立足于水的微觀認(rèn)識滲透化學(xué)微粒觀

趙文宇

摘要：化學(xué)微粒觀是中學(xué)化學(xué)的核心觀念。以水為認(rèn)識對象，設(shè)計活動、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，建立起宏觀-微觀-符號相聯(lián)系的思維方式；運(yùn)用模擬動畫、圖片進(jìn)行分析，使學(xué)生能夠從微觀的視角學(xué)習(xí)化學(xué)知識，為建構(gòu)化學(xué)微粒觀初步奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：水的微觀認(rèn)識；教學(xué)策略；初中生；化學(xué)微粒觀

文章編號：1005–6629（2016）4–0037–03 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

人民教育出版社2012年6月出版的義務(wù)教育教科書九年級《化學(xué)》（上冊）第三單元“物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”是初中生化學(xué)學(xué)習(xí)的“第一道門檻”，教師普遍認(rèn)為該部分難講、難教，學(xué)生學(xué)起來也是覺得枯燥乏味。一部分學(xué)生甚至出現(xiàn)了畏難的心理，導(dǎo)致學(xué)生該部分的知識支離破碎。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：一是學(xué)生常常割裂概念的宏觀解釋與微觀解釋；二是學(xué)生對物質(zhì)所具有的物理性質(zhì)的微觀理解較差；三是學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)的動態(tài)過程和微粒本質(zhì)的理解存在困難。2011年版的《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出“水是學(xué)生最熟悉的物質(zhì)，在教學(xué)中要注意引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究水的組成和性質(zhì)；聯(lián)系生產(chǎn)生活實(shí)際了解水的凈化、水的污染和水資源的保護(hù)”[1]。為此，教師在教學(xué)中應(yīng)該多站在學(xué)生的角度，選擇生活中常見的物質(zhì)水及其有關(guān)的現(xiàn)象或典型事例，提出基本問題，并通過設(shè)計活動、實(shí)驗(yàn)探究，運(yùn)用模擬動畫、圖片進(jìn)行分析，引導(dǎo)學(xué)生走進(jìn)化學(xué)的微觀世界，滲透化學(xué)微粒觀。

1 與水有關(guān)的初中化學(xué)微粒觀的內(nèi)容

初中化學(xué)微粒觀的主要內(nèi)容包括：物質(zhì)是由微觀粒子構(gòu)成的；微粒很??；微粒是運(yùn)動的；微粒間有間隔；微粒間存在相互作用。與水有關(guān)的微粒觀的內(nèi)容是：水是由水分子聚集形成的；水分子很??；水分子在不斷地運(yùn)動；水分子間有間隔；水分子間存在相互作用。與之對應(yīng)的在教材中的典型事例有：水分子的存在；水的三態(tài)變化；水的天然循環(huán)；水的電解；物質(zhì)在水中的溶解；水的化學(xué)式的含義；水的化學(xué)式的計算；中和反應(yīng)的微觀實(shí)質(zhì)等。

2 立足水的微觀認(rèn)識滲透化學(xué)微粒觀教學(xué)策略

2.1 精心設(shè)計探究活動，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

物質(zhì)是由微粒構(gòu)成的，讓學(xué)生確信水是由水分子構(gòu)成的，是進(jìn)行微粒觀教學(xué)的第一步。如設(shè)計活動“讓學(xué)生親身感受我們周圍空氣中水分子的存在”，上課前教師先安排學(xué)生在教室里灑上水。

師：同學(xué)們，我們一起來做一個深呼吸……一起感受空氣中的水。為什么在教室里灑上水可以增加空氣的濕度？

生：水分蒸發(fā)到空氣中，所以濕度就增加了。

師：水分蒸發(fā)到空氣中，為什么既看不見也摸不著了？

生1：因?yàn)樗菬o色透明的。

生2：因?yàn)樗浅Ｐ?，所以看不到?/p>

師：水是由非常小的水分子構(gòu)成的，漂浮在空氣中，我們的眼睛不能直接看到它們。那么，有誰能夠設(shè)計一個實(shí)驗(yàn)讓我們現(xiàn)在能看到我們周圍的水分子？

此時，學(xué)生都沉浸在思考中。教師向?qū)W生展示裝有冰水且內(nèi)外壁干燥的瓶子，讓學(xué)生觀察瓶子內(nèi)壁的變化。

師：水在常溫常壓下也不停蒸發(fā)著，蒸發(fā)到空氣中，我們的眼睛不能夠直接看到它們，當(dāng)一定條件下，存在于我們周圍空氣中的無數(shù)的水分子又集聚到了一起，我們又能夠看得見了。

在認(rèn)識了水分子，介紹了課本中的水分子模型圖后，有必要組織學(xué)生做兩個小活動?；顒右唬河貌煌伾目堉谱魉肿幽Ｐ?、氧分子模型、氫分子模型?；顒佣河米约旱娜^代表氫原子，頭代表氧原子，分別組合成水分子、氫分子、氧分子（兩人合作）。或是讓男同學(xué)代表氧原子，女同學(xué)代表氫原子，分別組合成水分子、氫分子、氧分子。通過活動既可以強(qiáng)化學(xué)生對水分子的進(jìn)一步認(rèn)識，又可以增加課堂教學(xué)的趣味性。

在學(xué)習(xí)分子在不停地運(yùn)動時，可設(shè)計“品紅在水中的擴(kuò)散”的實(shí)驗(yàn)。在兩杯等量的熱水和冷水中分別加入等量的品紅，觀察品紅的擴(kuò)散現(xiàn)象，對比兩杯水中品紅的擴(kuò)散速率。引導(dǎo)分析得出：水分子在不停地運(yùn)動，并且溫度越高，運(yùn)動的速率越快。

另外，電解水，蔗糖、食鹽溶解，氫氧化鈉與鹽酸反應(yīng)等實(shí)驗(yàn)是與水有關(guān)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，教師在教學(xué)中應(yīng)高度重視，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的教育功能，通過教師精心設(shè)計的實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生從微觀角度對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、原理進(jìn)行分析，為初中生化學(xué)微粒觀的建立奠定基礎(chǔ)。

2.2 從定量的角度認(rèn)識水宏觀與微觀之間的聯(lián)系

2011年版的《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出“從宏觀到微觀、從定性到定量，體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科發(fā)展的趨勢。對物質(zhì)組成的微觀研究和定量研究使化學(xué)逐步成為在實(shí)驗(yàn)和理論兩個方面都獲得迅速發(fā)展的一門自然科學(xué)”[2]。我們運(yùn)用化學(xué)學(xué)科特有的方法，從定量的角度認(rèn)識水宏觀與微觀之間的聯(lián)系。如“有關(guān)化學(xué)式計算”的教學(xué)內(nèi)容可以進(jìn)行如下設(shè)計（簡略）：

[情境創(chuàng)設(shè)]學(xué)習(xí)了課題3“水的組成”，小明知道了水是由氫元素與氧元素組成的化合物。今天中午他買了一瓶“云南山泉”，看著這一瓶水，他想：一瓶礦泉水中含有氧元素和氫元素的質(zhì)量是多少？

[教學(xué)過程]

[師]一個水分子非常小，但是它也有一定的質(zhì)量，那么它的質(zhì)量為多少，化學(xué)上是怎樣表示的？

任務(wù)一：請你算一算

任務(wù)二：思考填空

1.相對分子質(zhì)量是指化學(xué)式中各原子的相對原子質(zhì)量的總和。

2.一個水分子的質(zhì)量是它的實(shí)際質(zhì)量，而一個水分子的相對分子質(zhì)量是H2O中氫原子與氧原子的相對原子質(zhì)量總和。

[師]一個水分子由2個氫原子和1個氧原子構(gòu)成，如何表示一杯水中的水分子、氧原子、氫原子的數(shù)目？

[生1]有數(shù)不清個。

[生2]氫原子的個數(shù)應(yīng)該是氧原子的2倍。

[師]如果這一杯水含有n個水分子，那么對應(yīng)的就含有n個氧原子和2n個氫原子，請用式子表示出這一杯水中氧原子與氫原子的質(zhì)量比。endprint

在教師的引導(dǎo)與幫助下，學(xué)生寫出：一杯水中氧原子與氫原子質(zhì)量比=（n×氧原子的質(zhì)量）/（2n×氫原子的質(zhì)量）。

[師]元素是質(zhì)子數(shù)（即核電荷數(shù)）相同的一類原子的總稱，（n×氧原子的質(zhì)量）可以表示這一杯水中氧元素的質(zhì)量，（2n×氫原子的質(zhì)量）可以表示這一杯水中氫元素的質(zhì)量，所以，（n×氧原子的質(zhì)量）/（2n×氫原子的質(zhì)量）=氧元素質(zhì)量/氫元素質(zhì)量，代入相對原子質(zhì)量化簡為：O/2H=16/2= 8/1。

[師]請根據(jù)“物質(zhì)中某元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)”的定義，寫出這杯水中氧元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計算式。

學(xué)生經(jīng)過自己的思考和教師的引導(dǎo)，他們能夠?qū)懗觯?img src="https://cimg.fx361.com/images/2018/03/13/huax201604huax20160408-2-l.jpg" style=""/>

[師]通過以上分析，我們共同來解決這樣一個問題：一瓶礦泉水中（除H2O外其他成分忽略不計，體積為500mL，密度為1 g/cm3），氧元素的質(zhì)量為多少？

[生]礦泉水中氧元素的質(zhì)量=

教師在教學(xué)中不能單純?yōu)榱擞嬎愣鴻C(jī)械地訓(xùn)練學(xué)生，而應(yīng)該站在學(xué)生微粒觀建構(gòu)的層面上，挖掘有用的教學(xué)資源，使得化學(xué)式的計算在學(xué)習(xí)、研究物質(zhì)的組成的宏觀與微觀之間搭建起一座橋梁。

2.3 建立宏觀-微觀-符號相互聯(lián)系的思維方式

“化學(xué)入門的關(guān)鍵就在于建立‘宏觀-微觀-符號相互聯(lián)系的思維方式（這同時也是學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的最大困難），形成這種思維方式既掌握了技術(shù)類工具知識（化學(xué)符號的識、讀、寫），又掌握了原子論的思想和方法，如同學(xué)生手中掌握了一支獵槍和尋找獵物的基本方法，在化學(xué)的森林里，他就能主動獲取知識，立于不敗之地”[3]。在學(xué)習(xí)水的化學(xué)式的意義和電解水的化學(xué)方程式時，就應(yīng)該讓學(xué)生建立起“宏觀-微觀-符號”相互聯(lián)系的思維方式。例如學(xué)習(xí)水的化學(xué)式的意義，應(yīng)該讓學(xué)生先看到水、水蒸氣、冰的實(shí)物或者圖片，再展示水分子的微觀模型，接著寫出水的化學(xué)式，在此基礎(chǔ)上，讓學(xué)生結(jié)合實(shí)物或者圖片、微觀模型、化學(xué)式說出H2O的四層含義。通過經(jīng)常訓(xùn)練，使學(xué)生看到水的三態(tài)變化能夠想到水分子模型，并能夠用符號來表示，或者看到H2O在大腦中能夠呈現(xiàn)水的宏觀圖像和微觀模型。再如，學(xué)習(xí)化學(xué)方程式2H2O

通電= 2H2↑+O2↑時，做完電解水實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)了正極與負(fù)極的氣體后，詢問學(xué)生：水、氫氣、氧氣這三種物質(zhì)的構(gòu)成微粒是什么？讓學(xué)生畫出水分子、氫分子、氧分子的微觀模型圖；繼續(xù)問：“水分子為什么會變成氫分子和氧分子？”讓學(xué)生想象可能的變化過程，然后用水分子、氫分子、氧分子模型來表示自己的想象過程。學(xué)生發(fā)現(xiàn)將一個水分子的氫原子分開后組成一個氫分子，卻剩下一個氧原子，需要再分解一個水分子讓氧原子配對。當(dāng)要求學(xué)生用符號來表示這個變化過程的時候，在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生依照微觀示意圖能夠?qū)懗觥?H2O通電= 2H2↑+O2↑”。隨之，讓學(xué)生討論該化學(xué)方程式的意義。由于學(xué)生經(jīng)歷了這個化學(xué)方程式的產(chǎn)生過程，這個式子表達(dá)出來的“有什么物質(zhì)參加反應(yīng)生成什么物質(zhì)”的宏觀意義和“分子分解成原子、原子重新結(jié)合成新分子”的微觀意義，以及由相對分子質(zhì)量所表征的定量意義自然也就不難理解了。至于他們所觀察到的生動豐富的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象也就和這個化學(xué)方程式緊緊地聯(lián)系在一起了。經(jīng)過這些實(shí)驗(yàn)、觀察、驗(yàn)證、推理、思考的過程，學(xué)生在化學(xué)變化層面上建立了“宏觀-微觀-符號”相聯(lián)系的化學(xué)思維方式。

2.4 重視微觀動畫、圖片在教學(xué)中所起的作用

微觀世界是無法用肉眼直接觀察到的，這對學(xué)生的微粒觀建構(gòu)造成一定的困難。在教學(xué)中使用微觀動畫、圖片把抽象的知識化難為易、變靜為動，既可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，又達(dá)到了形象直觀的效果。

在生活中，水給我們的印象是連續(xù)不斷、流動的液體，學(xué)生對于理解“水是由水分子構(gòu)成的，一滴水中含有1.67×1021個水分子”，存在一定的困難。在教學(xué)中可利用“一滴水通過電子顯微鏡逐級放大的景象或圖片（2000倍、200萬倍、10億倍）”加深水的微觀構(gòu)成在學(xué)生頭腦中的印象，讓學(xué)生確信：水是由水分子構(gòu)成的，水分子很小，水分子間有間隔。在學(xué)習(xí)“分子間是有間隔的，分子是不斷運(yùn)動的”這一分子特點(diǎn)時，要避免純文字的描述?？捎谩拔镔|(zhì)三種狀態(tài)的分子間隔模擬動畫”直觀地反映出：水分子在永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動，并且溫度越高，運(yùn)動速率越快，分子間的距離不斷加大（當(dāng)然，水結(jié)冰時在氫鍵作用下，水分子的結(jié)合與重新排布使得固態(tài)時水分子之間的距離大于液態(tài)時水分子之間的距離），水就由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，但是水分子的大小、性質(zhì)始終沒有變化。另外，在完成“食鹽或糖在水中的溶解”，“氫氧化鈉與鹽酸發(fā)生的酸堿中和反應(yīng)”的實(shí)驗(yàn)后，也非常有必要使用微觀動畫或微觀圖片做分析與說明，這樣既從微觀角度對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象做了較好的解釋，也對微粒觀的構(gòu)建起到了一定的作用。

實(shí)踐證明，在學(xué)生微粒觀構(gòu)建的初期，以身邊最為熟悉的物質(zhì)水為出發(fā)點(diǎn)，挖掘教學(xué)資源，合理設(shè)計探究活動；注重從定量的角度認(rèn)識物質(zhì)宏觀與微觀之間的聯(lián)系；建立宏觀-微觀-符號相聯(lián)系的思維方式；運(yùn)用模擬動畫、圖片進(jìn)行分析，是在學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”實(shí)施有效的教學(xué)，這對初中生構(gòu)建化學(xué)微粒觀有很大的幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1][2]中華人民共和國教育部制定.義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2011.

[3]胡久華，王磊主編.初中化學(xué)教學(xué)策略[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2010：59.endprint