陳俊芳
摘要: 主要針對(duì)人教版九年級(jí)化學(xué)上冊(cè)第三單元“物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”、下冊(cè)第九單元“溶液”、第十單元“酸和堿”等教學(xué)難點(diǎn),通過(guò)全區(qū)科普習(xí)作競(jìng)賽的形式,讓學(xué)生書寫對(duì)微觀粒子的想象、拼接微觀粒子的模型、畫出微觀粒子在變化中的存在形式,由此感受、體會(huì)微粒,建構(gòu)微粒觀,為后續(xù)階段的深入學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。
關(guān)鍵詞: 微粒觀; 寫作; 模型制作; 繪畫
文章編號(hào): 1005-6629(2019)8-0038-05 ? ? ? ? ? ?中圖分類號(hào): G633.8 ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B
1 ?提出問(wèn)題
1.1 ?“微粒觀”的內(nèi)涵
作為重要的化學(xué)基本觀念之一,畢華林、盧巍等學(xué)者對(duì)中學(xué)化學(xué)微粒觀的內(nèi)涵做了比較全面的闡述。重要觀點(diǎn)如下: (1)物質(zhì)都是由分子、原子、離子等微觀粒子構(gòu)成的。(2)微觀粒子很小,是有能量的、不斷運(yùn)動(dòng)的、彼此之間有間隙的。(3)微粒間存在著相互作用,從而使微觀粒子聚集成宏觀物質(zhì),而物質(zhì)性質(zhì)的千差萬(wàn)別是由構(gòu)成物質(zhì)微粒的結(jié)構(gòu)不同以及其相互作用方式不同決定的。微粒觀核心就是: 從微觀視角考察和研究物質(zhì)性質(zhì)及其變化,物質(zhì)的變化就是構(gòu)成物質(zhì)的微粒間結(jié)合方式的改變,即物質(zhì)變化的本質(zhì)就是物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。
1.2 ?“微粒觀”建構(gòu)的重要性
化學(xué)是研究物質(zhì)的科學(xué),世界上的任何物質(zhì)都由不同種類、不同數(shù)量元素的原子按照特定的方式搭接而成的,化學(xué)家們通過(guò)對(duì)各類分子的結(jié)構(gòu)、形成及性質(zhì)等研究,建立起獨(dú)特的探究方法和思維方式。
主題“物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”旨在幫助學(xué)生用微粒的觀念去學(xué)習(xí)化學(xué),通過(guò)觀察、想象、類比、模型化的方法,使學(xué)生初步理解化學(xué)現(xiàn)象的本質(zhì),從五彩繽紛的宏觀世界步入充滿神奇色彩的微觀世界,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣[1];使學(xué)生初步形成微粒觀也是義務(wù)教育階段化學(xué)教育的一個(gè)重要教學(xué)目標(biāo)之一,分子、原子、離子等“微觀粒子”既是化學(xué)教學(xué)的重要內(nèi)容,也是初學(xué)者進(jìn)入化學(xué)世界的重要工具。
1.3 ?“微粒觀”建構(gòu)的難點(diǎn)分析及應(yīng)對(duì)策略
在初中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)五個(gè)一級(jí)主題中,“物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”是難點(diǎn)最集中的一個(gè)主題。它包含了許多抽象的化學(xué)基本概念,如構(gòu)成物質(zhì)的基本微粒分子、原子、離子的概念;與物質(zhì)組成有關(guān)的元素、化合物、化學(xué)式的概念等。由于對(duì)抽象思維及空間想象能力要求較高,在初學(xué)分子、原子時(shí)學(xué)生很難在腦海中形成形象而完整的圖像。
如何幫助學(xué)生建構(gòu)微粒觀?我們經(jīng)過(guò)不斷探索和實(shí)踐,發(fā)現(xiàn)在整個(gè)初中教學(xué)之中,把微粒觀建構(gòu)的重點(diǎn)落實(shí)在以下3個(gè)問(wèn)題之中是比較有效的方法,這三個(gè)問(wèn)題就是: (1)微粒是什么?(2)微粒是怎樣構(gòu)成物質(zhì)的?(3)化學(xué)變化的本質(zhì)是什么?
2 ?當(dāng)前初中生微粒觀建構(gòu)的基本情況
2009年以來(lái),在與觀念建構(gòu)相關(guān)的各種課題研究中,我們發(fā)現(xiàn),作為物質(zhì)世界的最小單元“分子”、“原子”和“離子”,學(xué)生始終難在腦海中形成比較清晰的印象,運(yùn)用起來(lái)就更加捉襟見(jiàn)肘,好在教師能不斷想辦法采用多種方式化解難點(diǎn),如Flash動(dòng)畫、3D立體結(jié)構(gòu)等多媒體技術(shù)向?qū)W生展示微觀示意圖等等,但學(xué)生在接觸到具體物質(zhì)的微粒時(shí),不能將構(gòu)成物質(zhì)的分子、原子等微觀粒子與原子核及電子有機(jī)聯(lián)系在一起,學(xué)生普遍覺(jué)得化學(xué)難學(xué),加上有些學(xué)生習(xí)慣以記憶知識(shí)、練習(xí)訓(xùn)練為主要的學(xué)習(xí)形式,需要發(fā)揮抽象思維及空間想象能力的時(shí)候就顯得更困難了,因此,需要采取更有效的措施來(lái)幫助學(xué)生化解難點(diǎn),經(jīng)過(guò)不斷學(xué)習(xí)、操作、思考、再實(shí)踐,我們借助化學(xué)科普習(xí)作競(jìng)賽活動(dòng),讓學(xué)生用“寫”的方式來(lái)想象微觀粒子,用“做”的方式來(lái)體驗(yàn)微觀粒子,用“畫”的方式來(lái)內(nèi)化微觀粒子,效果比較明顯。
3 ?開展化學(xué)科普習(xí)作競(jìng)賽建構(gòu)微粒觀的實(shí)踐
3.1 ?課堂教學(xué)中做好競(jìng)賽前期的知識(shí)鋪墊
在學(xué)習(xí)“物質(zhì)的變化和性質(zhì)”以及“氧氣”的基礎(chǔ)上,教師從第三單元“物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”開始,采用難點(diǎn)分散、各個(gè)突破的方法,開啟了一個(gè)淡化概念、化解抽象、關(guān)注組成和構(gòu)成的小工程,具體操作一般按以下步驟進(jìn)行:
3.1.1 ?用足教材資源,讓學(xué)生想象、體會(huì)微觀粒子
在“分子和原子”、“原子結(jié)構(gòu)”等內(nèi)容教學(xué)中,教師除了用多媒體來(lái)輔助教學(xué)、演示微觀結(jié)構(gòu)以外,還深挖教材、充分應(yīng)用教材資源創(chuàng)設(shè)形象生動(dòng)的教學(xué)情境,使抽象的微觀粒子直觀化。例如: 讓學(xué)生通過(guò)書寫來(lái)感知人教版《化學(xué)》九年級(jí)上冊(cè)第48頁(yè)中關(guān)于1個(gè)水分子質(zhì)量(3×10-26kg)和1滴水中分子數(shù)目(約1.67×1021個(gè))的數(shù)據(jù),體會(huì)數(shù)據(jù)的“大”和“小”;通過(guò)比喻來(lái)想象第52頁(yè)中圖3-8“原子的體積很小”;通過(guò)想象來(lái)體會(huì)第53頁(yè)圖3-9中的“原子構(gòu)成示意圖”。學(xué)生知道: 如果原子核的直徑是1cm,那么核外電子就是在直徑100~1000m的空間中作高速運(yùn)動(dòng),學(xué)生熟悉球場(chǎng),知道1000m直徑的球意味著什么,也就能感受到原子核的“小”和核外電子運(yùn)動(dòng)空間的“大”。
3.1.2 ?拼接分子模型,制作“微觀粒子”
學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中,逐漸對(duì)于O2、 H2、 H2O、 CO2、 NH3等分子有了一定的認(rèn)識(shí),此時(shí),教師指導(dǎo)學(xué)生通過(guò)制作簡(jiǎn)單分子模型來(lái)感受分子的特點(diǎn),所用材料五花八門: 小彈珠、乒乓球、橡皮泥、各類豆子等,學(xué)生拼接模型的過(guò)程就是逐漸熟悉各種物質(zhì)分子“模樣”的過(guò)程,就是將宏觀物質(zhì)與微觀世界進(jìn)行聯(lián)系的過(guò)程。
3.1.3 ?借助經(jīng)典實(shí)驗(yàn),感受化學(xué)變化中的“微觀粒子”
水分子以及水的電解反應(yīng),是微粒觀建構(gòu)和化學(xué)用語(yǔ)教學(xué)最基本、最重要的素材。有了前面的常見(jiàn)分子模型作基礎(chǔ),結(jié)合實(shí)驗(yàn),指導(dǎo)學(xué)生畫出水的電解示意圖不再困難。
學(xué)生的繪畫過(guò)程,就是經(jīng)歷化學(xué)變化中分子在獲得能量后,怎樣分成原子,原子又如何結(jié)合成分子的過(guò)程,是進(jìn)入微觀世界的體驗(yàn),多次體驗(yàn)便能內(nèi)化為一種宏觀與微觀連接的方式。而且,結(jié)合水電解微觀示意圖還可以再次提升相關(guān)知識(shí)的教學(xué),如分子、原子的概念,分子與原子的區(qū)別,單質(zhì)、化合物、氧化物的判別,化學(xué)式的書寫及意義等等,有了微觀粒子的繪畫過(guò)程,學(xué)生很容易理解H2O中沒(méi)有H2單質(zhì)、CO2中沒(méi)有O2單質(zhì)、O2與2O的區(qū)別等等教學(xué)難點(diǎn),也可以幫助學(xué)生從微觀層面分析、理解質(zhì)量守恒定律。學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和微觀示意圖,突出了用微粒的觀點(diǎn)看物質(zhì)及變化,也直觀地幫助學(xué)生加深了化學(xué)用語(yǔ)的鞏固和理解[2]。
有了以上幾個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的鋪墊,學(xué)生就可以創(chuàng)作自己的作品,看見(jiàn)物質(zhì),想到分子、原子等微觀粒子就變成了一種習(xí)慣。
3.2 ?科普習(xí)作競(jìng)賽方案及實(shí)施效果
3.2.1 ?科普習(xí)作的方案設(shè)計(jì)
隨著學(xué)生對(duì)微觀粒子認(rèn)識(shí)的逐步深入,競(jìng)賽方案中的作品上交時(shí)間也比較靈活,第一次是在完成第三單元“物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”的學(xué)習(xí)之后,第二次是在完成第五單“化學(xué)方程式”的學(xué)習(xí)之后,第三次是在完成第十單元“酸和堿”的學(xué)習(xí)之后。這樣設(shè)置的原因是基于以下考慮: 第三單元主要解決微粒觀建構(gòu)前兩問(wèn): (1)微粒是什么?(2)微粒是怎樣構(gòu)成物質(zhì)的?學(xué)生此時(shí)第一次接觸微粒,有很多想象和不解,通過(guò)活動(dòng)能調(diào)動(dòng)學(xué)生多重感官感知和理解,初步建立微粒觀;第五單元和第十單元主要解決微粒觀建構(gòu)第三問(wèn): (3)化學(xué)變化的本質(zhì)是什么?其中第五單元旨在讓學(xué)生形成化學(xué)變化過(guò)程就是分子分成原子,原子重新組合成新分子的過(guò)程這樣的觀念,在第三單元基礎(chǔ)上學(xué)生在此能夠進(jìn)一步加深“微粒在化學(xué)反應(yīng)中變化”的認(rèn)識(shí);而第十單元在前兩次活動(dòng)基礎(chǔ)上更深入,難度也加大了,即物質(zhì)在溶液中的解離過(guò)程、離子的變化等等,這一單元對(duì)學(xué)生提出更高要求,同時(shí)是為高中化學(xué)重要知識(shí)板塊“離子反應(yīng)”及“化學(xué)反應(yīng)原理”做好重要知識(shí)鋪墊。因此這三個(gè)節(jié)點(diǎn)是逐步深入的,意在幫助學(xué)生分階段螺旋式建構(gòu)微粒觀。
組織者在不同的學(xué)習(xí)階段,根據(jù)學(xué)習(xí)的進(jìn)度、承載微粒觀的具體內(nèi)容,提出不同的習(xí)作要求。如第三單元學(xué)習(xí)后對(duì)習(xí)作要求的內(nèi)容如下:
(1) “寫”——撰寫科普小論文,題目自擬(如,“我認(rèn)識(shí)的××分子”、“我想象中的原子結(jié)構(gòu)”、“××原子原來(lái)是這樣的”、“我是一個(gè)××原子”等。送審作品必須原創(chuàng),論文要求300字以上,手寫稿,不認(rèn)可電子作品,引用資料要說(shuō)明出處。)。寫之前,需要查閱資料,了解分子、原子、電子等微觀粒子發(fā)現(xiàn)的歷程。
(2) “做”——自制模型。材料不限,可制作某原子結(jié)構(gòu)、某分子實(shí)體模型等,作品可以加上自己的想象。
(3) “畫”——繪畫。要求用簡(jiǎn)單和略微夸張的方法來(lái)描繪微觀粒子的特征,可以運(yùn)用變形、比喻、象征、影射的方法,構(gòu)成幽默詼諧的畫面或畫面組,必須尊重科學(xué)事實(shí)。
3.2.2 ?科普習(xí)作競(jìng)賽的實(shí)施效果
各學(xué)校每學(xué)年學(xué)生作品都非常之多,各校一般先在校內(nèi)評(píng)比,選出優(yōu)秀作品參加區(qū)級(jí)比賽,教師還把每年學(xué)生的一、二等獎(jiǎng)作品保存下來(lái),作為下一屆學(xué)生學(xué)習(xí)、制作的教具和參考樣品,極大地豐富了學(xué)習(xí)資源。下面介紹部分學(xué)生作品,從中可以窺見(jiàn)學(xué)生的思維過(guò)程。
(1) 小論文寫作。學(xué)生上交的作品中,對(duì)分子、原子及化學(xué)變化的想象可謂五花八門,讀他們的“作品”常常令人忍俊不禁。A同學(xué)寫道:
[碳家族的辯論大會(huì)]這天,碳家族里正舉行著辯論大會(huì),場(chǎng)面十分盛大,單是觀眾就來(lái)了數(shù)千名成員,而進(jìn)行辯論的,則是幾位在家族內(nèi)部有頭有臉的人物。
整個(gè)會(huì)場(chǎng)被布置得十分華麗,頂上有幾盞聚光燈,辯論大會(huì)實(shí)際上也是一個(gè)大舞臺(tái),碳家族內(nèi)部的高層在每次大會(huì)前都會(huì)為增加參賽機(jī)會(huì)而爭(zhēng)得頭破血流,沒(méi)辦法,都想展示自己,好讓族人們加入自己的一方,擴(kuò)充自己的勢(shì)力嘛!突然入口處出現(xiàn)了一道身影,他的外表看起來(lái)是一塊方形的固體,通體深灰色,表面布滿細(xì)鱗片,剛一出場(chǎng),便有一聲驚呼從觀眾席中傳出:“快看,是石墨!”是的,他就是石墨。平時(shí)在外,總是表現(xiàn)得文質(zhì)彬彬,積攢了不小的人氣。只見(jiàn)石墨上了舞臺(tái),快速地向他的座位滑行過(guò)去,憑借著他那滑膩的身體,石墨可以輕松地四處滑行。接著,縱身一躍,石墨穩(wěn)當(dāng)?shù)乜吭诹艘伪成稀?/p>
瞬間,入口處又出現(xiàn)了一道身影,他是正八面體的固體,無(wú)色透明,燈光照著他,發(fā)出璀璨的光芒?!霸趺唇饎偸瞾?lái)了,他不是已經(jīng)很強(qiáng)了嗎?”“誰(shuí)知道呢,誰(shuí)會(huì)嫌自己強(qiáng)大?”觀眾席上的議論傳入了金剛石的耳朵里,令他氣不打一處來(lái):“石墨,什么東西,敢這樣囂張!”,短短數(shù)年,石墨仗著自己如魚得水的本領(lǐng),正與他平分秋色呢,作為“貴族”,哪能忍受這個(gè),只見(jiàn)他緩緩地、霸氣地移動(dòng)著自己輕巧的身體,向最中間位置走去,穩(wěn)穩(wěn)地坐在了C60的位置上,觀眾們都瞪大了自己眼睛,露出了驚恐的表情……
個(gè)別“工科男”交來(lái)的作品不合格(作品少于300字),但是,從短短的200多字中,我們可以感覺(jué)到該同學(xué)閱讀了大量的科普讀物,B同學(xué)寫道:
[道爾頓先生,我想對(duì)您說(shuō)]尊敬的道爾頓先生您好!離您去世幾經(jīng)過(guò)去300年了,科技飛速發(fā)展的今天,已經(jīng)沒(méi)有什么人認(rèn)為您是氣象學(xué)家了,您有敏銳的理論思維和卓越的實(shí)驗(yàn)才能,提出原子學(xué)說(shuō)對(duì)化學(xué)貢獻(xiàn)極大,但是您知道現(xiàn)在各種各樣的原子多達(dá)幾百種嗎?您當(dāng)初與蓋·呂薩克爭(zhēng)論,認(rèn)為復(fù)雜原子就是由更小的簡(jiǎn)單原子構(gòu)成的,又說(shuō)原子是不可分的,這是自相矛盾的呢!還有,阿伏伽德羅提出的分子觀點(diǎn),指出分子是由原子構(gòu)成的,是具有物質(zhì)特性的最小微粒,他是正確的,您認(rèn)為化合物中的兩種不同元素只能各由一個(gè)原子組成,如水的構(gòu)成只能是HO,而不能是H2O,這是錯(cuò)誤的。老師說(shuō),現(xiàn)在世界上每天都有各種各樣的分子創(chuàng)造出來(lái),奇妙無(wú)比,您要是生活在現(xiàn)在該有多好!
(2) 模型制作。
學(xué)生制作的模型中金剛石、石墨最多,一個(gè)模型就是一個(gè)可視化的微觀粒子。在制作模型過(guò)程中,學(xué)生會(huì)提出問(wèn)題,例如,拼金剛石模型用的棍子必須一樣長(zhǎng)嗎?石墨模型中,層與層之間用的棍棒為什么要比碳原子之間連接的棍棒長(zhǎng),怎樣的比例才是恰當(dāng)?shù)模克肿又袃蓚€(gè)氫原子與氧原子之間的夾角一定是104°28′嗎?這是用掃描隧道顯微鏡看見(jiàn)的還是想象的?如果是真實(shí)的,為什么它們之間的夾角是這個(gè)度數(shù)呢,難道有什么玄機(jī)……這些應(yīng)接不暇的問(wèn)題再現(xiàn)了學(xué)生的思考,對(duì)學(xué)生科學(xué)思維的形成是大有益處的。
(3) 漫畫創(chuàng)作。
所有學(xué)生的作品中,漫畫最多,內(nèi)容也最豐富,學(xué)生用妙筆把自己對(duì)分子、原子、離子、化學(xué)變化等等的理解繪制出一個(gè)個(gè)動(dòng)人的故事,形象生動(dòng)、妙趣橫生。在繪畫過(guò)程中思維也有一個(gè)由靜態(tài)認(rèn)識(shí)方式向動(dòng)態(tài)認(rèn)識(shí)方式的轉(zhuǎn)變過(guò)程,微觀認(rèn)識(shí)能力得到提高,這有利于幫助學(xué)生理解化學(xué)現(xiàn)象的本質(zhì)。下面是學(xué)生畫的“水分子形成過(guò)程”和“鈉與氯氣反應(yīng)”,充滿想象與童趣,見(jiàn)圖1、圖2。
4 ?反思與展望
通過(guò)“書寫小論文”想象微觀粒子、“制作模型”感知微觀粒子、“畫漫畫”內(nèi)化微觀粒子,這樣建構(gòu)微粒觀的育人效果是明顯的: 有的學(xué)生在寫小論文時(shí),查閱了大量的資料,了解了充滿故事和邏輯的分子、原子發(fā)現(xiàn)史,知道了道爾頓、阿伏伽德羅等科學(xué)家研究的方式方法和做出的貢獻(xiàn),大大提高了學(xué)習(xí)的興趣;有學(xué)生在做模型的過(guò)程中,對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的思考非常深入,提出了很多非常有意思的問(wèn)題,如有學(xué)生在做金剛石的模型時(shí),提出了這樣的問(wèn)題:“如果無(wú)數(shù)個(gè)C原子這樣無(wú)休止地按照正四面體的方式拼接下去,形成金剛石,那么一塊金剛石可不可以看做是一個(gè)分子,只不過(guò)是巨型分子?”;還有學(xué)生畫“氫氣與氧氣在點(diǎn)燃的條件下反應(yīng)生成水”圖時(shí),問(wèn)教師:“為什么生成的是H2O而不是HO或者H3O分子?”……諸如此類的問(wèn)題很多。總之,競(jìng)賽活動(dòng)的開展激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的熱情,使學(xué)生親近化學(xué)、喜歡化學(xué),也讓學(xué)生的主體性得到了充分發(fā)揮。各層次的學(xué)生都能拓寬知識(shí)面、樂(lè)于自發(fā)創(chuàng)設(shè)生動(dòng)的問(wèn)題情境,且根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn),來(lái)滿足探究欲望。敩學(xué)相長(zhǎng),教師也跟著逐步轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念,長(zhǎng)期的實(shí)踐使他們意識(shí)到,教學(xué)不僅僅是幫助學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)進(jìn)行記憶和再現(xiàn),更在于培養(yǎng)學(xué)生深層次的理解能力和科學(xué)思維能力。
學(xué)生的初期作品是稚嫩且質(zhì)樸的,學(xué)完第十單元,學(xué)生對(duì)微觀世界的認(rèn)識(shí)加深了,不少作品形象地突出了溶液中微粒(離子)的表現(xiàn),這有助于他們從微觀角度分析溶液中物質(zhì)之間的反應(yīng),即形成了新的更高層次的認(rèn)識(shí)思路,這些對(duì)于高中的離子反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)原理的學(xué)習(xí)都很有幫助。
近幾年,學(xué)生的作品小組合作形式大大增多,選題非常廣泛,這是一個(gè)好現(xiàn)象,因?yàn)槊總€(gè)人對(duì)微觀世界的理解是不一樣的,共同制作,意味著學(xué)生經(jīng)過(guò)了思考、想象、討論、交流、分析及歸納的過(guò)程,在這樣“多感官環(huán)境”中完成的作品必然是趨向完美的,它們既是抽象概念學(xué)習(xí)中的直觀素材,也是宏觀與微觀之間的連接橋梁,用微觀的眼光看物質(zhì)、看變化、看世界逐漸變成了學(xué)生的習(xí)慣,在他們的內(nèi)心中,化學(xué)是有趣的、有用的、豐富的、精彩的。
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