強(qiáng)化“微粒觀”與“過程觀”的教學(xué)實(shí)踐與思考

林增輝

一、問題與背景

縱觀以往的化學(xué)教學(xué)，很多教師傾向于介紹式的教學(xué)，歸納羅列各種知識(shí)點(diǎn)，即使進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，也只是為了“證明”教材結(jié)論，淺嘗輒止。在這種教學(xué)中，學(xué)生對(duì)化學(xué)的認(rèn)知是平面的，往往只記住了化學(xué)方程式和反應(yīng)現(xiàn)象，缺乏對(duì)反應(yīng)過程的理解，習(xí)得的知識(shí)，不能轉(zhuǎn)化為方法和能力，不利于學(xué)生終身學(xué)習(xí)能力的發(fā)展。

化學(xué)物質(zhì)由微粒構(gòu)成，微粒體積極小，肉眼不可見，不停地運(yùn)動(dòng)，有一定的距離，存在相互作用。在中學(xué)化學(xué)中，學(xué)生“微粒觀”的形成是遞進(jìn)式的，先從宏觀物質(zhì)入手，了解到物質(zhì)是由原子、分子構(gòu)成的，進(jìn)一步了解原子可以通過一定方向進(jìn)行有效碰撞，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成具有一定空間構(gòu)型的微粒，這些微粒能以特定的排列方式形成不同的晶體。學(xué)生的認(rèn)識(shí)，經(jīng)歷了由籠統(tǒng)的宏觀物質(zhì)到由微觀粒子相互作用形成宏觀物質(zhì)的變化，對(duì)物質(zhì)的認(rèn)識(shí)，更有規(guī)律性和系統(tǒng)性。

學(xué)生主要利用化學(xué)符號(hào)進(jìn)行學(xué)習(xí)，從平面的符號(hào)學(xué)習(xí)，到建立立體認(rèn)知是很難的，例如歷年來高考中書寫有機(jī)物同分異構(gòu)體的題目，得分率都特別低，可見多數(shù)學(xué)生的物質(zhì)空間結(jié)構(gòu)意識(shí)是非常薄弱的。另外，學(xué)生在利用符號(hào)學(xué)習(xí)過程中，將化學(xué)想象成靜止的，把化學(xué)反應(yīng)想象成一瞬間就能從反應(yīng)物到生成物的轉(zhuǎn)化，缺乏過程性的思維。越來越多的學(xué)者傾向于利用“四重表征”的視角來描述化學(xué)現(xiàn)象，即在微觀、宏觀、符號(hào)三個(gè)維度的基礎(chǔ)上，加入曲線的維度，而曲線恰恰是過程的，化學(xué)變化的過程性主要體現(xiàn)反應(yīng)的數(shù)量和快慢。深度關(guān)注宏觀的過程，才能激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步探索化學(xué)反應(yīng)的原理的熱情。

二、教學(xué)實(shí)施

化學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)和理論并重的科學(xué)，筆者選擇了人教版高中化學(xué)《化學(xué)1》中一個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和一個(gè)理論教學(xué)案例，在此呈現(xiàn)兩個(gè)教學(xué)案例。

案例一：Fe2+的檢驗(yàn)

按教材的實(shí)驗(yàn)操作，在FeCl2溶液中滴加幾滴KSCN溶液，溶液不變色，再滴加幾滴新制氯水后，溶液迅速變成血紅色，證明溶液中存在Fe2+。

如果按部就班地教學(xué)，只是為了觀察到最后溶液變成血紅色，并沒有充分地發(fā)揮該實(shí)驗(yàn)的功能。對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)，一般需要在一定的情境中，根據(jù)實(shí)際問題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行觀察、思考、分析討論，不能僅僅滿足于驗(yàn)證教材中的結(jié)論，這樣才有助于學(xué)生能力的提高。筆者發(fā)現(xiàn)，加入幾滴KSCN溶液，振蕩靜止后，滴入氯水，大部分溶液一瞬間變成了血紅色。

筆者抓住這一現(xiàn)象，提問：“從大部分溶液一瞬間變成血紅色這一現(xiàn)象，能得出什么結(jié)論？”

學(xué)生面面相覷，筆者引導(dǎo)學(xué)生：“同學(xué)們，滴入氯水，溶液變血紅色，這一過程發(fā)生了哪些反應(yīng)呢？”

“Fe2+被氧化成Fe3+，F(xiàn)e3+與KSCN反應(yīng)?！?/p>

筆者肯定了學(xué)生，接著提問：“那么，在滴入氯水瞬間，能否在一瞬間生成大量的Fe3+？”

學(xué)生有點(diǎn)不敢肯定，筆者提示：“同學(xué)們還記得嗎？Na2O2與H2O反應(yīng)，滴入酚酞，有什么顏色變化？”

“先變紅后褪色?！?/p>

“很好，這個(gè)過程我們分析過，說明了什么原理呢？”

“氧化褪色慢一些。”

“非常好，同理，滴入氯水的瞬間，一方面，氯水不可能快速擴(kuò)散，擴(kuò)散需要一定的時(shí)間，另一方面，氯水和Fe2+反應(yīng)需要一定的時(shí)間，反應(yīng)也需要一定的時(shí)間，綜合兩方面的推理，可知在一瞬間內(nèi)，生成的Fe3+數(shù)量應(yīng)該不多，但我們卻觀察到了大部分溶液變成明顯的血紅色，這就說明了，KSCN與Fe3+反應(yīng)，現(xiàn)象非常明顯。這么靈敏的試劑，有什么用途呢？”

“檢驗(yàn)Fe3+。”

基于上述過程，筆者認(rèn)為對(duì)于實(shí)驗(yàn)的推斷，可以從幾個(gè)角度入手：首先，思考發(fā)生了哪些反應(yīng);其次，分析反應(yīng)是怎樣進(jìn)行的;最后，探求反應(yīng)能得出什么結(jié)論;通過層層遞進(jìn)的問題，引導(dǎo)學(xué)生的思維進(jìn)入微觀的世界，探求反應(yīng)的原理。

案例二：SiO2與CO2部分性質(zhì)的比較

碳和硅是相鄰的同族元素，常常將碳的化合物和硅的化合物進(jìn)行類比教學(xué)，例如分析反應(yīng)：①CaO+CO2=CaCO3，②CaO+SiO2■CaSiO3。對(duì)于CO2的性質(zhì)，比較容易通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，而SiO2的性質(zhì)，往往沒有條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在這種情況下，如果僅僅通過歸納總結(jié)，讓學(xué)生閱讀記憶，學(xué)生獲得的知識(shí)依然是淺層次的，教學(xué)效果一般不理想。

筆者從CO2和SiO2的狀態(tài)——?dú)怏w和固體入手，指出CO2是由孤立的分子構(gòu)成，而SiO2是由硅原子和氧原子通過共用電子對(duì)形成空間立體結(jié)構(gòu)?；瘜W(xué)反應(yīng)是一個(gè)原子重組的過程，對(duì)于CO2氣體來說，氣體分子可以充分地混合到氧化鈣，反應(yīng)物質(zhì)能充分地接觸，再進(jìn)行反應(yīng)，速率較快;而SiO2是空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的晶體，無法充分混合，反應(yīng)過程中，要破壞大量氧與硅形成的共用電子對(duì)（比CO2多），需要更多的能量，因此，反應(yīng)條件為加熱或高溫，反應(yīng)的速率也較慢。筆者再舉例，氫氧化鈉能快速地吸收CO2，卻可以用含SiO2的玻璃試劑瓶盛放氫氧化鈉溶液，可以說明兩個(gè)反應(yīng)的速率快慢有很大的差別。

沒有經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明，但通過對(duì)CO2和SiO2晶體的簡(jiǎn)單分析，學(xué)生從“微粒結(jié)構(gòu)”的視角審視這兩種物質(zhì)，并從反應(yīng)的過程進(jìn)行區(qū)分，進(jìn)一步思考微粒的結(jié)構(gòu)對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的影響。但由于學(xué)生在《化學(xué)1》中還沒有學(xué)習(xí)過化學(xué)鍵、分子晶體和原子晶體的概念，在教學(xué)過程中回避了上述概念，只是遷移應(yīng)用了在前面章節(jié)中學(xué)習(xí)的氣體分子集聚方式、共用電子對(duì)和教材中SiO2的結(jié)構(gòu)示意圖等信息，從微觀的空間結(jié)構(gòu)和反應(yīng)過程兩個(gè)維度，比較兩種物質(zhì)在反應(yīng)過程中的性質(zhì)差異，進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生的“微粒觀”和“過程觀”。

三、反思與小結(jié)

以上只是兩個(gè)強(qiáng)化“微粒觀”和“過程觀”的教學(xué)片段，在必修模塊中，還有很多概念的教學(xué)，都極有利于上述觀念的強(qiáng)化。例如萃取和分液，便是微觀粒子的相互混合和分離的過程;又如化學(xué)鍵、氫鍵、銅鋅原電池的電極反應(yīng)、簡(jiǎn)單有機(jī)物的結(jié)構(gòu)等，都能很好地體現(xiàn)物質(zhì)的微粒性質(zhì)及其變化的過程。這就需要我們做一個(gè)有心人，挖掘教材的功能價(jià)值。

那么，怎樣才能強(qiáng)化學(xué)生的空間和時(shí)間觀念呢？筆者認(rèn)為，不同的內(nèi)容，應(yīng)選擇不同的方式。首先，化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)科學(xué)的主要研究方法，通過教師精心設(shè)計(jì)問題，引導(dǎo)學(xué)生從微粒變化的視角審視化學(xué)實(shí)驗(yàn)，帶領(lǐng)學(xué)生步入化學(xué)的微觀世界，感受微觀粒子之間的碰撞、結(jié)合，感受化學(xué)反應(yīng)的過程。其次，化學(xué)也是一門理論的科學(xué)，科學(xué)的推理是非常有必要的，教師可以借助圖像、模型等教具，將抽象的內(nèi)容具體化。當(dāng)然，教無定法，還需要我們?cè)趯?shí)踐中不斷摸索。

強(qiáng)化學(xué)生的“微粒觀”和“過程觀”，既能促進(jìn)學(xué)生對(duì)概念的深層理解，也能為后續(xù)學(xué)習(xí)奠定良好的思維基礎(chǔ)。同時(shí)，對(duì)一個(gè)人的成長(zhǎng)而言，能充分地運(yùn)用“微粒觀”和“過程觀”的維度思考問題，關(guān)注宏觀的發(fā)展過程，探求本質(zhì)原因，能夠更深刻地認(rèn)識(shí)事物發(fā)展規(guī)律。

責(zé)任編輯 韋英哲