張青蓮院士的卓越貢獻(xiàn)”的介紹，增強(qiáng)學(xué)生熱愛祖國的情感，樹立為民族振興、為社會的進(jìn)步學(xué)習(xí)化學(xué)的志向。

通過研究，我們認(rèn)識到，教育活動應(yīng)當(dāng)遵循學(xué)生認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，既要看到認(rèn)知發(fā)展的階段性，選擇適合學(xué)生發(fā)展水平的教學(xué)內(nèi)容，采用與之相適應(yīng)的教學(xué)方法，也要考慮認(rèn)知發(fā)展的連續(xù)性。

(作者單位：莒縣教研培訓(xùn)中心，山東日照276500)

(責(zé)任編輯：甄鴻啟)