對“微粒特征”的跨學(xué)科教學(xué)對比研究

包婷 詹發(fā)云

摘要：以八年級“走進(jìn)分子世界”與九年級“構(gòu)成物質(zhì)的基本微?！边M(jìn)行跨學(xué)科同題異構(gòu)的教學(xué)研究。分別從學(xué)科和學(xué)習(xí)視角，解讀課標(biāo)要求，分析教材內(nèi)容，對比教學(xué)流程和實驗設(shè)計，研究物理與化學(xué)學(xué)科對微粒特征的教學(xué)差異。在整合學(xué)科資源，突破教學(xué)難點的同時，引導(dǎo)課程跨學(xué)科銜接，提高學(xué)生的思維能力。

關(guān)鍵詞：微粒特征;跨學(xué)科;教學(xué)對比;教材分析

文章編號：1008-0546（2022）08-0007-05?? 中圖分類號：G632.41?? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.08.002

初中的物理和化學(xué)都是啟蒙性學(xué)科，對同一知識基于不同教材視角存在不同的解讀?！拔⒘Ｌ卣鳌钡母拍钤诎四昙壩锢砗途拍昙壔瘜W(xué)學(xué)科中均有涉及，內(nèi)容相似但側(cè)重點不同，因此教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式存在差異。教學(xué)中要加強物理與化學(xué)的教學(xué)融通，在表達(dá)方式、知識運用層面銜接溝通，避免對知識的片面理解，造成學(xué)科壁壘。基于學(xué)生認(rèn)知水平，需要在學(xué)科對比分析中從不同學(xué)科視角進(jìn)行有效銜接。以下是從物理、化學(xué)學(xué)科不同視角對“微粒特征”教學(xué)展開研究的實踐與思考。

一、基于學(xué)科視角的對比分析

1.課標(biāo)對比

在八年級物理“從粒子到宇宙”的章節(jié)中學(xué)生首次與微觀世界接觸，認(rèn)識到了物質(zhì)是由類似于分子這樣的微粒構(gòu)成的?！白哌M(jìn)分子世界”利用特定實驗引導(dǎo)學(xué)生探究分子的熱運動以及分子間引力和斥力的關(guān)系。

九年級化學(xué)“物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”是化學(xué)微觀理論展開研究的啟蒙章節(jié)，“構(gòu)成物質(zhì)的基本微粒”主要圍繞微粒的基本特征展開，旨在加深學(xué)生對微粒觀、變化觀等學(xué)科觀念的認(rèn)識和理解。宏觀辨識與微觀探析的學(xué)科素養(yǎng)既是特有的化學(xué)學(xué)科觀念，也是解決化學(xué)問題的學(xué)科視角[1]，為后續(xù)化學(xué)變化本質(zhì)、物質(zhì)性質(zhì)解析和化學(xué)符號用語的學(xué)習(xí)起著重要的鋪墊作用。

2.教材對比（見表1）

3.目標(biāo)對比

（1）物理學(xué)科中“走進(jìn)分子世界”課時的教學(xué)目標(biāo)

①知道物質(zhì)由大量不斷運動的分子構(gòu)成，能結(jié)合現(xiàn)象感知分子間存在間隙;

②了解人類認(rèn)識微觀世界的過程與方法，能根據(jù)經(jīng)驗猜想分子的結(jié)構(gòu)模型;

③掌握分子運動與宏觀物體運動的區(qū)別，能運用分子動理論解釋三態(tài)變化。

（2）化學(xué)學(xué)科中“構(gòu)成物質(zhì)的基本微?！闭n時的教學(xué)目標(biāo)

①通過微粒運動與分子間隙的知識學(xué)習(xí)，形成基于宏微結(jié)合的化學(xué)學(xué)科觀念;

②通過生活現(xiàn)象與趣味實驗的深入剖析，提升基于證據(jù)推理的科學(xué)探究能力;

③通過方案設(shè)計與實驗論證的小組合作，培養(yǎng)基于協(xié)同學(xué)習(xí)的自我表達(dá)能力。

二、基于學(xué)習(xí)視角的教學(xué)設(shè)計

1.問題設(shè)計

模型假說是八年級物理教學(xué)中一種常用研究方法。“走進(jìn)分子世界”一課設(shè)計3個教學(xué)環(huán)節(jié)，設(shè)置11個教學(xué)問題（見表2），問題傾向于尋找學(xué)生熟悉的生活情境，解釋貼近生活的科學(xué)現(xiàn)象，旨在根據(jù)科學(xué)家的研究歷程帶領(lǐng)學(xué)生了解微觀世界，發(fā)現(xiàn)問題，搜集證據(jù)，觀察現(xiàn)象，得出結(jié)論。

（2）學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了物理學(xué)科中的“走進(jìn)分子的世界”，從化學(xué)學(xué)科角度來進(jìn)一步探討微粒的基本特征，更需要關(guān)注對課堂問題的內(nèi)容編排與層次考量?？茖W(xué)合理的問題設(shè)置可以促使教學(xué)環(huán)節(jié)順利推進(jìn)，環(huán)環(huán)相扣的問題串聯(lián)可以促進(jìn)學(xué)生高階思維發(fā)展[2]?！皹?gòu)成物質(zhì)的基本微粒”一課設(shè)計3個教學(xué)環(huán)節(jié)，設(shè)置14個問題（見表3）。

對比分析：物理教學(xué)過程中往往通過由淺入深，由表及里的問題，引導(dǎo)學(xué)生逐步剖析科學(xué)理論的核心要義。化學(xué)教學(xué)則側(cè)重于以問題啟迪學(xué)科思維，以問題引發(fā)深度學(xué)習(xí)。聚焦情境問題的解決，能有效實現(xiàn)知識到智慧的領(lǐng)悟與理解。

2.實驗選擇

（1）物理學(xué)科選擇的經(jīng)典實驗

①實驗1——放大鏡下的鉛筆痕跡

實驗內(nèi)容：用2B鉛筆在素描紙上輕輕畫一筆，用肉眼直接觀察，再用放大鏡觀察。會看到筆跡是由極小的黑色木炭顆粒組成，且顆粒間并不緊挨著。

實驗效果：先用黑色木炭顆粒代替微粒，讓學(xué)生有較為直觀的感受，初步感知物質(zhì)是由微粒構(gòu)成的，并通過該實驗逐步引導(dǎo)，讓學(xué)生對于肉眼不可見的微粒有更清楚理性的認(rèn)識。

②實驗2——不同溶液的擴散現(xiàn)象

實驗內(nèi)容：裝半筒水，然后用長頸漏斗小心地把硫酸銅溶液倒進(jìn)量筒底部，實驗開始時硫酸銅溶液和清水的界面非常清楚。隨著時間的推移，溶液最終均勻分散（如圖6所示）。

實驗效果：通過前期現(xiàn)象的搜集，學(xué)生在對比不同時刻的擴散現(xiàn)象時，直觀感受到微粒處在永不停息的無規(guī)則運動中，顏色的深淺變化，再現(xiàn)微粒的運動軌跡。

③實驗3——酒精與水的相互混合

實驗內(nèi)容：先向長玻璃管內(nèi)加入大約一半體積的水，再向其中加入相同體積的無水酒精，用塞子塞住管口后，上下顛倒數(shù)次，發(fā)現(xiàn)總體積變小。

實驗效果：用直觀的演示實驗證明微粒中特殊的“1+1<2”，結(jié)合實驗引導(dǎo)學(xué)生分析，總結(jié)現(xiàn)象，搜集證據(jù)，充分認(rèn)識到微粒之間確實存在著一定間隙。

④實驗4——兩個鉛塊的黏合效應(yīng)

實驗內(nèi)容：將兩個光滑的鉛塊壓緊后，再用一個鉤碼掛在下面，鉛塊不會分開，證明分子間存在吸引力。

實驗效果：經(jīng)典的實驗引起學(xué)生的認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過利用生活中的實物再次實驗，加深學(xué)生對于分子間存在吸引力的理解，再通過引導(dǎo)學(xué)生尋找生活中更多類似的現(xiàn)象。

（2）化學(xué)學(xué)科選擇的經(jīng)典實驗

①實驗1——化無形為有形

實驗內(nèi)容：教材中利用酚酞和濃氨水進(jìn)行實驗，具體的裝置有多種選擇。本節(jié)課設(shè)計裝置如圖7，8所示。先將間隔滴有無色酚酞的長形濾紙條放入特制玻璃管的長柄處，V形拐角處也盛有一定量的酚酞試液，并在管口塞上棉花。

實驗效果：本實驗對教材上的裝置進(jìn)行調(diào)整，用更形象的實驗再現(xiàn)微粒運動軌跡。讓學(xué)生對于微粒運動有更直觀的感受，并且長柄V形管的定制在一定程度上節(jié)約藥品，且密封性更好。

②實驗2——比比誰更快

實驗內(nèi)容：準(zhǔn)備好兩套組裝好的玻璃部件，一套提前浸在冷水中，一套提前浸在熱水中。再用滴管分別吸取一定量的濃氨水，同時滴在棉花上，觀察兩組試管中的實驗現(xiàn)象。

實驗效果：再次利用濃氨水與酚酞的化學(xué)反應(yīng)，使課堂實驗結(jié)果更加完整，利用對比的方法設(shè)置對照組，具體探究溫度對微粒運動速度的影響。

③實驗3——誰的力氣大

實驗內(nèi)容：利用一個針筒抽取一定量的空氣，用拇指堵住針筒一端，用力推活塞;再用另外一個針筒抽取一定量的水，用拇指堵住針筒一端，用力推活塞，感受氣體和液體被壓縮的難易程度。

實驗效果：組織學(xué)生實驗，可以激發(fā)學(xué)生活力，擴大參與度，簡單易操作的實驗也可以非常有效地探究不同狀態(tài)物質(zhì)的間隙大小差別。

④實驗4——熱脹冷縮趣味實驗

實驗內(nèi)容：提供材料，不固定方案，學(xué)生小組討論。利用塑料碗、玻璃瓶、塑料管、氣球、橡皮筋、紅墨水等材料自主設(shè)計方案探究溫度對微粒間隙的影響，具體可行的方案如圖9，10所示。

實驗效果：實驗探究是化學(xué)的學(xué)科特色。利用實驗進(jìn)行論證，可以引導(dǎo)學(xué)生形成基于證據(jù)推理的學(xué)科觀念。探究的意味不能止于“探”，遵循既定步驟按部就班，實質(zhì)上不能真正培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。因此，開放式的實驗，將問題拋給學(xué)生，讓學(xué)生深“究”原因，可以激發(fā)學(xué)生更大的潛能[3]。

對比分析：通過不同學(xué)科經(jīng)典實驗的對比，發(fā)現(xiàn)物理的教學(xué)實驗會選擇基于物理變化的實驗素材，或者是生活中常見現(xiàn)象的模擬再現(xiàn)，簡單直白更適應(yīng)八年級學(xué)生的認(rèn)知水平。九年級化學(xué)課堂中，基于化學(xué)反應(yīng)的實驗現(xiàn)象更加快速有趣。化學(xué)教學(xué)中為了讓抽象的概念得以更直觀形象地展現(xiàn)在學(xué)生面前，需要準(zhǔn)備多樣化的素材來充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

三、對化學(xué)學(xué)科教學(xué)的啟示

對同一科學(xué)體系下的基本理論，充分考慮學(xué)科知識間的相關(guān)聯(lián)系，可以引導(dǎo)學(xué)生積極構(gòu)建知識體系。在同一邏輯方法的思維訓(xùn)練中，深入研究學(xué)生已具備的關(guān)鍵能力，可以促進(jìn)學(xué)生強化學(xué)科核心素養(yǎng)。相似概念的再教學(xué)不能是簡單的重復(fù)解讀，而應(yīng)當(dāng)是在考慮學(xué)情的基礎(chǔ)上了解學(xué)生的已知，關(guān)注學(xué)生的未知，并有效設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)，科學(xué)安排探究活動，提升理論知識的運用能力?；趯ξ锢斫滩闹袑W(xué)生已知理論的初步分析，物理與化學(xué)課堂中不同的教學(xué)設(shè)計內(nèi)容，在對“微粒特征”的九年級化學(xué)教學(xué)過程中，應(yīng)當(dāng)關(guān)注以下幾點：

1.研究教材，促進(jìn)學(xué)科的融合相通

不同學(xué)科各有側(cè)重，物理強調(diào)分子動理論的一般性規(guī)律，化學(xué)學(xué)科課程則是傾向于以實驗操作為核心，科學(xué)探究為主題展開對化學(xué)變化實質(zhì)的學(xué)習(xí)與探索。原理相同，只是教材編制對于認(rèn)知概念的表述略有不同，其中差異之處不必過分解讀，而應(yīng)當(dāng)在教學(xué)設(shè)計時加強不同學(xué)科在知識理解、表達(dá)方式、運用層面的交流溝通，避免認(rèn)知的混淆。同時，也要基于學(xué)科特色，在復(fù)習(xí)舊知的同時挖掘知識的深度，激發(fā)學(xué)生更多的思考。精選生活情境，凸顯化學(xué)特色，增加課堂趣味，實現(xiàn)學(xué)科知識與主題情境的有效融合。

2.分析學(xué)情，啟迪學(xué)生的高階思維

問題設(shè)計要注重學(xué)生對于知識體系的建構(gòu)，充分考量學(xué)生知識掌握與學(xué)習(xí)能力的程度，強化學(xué)生對比分析和歸納演繹的思維能力。通過預(yù)設(shè)具有梯度的系列問題，才能有效平衡情境、問題、活動三者關(guān)系。已知的知識適合于在實際問題解決過程中加以鞏固，有難度的新知適合于在情境引導(dǎo)中逐次滲透。一味地重復(fù)講解只是枯燥的知識重疊，教學(xué)內(nèi)容只有在充分關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)思維培養(yǎng)的同時才能實現(xiàn)效率的最大化。

3.素養(yǎng)為本，培養(yǎng)學(xué)科的關(guān)鍵品格

實驗是化學(xué)學(xué)習(xí)必不可少的，對抽象的概念學(xué)習(xí)有一定的保障作用。化學(xué)的課堂是一步一步基于證據(jù)的推理過程，是理性探究科學(xué)的過程。核心素養(yǎng)要求下的課堂要注重情智建構(gòu)，動態(tài)整合學(xué)科資源，喚醒已知經(jīng)驗，探究未知理論，開展深度學(xué)習(xí)，培育證據(jù)推理與模型認(rèn)知的學(xué)科素養(yǎng)。只有充分發(fā)揮學(xué)生的主動性，遷移學(xué)習(xí)要領(lǐng)，強化思維邏輯，學(xué)科素養(yǎng)才能得以提升。

參考文獻(xiàn)

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[3]詹發(fā)云.基于“問題探究證據(jù)推理”的教學(xué)設(shè)計——以“構(gòu)成物質(zhì)的基本微?！睘槔齕J].教學(xué)月刊·中學(xué)版（教學(xué)參考），2018（1-2）：81-85.