周映梅 王國(guó)崢

摘要：培養(yǎng)學(xué)生從化學(xué)視角認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其變化，是“高中課標(biāo)”的“宏觀辨識(shí)與微觀探析”學(xué)科核心素養(yǎng)“落地”的具體體現(xiàn)。以“水的組成”教學(xué)為例，闡述了將化學(xué)視角的培養(yǎng)融入課堂教學(xué)的一些教學(xué)實(shí)踐與體會(huì)。

關(guān)鍵詞：化學(xué)視角;物質(zhì)變化;水的組成;實(shí)踐思考

文章編號(hào)：1008-0546（2020）11-0006-04 中圖分類號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.11.002

一、問(wèn)題的提出

一個(gè)具有基本科學(xué)素養(yǎng)的社會(huì)公民應(yīng)該具備從多視角觀察和分析事物的能力，視角的形成及其品質(zhì)依賴于在義務(wù)教育階段所接受的基礎(chǔ)教育內(nèi)容與程度?！读x務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》（以下簡(jiǎn)稱為“初中課標(biāo)”）明確指出：“使學(xué)生從化學(xué)的角度初步認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界，提高學(xué)生運(yùn)用化學(xué)知識(shí)和科學(xué)方法分析、解決簡(jiǎn)單問(wèn)題的能力，為學(xué)生的發(fā)展奠定必要的基礎(chǔ)”。培養(yǎng)初中生從化學(xué)視角理解、認(rèn)識(shí)、解釋一些自然現(xiàn)象，不僅是化學(xué)課程的教學(xué)目標(biāo)之一，也是貫徹落實(shí)《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡(jiǎn)稱為“高中課標(biāo)”）提出的“宏觀辨識(shí)與微觀探析”學(xué)科核心素養(yǎng)的重要舉措。所謂“化學(xué)視角”，梁永平教授認(rèn)為即是從原子、分子等微觀水平理解宏觀變化，解釋宏觀變化的能力。“初中課標(biāo)”規(guī)定的5個(gè)主題內(nèi)容之一“物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”，與“高中課標(biāo)”提出的“宏觀辨識(shí)與微觀探析”學(xué)科核心素養(yǎng)是一脈相承的，是培養(yǎng)學(xué)生基于微觀視角認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其宏觀變化的一種獨(dú)特的認(rèn)知方式，是初中生形成“化學(xué)視角”的重要載體與主要教學(xué)內(nèi)容。初中生的心理年齡特征表明了抽象思維還處于發(fā)展之中，仍然以形象思維為主，因此，從微觀層面認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其宏觀變化成了初中化學(xué)教學(xué)的難點(diǎn)所在，也是初中生學(xué)習(xí)化學(xué)的第一個(gè)“分化點(diǎn)”所在。如何讓初中生形成“化學(xué)視角”，善于從分子——原子的角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其宏觀變化呢？現(xiàn)以“身邊的化學(xué)物質(zhì)”教學(xué)主題中的“水的組成”為例，談一些自身的教學(xué)實(shí)踐與思考，以期與同行們共同探討學(xué)科核心素養(yǎng)在義務(wù)教育階段化學(xué)課程中的“落地”“落實(shí)”。

二、培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)視角的教學(xué)實(shí)踐

1.“水的組成”教學(xué)背景及教材分析

初中化學(xué)課程中所涉及的化學(xué)物質(zhì)中，學(xué)生對(duì)水的感觸最為深刻。它既不像空氣、氧氣、二氧化碳那樣，雖一切動(dòng)植物都離不開(kāi)這些氣體，也看不見(jiàn)摸不著、是游離不定;也不像溶液、金屬等物質(zhì)那樣，雖經(jīng)常觸及、司空見(jiàn)慣，卻又不甚了解。生命對(duì)于水的依賴，學(xué)生每時(shí)每刻都能深切感受得到。學(xué)生對(duì)于水的認(rèn)識(shí)除了生活以外，還能從相鄰學(xué)科的學(xué)習(xí)中略有所知，譬如：語(yǔ)文學(xué)科中“日出江花紅勝火，春來(lái)江水綠如藍(lán)”的詩(shī)句;物理學(xué)科從水的顏色、密度及三態(tài)變化的角度認(rèn)識(shí)水;生物學(xué)科中的水在生物體運(yùn)輸營(yíng)養(yǎng)、新陳代謝過(guò)程中所起的作用……等，均說(shuō)明學(xué)生在學(xué)習(xí)“水的組成”之前對(duì)水已經(jīng)形成一些前概念的認(rèn)識(shí)，但這些知識(shí)是零散、淺層次的。幫助學(xué)生從化學(xué)視角認(rèn)識(shí)水，從本質(zhì)上掌握水的組成及其分解的微觀變化，是這一節(jié)教學(xué)的重要內(nèi)容與主要目標(biāo)。

滬教版九年級(jí)化學(xué)教材在“水的組成”之前已經(jīng)編排了氧氣、二氧化碳等教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生對(duì)物質(zhì)變化的概念有了宏觀上的認(rèn)識(shí);經(jīng)過(guò)第1章第3節(jié)“學(xué)習(xí)化學(xué)需要使用化學(xué)符號(hào)”的學(xué)習(xí)，頭腦中初步有了“元素”的概念;還經(jīng)歷過(guò)研究碳酸氫銨、蠟燭、氧氣、二氧化碳等物質(zhì)性質(zhì)及其宏觀變化的一般探究過(guò)程，但缺乏從微觀的視角認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其變化的本質(zhì)認(rèn)識(shí)，還不能從微觀層面上解釋宏觀變化現(xiàn)象。而“水的組成”正是引導(dǎo)學(xué)生“從化學(xué)視角、用化學(xué)的方法和思路來(lái)認(rèn)識(shí)物質(zhì)的組成、性質(zhì)、用途和變化，體悟認(rèn)識(shí)和研究物質(zhì)性質(zhì)的思維、方法和途徑”，是第3章“物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”主題教學(xué)的“序曲”，是學(xué)生建構(gòu)“原子”“分子”概念的基石，學(xué)生對(duì)水的組成及其變化的認(rèn)知與內(nèi)化，將有助于學(xué)好“原子”“分子”“化合價(jià)”等抽象概念，實(shí)現(xiàn)化學(xué)學(xué)習(xí)第一個(gè)“分化點(diǎn)”的跨越。

2.教學(xué)活動(dòng)及設(shè)計(jì)意圖

環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設(shè)情境，引入新課—一水還能再分嗎？

師：水是我們身邊最熟悉的物質(zhì)，關(guān)于水，你已經(jīng)知道哪些知識(shí)？

生A：水是無(wú)色無(wú)味的液體，水的密度為1g/cm³、1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下沸點(diǎn)為100°C;人體質(zhì)量的70%左右是水;水是人體不可或缺的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)……

師：大家說(shuō)得非常好，知道這么多關(guān)于水的知識(shí)及水在生活中的應(yīng)用。這么熟悉的物質(zhì)，古代先輩們又是怎么認(rèn)為的呢？

生B：大干世界是由“金木水火土”組成的。

師：對(duì)了，古代先輩們認(rèn)為水是組成世界物質(zhì)的一種元素，其實(shí)不僅在古代的中國(guó)，西方先輩們也認(rèn)為水是生命之源，希臘哲學(xué)家泰勒斯認(rèn)為“萬(wàn)物由水生成”。古先輩們認(rèn)為水是一種不可再分的元素，我們本節(jié)課的學(xué)習(xí)任務(wù)就是探究水是否可以再分？水是否為組成物質(zhì)世界的一種元素？

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生從多種角度觀察水，提出水是否為一種元素、是否可分，與學(xué)生已有的前概念認(rèn)識(shí)產(chǎn)生“認(rèn)知沖突”，在原有認(rèn)識(shí)水的視角的基礎(chǔ)上，為學(xué)生提供一個(gè)新的視角——化學(xué)視角認(rèn)識(shí)物質(zhì)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生建立物質(zhì)觀、微粒觀，為培養(yǎng)化學(xué)視角提供可能。

環(huán)節(jié)二：思維碰撞，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證——如果你是科學(xué)家。

師：如果你是科學(xué)家，要證明水是否為組成物質(zhì)世界的一種元素，你有什么思路？

生A：元素不可再分，如果證明水可以再分，就說(shuō)明水不是一種元素，或證明水中含有其他元素。

師：如何證明水是否可以再分，或水中含有其他元素呢？

生B：給水一種很大的力，就像切水果那樣，看它能不能分開(kāi)。

師：如果把一滴水分成兩滴水，就能說(shuō)明水不是一種元素嗎？

生C：不是，要看水是否能分成不是水的物質(zhì)。

師：也就是要證明水能分解成新的物質(zhì)？

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)設(shè)問(wèn)和追問(wèn)，引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生像科學(xué)家那樣去思考，從化學(xué)視角考慮水能不能再分、怎么分、分成什么樣，是一滴水分成兩滴水，還是分解生成新物質(zhì)，從本質(zhì)上思考這兩種變化的不同，讓學(xué)生從變化的視角認(rèn)識(shí)物質(zhì)，初步建構(gòu)“變化觀”。

師：大家都有用電水壺?zé)慕?jīng)驗(yàn)，電力已經(jīng)足夠強(qiáng)大了，水煮沸這個(gè)過(guò)程是什么變化？水分成其他物質(zhì)了嗎？

生A：水煮沸了但是水還是水，沒(méi)有分成其他物質(zhì)。

師：燒開(kāi)水僅是給水提供熱能，老師這里有一個(gè)裝置，直接給水通電，看看有什么現(xiàn)象發(fā)生。

（教師指導(dǎo)學(xué)生電解水分組實(shí)驗(yàn)，學(xué)生描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并驗(yàn)證兩極氣體。）

師：給水通電得到了氫氣和氧氣，我們把這個(gè)過(guò)程叫做水的電解。根據(jù)之前的學(xué)習(xí)，我們知道氫氣和氧氣分別是由什么元素組成的？

生B：氫氣是由氫元素組成的，氧氣是由氧元素組成的。

師：那水分解生成氫氣和氧氣，你覺(jué)得水中含有什么元素？為什么？

生c：根據(jù)在化學(xué)反應(yīng)前后組成物質(zhì)的元素種類不發(fā)生改變，所以水是由氫、氧兩種元素組成的。

設(shè)計(jì)意圖：從變化角度比較水的煮沸和水的電解兩個(gè)過(guò)程，讓學(xué)生用自己的語(yǔ)言描述其變化，嘗試從化學(xué)視角觀察物質(zhì)變化。通過(guò)電解水實(shí)驗(yàn)，知道水在一定條件下可以發(fā)生化學(xué)變化，為研究水的組成提供化學(xué)視角和思路。通過(guò)水電解生成氫氣、氧氣，得出水由氫、氧元素組成的結(jié)論，培養(yǎng)學(xué)生基于證據(jù)推理的邏輯思維能力，初步建立元素觀、守恒觀，為化學(xué)視角的形成奠定基礎(chǔ)。

環(huán)節(jié)三：模型建構(gòu)，微觀探析——“我是一個(gè)水分子”。

師：同學(xué)們通過(guò)剛剛的實(shí)驗(yàn)得出了水是由氫、氧兩種元素組成的結(jié)論。那你們是否好奇水中氫元素和氧元素的量是怎樣的，會(huì)不會(huì)有什么比例關(guān)系呢？剛剛我們做的實(shí)驗(yàn)中有一個(gè)數(shù)字很值得關(guān)注，幾乎所有小組都得出氫氣和氧氣的體積比為2：1，老師給大家一個(gè)信息：相同條件下氣體的體積和分子個(gè)數(shù)成正比，基于此，你有什么想法？

生：氫氣和氧氣體積比為2：1，那么氫氣微粒和氧氣微粒的個(gè)數(shù)比也是2：1。（教師啟發(fā)學(xué)生寫(xiě)出水的化學(xué)式）

師：觀察水微粒的結(jié)構(gòu)模型，可以想象，水在電解時(shí)其實(shí)就是水微粒中的氫、氧微?；ハ喾珠_(kāi)，每?jī)蓚€(gè)氫微粒結(jié)合成一個(gè)氫氣微粒，每?jī)蓚€(gè)氧微粒結(jié)合成一個(gè)氧氣微粒。

（教師展示水分子結(jié)構(gòu)模型，動(dòng)手拆開(kāi)水分子，再組合成氫分子、氧分子，給學(xué)生觀看水電解的動(dòng)畫(huà)視頻）

師：請(qǐng)同學(xué)們用自己的身體模擬一下水微粒的組成及分解，2只握成的拳頭表示2個(gè)氫微粒，腦袋表示1個(gè)氧微粒，把2個(gè)拳頭放在腦袋的兩邊，扮演一個(gè)水微粒。每2名同學(xué)為一組。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)展示分子結(jié)構(gòu)模型、播放動(dòng)畫(huà)視頻、學(xué)生用自己的身軀模擬扮演等方式，讓學(xué)生“看得見(jiàn)”水分子和水電解的微觀分解過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生用化學(xué)的眼光認(rèn)識(shí)水，用化學(xué)的思維理解水發(fā)生的化學(xué)變化。通過(guò)這一環(huán)節(jié)的教學(xué)，當(dāng)學(xué)生看見(jiàn)一杯水，不僅知道它是無(wú)色、無(wú)味的液體，還能“看見(jiàn)”氫元素、氧元素，還能感悟一滴水是由無(wú)數(shù)個(gè)水分子聚集在一起;也能“看見(jiàn)”水分子的分解及氫、氧原子的重新組合，由此初步建構(gòu)“微粒觀”“守恒觀”和“元素觀”。

環(huán)節(jié)四：歷史回眸，另辟蹊徑——還有其他方法嗎？

師：同學(xué)們從分解物質(zhì)的角度出發(fā)，通過(guò)電解水實(shí)驗(yàn)證明了水是由氫、氧元素組成的。是否還有其他方法能夠證明水的組成？

師：法國(guó)化學(xué)家拉瓦錫在研究空氣成分時(shí)，曾做過(guò)一個(gè)實(shí)驗(yàn)：在密閉容器中加熱金屬汞，得到了一種紅色物質(zhì)（氧化汞），同學(xué)們能分析出氧化汞的元素組成情況嗎？

生A：金屬汞放置在密閉容器中即為汞與空氣中的氧氣反應(yīng)。汞是由汞元素組成的，氧氣是由氧元素組成的，化學(xué)反應(yīng)前后元素不變，所以，氧化汞是由氧元素和汞元素組成的。

師：反思這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)阆氲搅耸裁?，能否另辟蹊徑，證明水的組成？

生B：如果有其他幾種物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化，合成水就可以證明水不是一種元素。

師：生成水會(huì)有什么現(xiàn)象？

生c：（回憶電解水實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證負(fù)極氣體的現(xiàn)象）能看見(jiàn)小水珠……

師：根據(jù)化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)元素種類不變，所以，由氫氣燃燒生成水可以得出水是由氫、氧元素組成的結(jié)論。其實(shí)早在18世紀(jì)60年代，科學(xué)家卡文迪許和普利斯特里就分別根據(jù)氫氣燃燒產(chǎn)生水而證實(shí)水不是一種不可再分的元素，后來(lái)拉瓦錫又通過(guò)電解水實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了水的元素組成。（教師演示氫氣燃燒實(shí)驗(yàn)）

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)拉瓦錫測(cè)定空氣中氧氣含量的這一經(jīng)典實(shí)驗(yàn)啟發(fā)學(xué)生從另一個(gè)角度來(lái)思考驗(yàn)證水組成的方法，認(rèn)識(shí)到在一定條件下物質(zhì)之間可以相互轉(zhuǎn)化，并理解化合和分解是研究物質(zhì)組成的兩種重要方法，幫助學(xué)生逐步建立“轉(zhuǎn)化觀”。

三、教學(xué)思考

1.在觀察生活的物質(zhì)變化中培養(yǎng)化學(xué)視角

教師除了系統(tǒng)地傳授學(xué)科知識(shí)，更需要有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生用化學(xué)的視角聯(lián)系生活、觀察生活中的物質(zhì)變化。例如，在學(xué)習(xí)“水的組成”之前，學(xué)生未曾從化學(xué)的視角思考過(guò)“水是否可以再分”“水是由什么組成的”，在教學(xué)中設(shè)計(jì)“水能不能分”“怎么分”“分成什么樣”等“問(wèn)題串”進(jìn)行追問(wèn)，幫助學(xué)生初步建立起“物質(zhì)觀”“元素觀”和“變化觀”，這些基本化學(xué)觀念的建構(gòu)為化學(xué)視角的形成提供了基礎(chǔ)。再如，鐵制品的生銹，是否能聯(lián)想到構(gòu)成鐵的鐵原子是在潮濕的環(huán)境下，與氧氣分子發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，如何才能有效防止鐵制品的生銹，廢棄的鐵制品是否具有回收再利用的價(jià)值，鋁制品為什么比鐵制品的抗腐蝕性好……這些生活中的常見(jiàn)現(xiàn)象，蘊(yùn)含了豐富的化學(xué)知識(shí)和思想，都可以有意識(shí)地從化學(xué)的視角引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注，研究其變化，在激發(fā)并保護(hù)學(xué)生對(duì)自然現(xiàn)象好奇心的同時(shí)，鼓勵(lì)他們調(diào)用腦海中的化學(xué)知識(shí)認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其變化，形成一種思維習(xí)慣，學(xué)生一旦習(xí)得了這種化學(xué)視角和學(xué)科意識(shí)，對(duì)他們今后的學(xué)習(xí)和生活都能產(chǎn)生積極有益的影響與作用。

2.在與學(xué)生的思維互動(dòng)中培養(yǎng)化學(xué)視角

化學(xué)視角的形成不是僅僅依靠識(shí)記化學(xué)原理或化學(xué)用語(yǔ)就能達(dá)成，而是需要教師在長(zhǎng)期的教學(xué)過(guò)程中高質(zhì)量地設(shè)計(jì)問(wèn)題、巧妙引導(dǎo)和恰到好處地啟發(fā)，與學(xué)生開(kāi)展深層次的思維碰撞，把化學(xué)視角的培養(yǎng)融人到每一節(jié)課的教學(xué)之中，在潛移默化中讓初中生獲得這樣的認(rèn)知：世界上的物質(zhì)都是由極其微小的微粒構(gòu)成的，構(gòu)成物質(zhì)的微粒有分子、原子、離子等，物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化的本質(zhì)原因是分子的再分和原子的重組，化學(xué)反應(yīng)前后元素守恒，元素是組成物質(zhì)世界的基本單元。例如“水的組成”的教學(xué)，設(shè)計(jì)“根據(jù)水電解生成氫氣和氧氣這一現(xiàn)象，為什么就能得出水是由氫、氧元素組成的結(jié)論？”“能不能說(shuō)水是由氫氣、氧氣組成的？”等問(wèn)題，讓學(xué)生經(jīng)歷疑問(wèn)、反思、頓悟這一思考過(guò)程，認(rèn)識(shí)到物質(zhì)是由元素組成的;物質(zhì)之間可以相互轉(zhuǎn)化;化學(xué)變化前后物質(zhì)組成元素不變、原子不變，變化的是構(gòu)成物質(zhì)的分子，能透過(guò)宏觀現(xiàn)象看到其背后的微觀本質(zhì)。又如，觀察到水電解和水蒸發(fā)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)，腦海中能無(wú)意識(shí)地浮現(xiàn)出兩個(gè)變化過(guò)程中微粒的變化之迥異，能清楚認(rèn)識(shí)到“什么沒(méi)變，什么變了、怎么變的”，逐步從化學(xué)的視角分析水電解和水蒸發(fā)的變化本質(zhì)上的差異，建立“元素觀”“守恒觀”和“變化觀”等學(xué)科觀念。

3.化學(xué)視角的培養(yǎng)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程

初中生化學(xué)視角的形成不是一蹴而就的，它是基于化學(xué)學(xué)科知識(shí)的習(xí)得和化學(xué)學(xué)科獨(dú)特的認(rèn)知方式和思維方式的形成，依賴教師的不斷引導(dǎo)和學(xué)生越發(fā)自主地從化學(xué)視角看待問(wèn)題的思維習(xí)慣，是一個(gè)循序漸進(jìn)、登高自卑的過(guò)程。需要教師立足學(xué)科教學(xué)整體的高度，深度挖掘每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)背后隱藏的教學(xué)資源，不擇時(shí)機(jī)地在有限的課堂教學(xué)中，有意培養(yǎng)學(xué)生從化學(xué)視角認(rèn)識(shí)物質(zhì)的組成、性質(zhì)、變化及其之間的聯(lián)系。教師要幫助學(xué)生將知識(shí)和思維有機(jī)統(tǒng)一，將物質(zhì)的宏觀辨識(shí)與微觀本質(zhì)認(rèn)識(shí)有機(jī)融合，在日積月累的學(xué)科教學(xué)養(yǎng)育和學(xué)科素養(yǎng)滲透中，逐漸提升從化學(xué)視角觀察、理解物質(zhì)世界及其變化的素養(yǎng)與能力。中考也許不會(huì)直接考問(wèn)學(xué)生的化學(xué)視角，但從學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展的維度說(shuō)，培養(yǎng)學(xué)生善于從化學(xué)視角分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過(guò)一兩個(gè)化學(xué)概念的記憶、一兩條化學(xué)用語(yǔ)的默寫(xiě)、一兩道化學(xué)試題的訓(xùn)練，這或許就是“漁”的效應(yīng)，學(xué)生將終身受益，一輩子享用不盡。