宏觀辨識(shí)與微觀探析的教學(xué)實(shí)踐

1、    宏觀辨識(shí)與微觀探析的教學(xué)實(shí)踐    楊海麗 來書賢摘  要：從學(xué)生學(xué)習(xí)物質(zhì)的量易錯(cuò)點(diǎn)入手，分析問題的根源是微粒觀的缺失。如何進(jìn)行物質(zhì)的量的學(xué)習(xí)呢？利用微粒模型圖，化學(xué)實(shí)驗(yàn)重建微粒觀，通過科學(xué)史，真實(shí)情景，有層次的問題設(shè)計(jì)，演繹推理等方法最終實(shí)現(xiàn)宏觀辨識(shí)與微觀探析的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的量學(xué)習(xí)的突破。關(guān)鍵詞：微粒觀;宏觀辨識(shí);微觀探析;物質(zhì)的量中學(xué)化學(xué)核心素養(yǎng)把“宏觀辨識(shí)與微觀探析”放在首位，可見其重要性。化學(xué)課堂是促進(jìn)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)形成和發(fā)展的重要載體，若要實(shí)現(xiàn)化學(xué)核心素養(yǎng)，設(shè)計(jì)和組織教學(xué)時(shí)，就要以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的進(jìn)行教學(xué)。物質(zhì)的量在學(xué)

2、生學(xué)習(xí)中一直難接受，難理解，難想象，所以本文以其課堂教學(xué)為例，通過對(duì)物質(zhì)宏觀辨識(shí)，進(jìn)而微觀探析，切實(shí)落實(shí)抽象空洞的概念教學(xué)于課堂中。一、宏觀辨識(shí)和微觀探析解析宏觀辨識(shí)與微觀探析就是學(xué)習(xí)化學(xué)，通過察看、辨識(shí)一定條件下物質(zhì)的形態(tài)及變化的宏觀現(xiàn)象，初步掌握物質(zhì)及其變化的分類方法，并能運(yùn)用符號(hào)表征物質(zhì)及其變化。能從物質(zhì)的微觀層面理解其組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的聯(lián)系，形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定應(yīng)用”的觀點(diǎn)。對(duì)于物質(zhì)的宏觀辨識(shí)與微觀探析是中學(xué)化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)中最基礎(chǔ)的素養(yǎng)。二、物質(zhì)的量學(xué)習(xí)現(xiàn)狀分析“物質(zhì)的量”是蘇教版高中化學(xué)必修1主題1物質(zhì)的分類和轉(zhuǎn)化之后的一節(jié)內(nèi)容。對(duì)于剛剛步入高中的學(xué)生物質(zhì)的量是一個(gè)陌生、抽象，

3、空洞的事物，該概念又是針對(duì)微觀粒子，看不見摸不著，并且無直觀的實(shí)驗(yàn)演示。針對(duì)學(xué)生特別容易出現(xiàn)的問題歸結(jié)如下：1“蜻蜓點(diǎn)水”認(rèn)識(shí)不夠深入問題1 “1個(gè)co2含1個(gè)c原子，1mol co2含1個(gè)c原子”，這是學(xué)生初學(xué)物質(zhì)的量時(shí)常見的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)，可見沒有真正掌握物質(zhì)的量的定義是“表示含有一定數(shù)目粒子的集合體”。2“囫圇吞棗” 宏、微觀分不清楚問題2 “1摩爾氧含有6.02×1023個(gè)o;1mol 硫酸中含有2× 6.02×1023個(gè)h+”學(xué)生在化學(xué)用語(yǔ)上明顯出現(xiàn)指代不清：1摩爾氧是原子還是分子？硫酸是宏觀概念，是有硫酸分子組成，而不是含有h+，顯然對(duì)構(gòu)成物質(zhì)的微粒分不清楚

4、。3 “空中樓閣”原有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)不足問題3  18g水中含有的電子數(shù)和中子數(shù)均為18na不少學(xué)生不知道原子中電子數(shù)與質(zhì)子數(shù)的關(guān)系，無從下手計(jì)算;多數(shù)學(xué)生對(duì)這些微粒觀的認(rèn)識(shí)僅處于記憶層面，很難實(shí)現(xiàn)認(rèn)知上的內(nèi)化。4“淺嘗輒止”定量觀欠缺問題4 現(xiàn)有co、co2、o3三種氣體，它們含有的氧原子個(gè)數(shù)之比為123，則這三種氣體的物質(zhì)的量之比為（） a.111 b.123 c.321 d、632本題學(xué)生普遍覺得非常困難，弄不清原子數(shù)與分子數(shù)之間的關(guān)系，知道相同物質(zhì)的量的co、co2、o3三種氣體，氧原子數(shù)之比為123;根據(jù)n=n/na推斷，粒子的數(shù)目之比等于物質(zhì)的量之比。）初中化學(xué)計(jì)算的單一性

5、則是建構(gòu)以“物質(zhì)的量”為核心的計(jì)算失敗的更直接的客觀原因?？偨Y(jié)上述問題，學(xué)生學(xué)習(xí)物質(zhì)的量的主要問題所在就是微粒觀的缺失。學(xué)好化學(xué)，就要從微觀層面認(rèn)識(shí)物質(zhì)，以符號(hào)形式描寫物質(zhì)，在不同層面創(chuàng)造物質(zhì)。所以，建立微粒觀是重中之重。三、微粒觀是分析物質(zhì)的基礎(chǔ)化學(xué)是研究物質(zhì)的一門科學(xué)，物質(zhì)都是由不同微觀粒子構(gòu)成的。要研究或理解具體物質(zhì)的化學(xué)問題時(shí)，就要全面深入微觀世界去分析、解釋、論證，用微粒觀去解決具體物質(zhì)的化學(xué)問題。1.建立微觀粒子模型圖物質(zhì)是由肉眼看不到的分子、原子和離子等微觀粒子構(gòu)成的，如何引導(dǎo)學(xué)生從宏觀世界步入充滿神奇色彩的微觀世界，利用微觀粒子的特征及量的關(guān)系，建立微觀粒子模型圖，是化學(xué)學(xué)科特

6、有的直觀思維方式。例如下列示意圖中，白球代表氫原子，黑球代表氦原子，方框代表容器，容器中間有一個(gè)可以上下滑動(dòng)的隔板。其中能表示等質(zhì)量的氫氣與氦氣的是（）2. 重視“宏觀-微觀-符號(hào)”相結(jié)合化學(xué)是一門宏觀與微觀相統(tǒng)一的學(xué)科。教學(xué)中通過實(shí)物的觀察、聯(lián)想、猜測(cè)、數(shù)據(jù)、動(dòng)手操作、模型、示意圖等信息和活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生從宏觀、微觀、符號(hào)三者相結(jié)合的視角認(rèn)識(shí)物質(zhì)，從而建立起微粒觀。例如金屬銅，它是單個(gè)的銅原子聚集而成。我們熟悉的食鹽（氯化鈉）是由許許多多的鈉離子和氯離子聚集構(gòu)成的。這樣不僅培養(yǎng)學(xué)生從直觀形象的宏觀物質(zhì)世界過渡到抽象的微觀世界，還能用微觀粒子解釋宏觀物質(zhì)構(gòu)成的思維方式。3.化學(xué)實(shí)驗(yàn)是宏觀與微觀結(jié)

7、合的節(jié)點(diǎn)對(duì)看不見摸不著的微粒，學(xué)生很難理解.如何幫助學(xué)生從微粒出發(fā)對(duì)宏觀世界的化學(xué)現(xiàn)象進(jìn)行理解？通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)來探究微觀粒子的變化，幫助學(xué)生更加形象地認(rèn)識(shí)抽象事物，加深對(duì)微觀粒子的理解.學(xué)生通過對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察，運(yùn)用宏觀與微觀的聯(lián)系，對(duì)微觀反應(yīng)過程的想象、推理使學(xué)習(xí)活動(dòng)變得真實(shí)，深入。這樣的學(xué)習(xí)，學(xué)生才能夠充分把握物質(zhì)的性質(zhì)和變化規(guī)律，為知識(shí)系統(tǒng)的形成打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。四、課堂教學(xué)中如何做到“宏觀辨析，微觀探析”要弄清楚宏觀事物必先搞清它的微觀結(jié)構(gòu)。在化學(xué)教學(xué)時(shí)，要時(shí)刻把握兩者的關(guān)聯(lián)，創(chuàng)造真實(shí)情景，讓學(xué)生去模擬感受微觀世界。對(duì)于物質(zhì)的量的學(xué)習(xí)，本人采用下列教學(xué)措施，使得抽象的概念學(xué)習(xí)更加直觀化，形

8、象化。環(huán)節(jié)一 追尋科學(xué)史促概念形成初學(xué)物質(zhì)的量時(shí)，很多學(xué)生感到無法建立起和“物質(zhì)的量”的聯(lián)系。有的學(xué)生反映物質(zhì)的量不就是物質(zhì)的質(zhì)量或者數(shù)量嗎？質(zhì)量和數(shù)量不都有各自的單位嗎？何必再來一個(gè)摩爾？學(xué)生大量的問題導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容難以推進(jìn)。究其原因，主要是初中“微粒觀”的過低要求導(dǎo)致物質(zhì)的量導(dǎo)入失敗的客觀原因。如果我們不從微觀入手，另辟蹊徑，引領(lǐng)學(xué)生還原歷史情境，從歷史的角度認(rèn)識(shí)并了解物質(zhì)的量，從科學(xué)家探索物質(zhì)的奧秘過程入手，從宏觀入手，帶領(lǐng)學(xué)生去思考如何把宏觀的物質(zhì)和微觀的原子、分子結(jié)合起來，統(tǒng)一認(rèn)識(shí)？這樣的引入物質(zhì)的量這個(gè)概念，可能較符合學(xué)生的認(rèn)知水平，更容易接受這個(gè)陌生的事物環(huán)節(jié)二 設(shè)置問題組，實(shí)現(xiàn)宏

9、微轉(zhuǎn)化通過設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)性的問題，即具有一定深度和難度、學(xué)生僅憑已有的知識(shí)又不能完全解決的問題，用組合、鋪墊或設(shè)臺(tái)階等方法來降低問題的難度，驅(qū)動(dòng)學(xué)生用相關(guān)的微粒知識(shí)正確解釋宏觀現(xiàn)象，使其原有的微粒觀在應(yīng)用中得到鞏固和發(fā)展。通過一系列的問題，從宏觀到微觀，層層深入，找到宏觀連接微觀層面的橋梁物質(zhì)的量，使得學(xué)生心里真正的接受“物質(zhì)的量”。思考并討論：1、如何通過實(shí)驗(yàn)方法測(cè)知一桶硬幣的數(shù)量？2、用什么作為計(jì)量微觀粒子數(shù)的單位呢？3、宏觀與微觀這兩個(gè)不同的研究領(lǐng)域之間我們?nèi)绾尾拍芙⒖茖W(xué)的聯(lián)系？4、1摩爾的微觀物質(zhì)中有多少個(gè)粒子？5、為什么物質(zhì)的量是描述微觀粒子的物理量？6、等摩的物質(zhì)所含的微粒數(shù)與其狀態(tài)有

10、無關(guān)系？7、物質(zhì)的量與微粒數(shù)之間如何換算？對(duì)問題5可以采用反證法，加深學(xué)生對(duì)微觀粒子的理解請(qǐng)計(jì)算：若將6.02×1023 美元，分給地球上的人，按地球約6×109人 計(jì)，每個(gè)人可分得（）美元？學(xué)生通過計(jì)算可見，宏觀物質(zhì)就是再小，如果用摩爾做單位來描述它們都顯得太大了。所以，物質(zhì)的量及其單位摩爾都只能用于描述微觀粒子。因?yàn)槟枖?shù)值很大，物質(zhì)的量只能表述微觀粒子，對(duì)宏觀是無意義的。環(huán)節(jié)三 創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，實(shí)現(xiàn)宏微結(jié)合微觀知識(shí)抽象，純理論的教學(xué)使學(xué)生更難理解，要幫助學(xué)生真正從宏觀步入微觀，形成從微觀的角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的視角，確實(shí)是一個(gè)難點(diǎn)。如果在教學(xué)過程中，立足于學(xué)生已有的生活經(jīng)驗(yàn)

11、，基于真實(shí)情境進(jìn)行化學(xué)學(xué)習(xí)，使學(xué)生產(chǎn)生更多美好的情感，體會(huì)化學(xué)研究、解決問題的方法，幫助學(xué)生更好地理解微觀知識(shí)，進(jìn)而理解宏觀現(xiàn)象，可以有效地提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。例如在“物質(zhì)的量”概念引入教學(xué)中，通過銀行工作人員清點(diǎn)大量硬幣的案例，將物質(zhì)的量的概念遷移到生活情境中 “假如你是一名銀行的工作人員，面對(duì)如此繁多的硬幣，要如何計(jì)數(shù)呢？”讓學(xué)生動(dòng)腦思考、動(dòng)手實(shí)踐，充分發(fā)揮其潛能，使其不僅學(xué)習(xí)了“物質(zhì)的量”的知識(shí)，也學(xué)習(xí)了分析問題的方法。又以“假設(shè)老師現(xiàn)在有1克金子，而大家手里有一億個(gè)金原子，從價(jià)值上考慮，大家愿意和我換嗎？”將宏觀質(zhì)量與微觀粒子原子聯(lián)系起來學(xué)習(xí)摩爾質(zhì)量的概念。知識(shí)只有在真實(shí)的情境中呈現(xiàn)，

12、才能有效地激發(fā)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知需要。教學(xué)中應(yīng)創(chuàng)設(shè)豐富多彩的宏觀現(xiàn)象來啟發(fā)學(xué)生的微觀思維。環(huán)節(jié)四 演繹推理定性轉(zhuǎn)向定量抽象的教學(xué)內(nèi)容，可以給學(xué)生呈現(xiàn)資料，通過計(jì)算獲得數(shù)據(jù)更有說服力。例如阿佛加得羅常數(shù)和摩爾質(zhì)量的獲得【數(shù)據(jù)資料】若稱出12c原子質(zhì)量為1.993×10-26kg，請(qǐng)算出12克碳含有多少個(gè)碳原子？由于：碳原子數(shù)=12克/一個(gè)碳原子質(zhì)量科學(xué)規(guī)定：12克碳-12含有的碳原子數(shù)就為阿佛加得羅常數(shù)。 學(xué)生有了這個(gè)推理過程，對(duì)阿佛加得羅常數(shù)的得來就有了清楚的認(rèn)識(shí)，由此延伸到物質(zhì)的量概念就容易多了。物質(zhì)的量通過摩爾質(zhì)量的引入，把定性的宏觀質(zhì)量研究轉(zhuǎn)向定量的微觀粒子的研究。摩爾質(zhì)量有什么數(shù)值

13、規(guī)律？引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行了以下推導(dǎo)：以一個(gè)碳-12 原子質(zhì)量的1/12作為標(biāo)準(zhǔn)，任何一種原子的平均原子質(zhì)量跟一個(gè)碳-12 原子質(zhì)量的1/12的比值，設(shè) m（a）表示一個(gè) a 原子或分子的質(zhì)量，m（12c）表示一個(gè)12c 的質(zhì)量則有：科學(xué)規(guī)定：1 摩爾碳-12原子的質(zhì)量為 12 g，于是 m（12 c）×n a =12 g/mol =ar（a）可得到結(jié)論：即摩爾質(zhì)量的單位為 g/mol時(shí)，在數(shù)值上等于該物質(zhì)的相對(duì)原子質(zhì)量或相對(duì)分子質(zhì)量。綜觀以上推理，學(xué)生對(duì) 1 摩爾的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定有了更加深入的認(rèn)識(shí)，這個(gè)基礎(chǔ)的根源則是相對(duì)原子質(zhì)量的定義，形成了摩爾質(zhì)量的數(shù)值規(guī)律，給計(jì)算帶來了很大的方便。在這個(gè)

14、階段的教學(xué)中，單純的運(yùn)算不是主要目的，根本目的在于通過物質(zhì)的量引導(dǎo)學(xué)生在宏觀與微觀之間建立聯(lián)系，養(yǎng)成利用物質(zhì)的量這一視角去觀察日常生活中的物質(zhì)及其變化的思維習(xí)慣，對(duì)常見的宏觀現(xiàn)象辨識(shí)能從微粒集體的層面作出相應(yīng)的探析。環(huán)節(jié)五. 建立微觀層面的定量關(guān)系物質(zhì)的量是基于微觀粒子變化的研究，同時(shí)又涉及到計(jì)算，既是微觀層面，又是定量層次，此時(shí)幫助學(xué)生從宏觀物質(zhì)的質(zhì)量到微觀粒子的物質(zhì)的量的思維轉(zhuǎn)換是關(guān)鍵的關(guān)鍵。教學(xué)中，可以從學(xué)生熟悉的電解水入手，根據(jù)直觀的圖示，讓學(xué)生從兩個(gè)方面描述水的分解反應(yīng)。宏觀：36份質(zhì)量的水分解為4份質(zhì)量的氫氣與32份質(zhì)量的氧氣;宏觀：質(zhì)量之比為h2：o2：h2o=1：8：9微觀：分

15、子數(shù)之比為h2：o2：h2o=2：1：2物質(zhì)的量之比為h2：o2：h2o=2 n a：n a：2 n a從學(xué)生原有的前認(rèn)知“質(zhì)量”順利過渡到“物質(zhì)的量”，為我們定量認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)提供了一個(gè)新的視角。這樣不僅培養(yǎng)學(xué)生從微觀角度認(rèn)識(shí)，解釋宏觀現(xiàn)象的思維方式，還形成宏觀現(xiàn)象與微觀解釋的思維途徑，加深對(duì)守恒的基本思想的理解?？傊暧^辨識(shí)與微觀探析在物質(zhì)的量教學(xué)中恰當(dāng)?shù)膽?yīng)用，減少抽象、空洞的微觀粒子給學(xué)生的陌生感，從真實(shí)的生活情境出發(fā)，讓學(xué)生感受到生活與微觀世界的聯(lián)系，并且學(xué)會(huì)了用微觀粒子探究物質(zhì)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)。所以，培養(yǎng)學(xué)生“見宏思微，以微窺宏”的思維方式，在化學(xué)教學(xué)中不僅要重視構(gòu)建微粒觀，更要用微粒觀看世界，探究微觀世界的奧秘，這也有助于培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和應(yīng)用科學(xué)知識(shí)，解決自然、社會(huì)、生活中的