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标题 立足于水的微观认识渗透化学微粒观
范文 赵文宇
摘要：化学微粒观是中学化学的核心观念。以水为认识对象，设计活动、进行实验探究，建立起宏观-微观-符号相联系的思维方式；运用模拟动画、图片进行分析，使学生能够从微观的视角学习化学知识，为建构化学微粒观初步奠定基础。
关键词：水的微观认识；教学策略；初中生；化学微粒观
文章编号：1005–6629（2016）4–0037–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
人民教育出版社2012年6月出版的义务教育教科书九年级《化学》（上册）第三单元“物质构成的奥秘”是初中生化学学习的“第一道门槛”，教师普遍认为该部分难讲、难教，学生学起来也是觉得枯燥乏味。一部分学生甚至出现了畏难的心理，导致学生该部分的知识支离破碎。主要表现在以下几个方面：一是学生常常割裂概念的宏观解释与微观解释；二是学生对物质所具有的物理性质的微观理解较差；三是学生对化学反应的动态过程和微粒本质的理解存在困难。2011年版的《义务教育化学课程标准》指出“水是学生最熟悉的物质，在教学中要注意引导学生通过实验探究水的组成和性质；联系生产生活实际了解水的净化、水的污染和水资源的保护”[1]。为此，教师在教学中应该多站在学生的角度，选择生活中常见的物质水及其有关的现象或典型事例，提出基本问题，并通过设计活动、实验探究，运用模拟动画、图片进行分析，引导学生走进化学的微观世界，渗透化学微粒观。
1 与水有关的初中化学微粒观的内容
初中化学微粒观的主要内容包括：物质是由微观粒子构成的；微粒很小；微粒是运动的；微粒间有间隔；微粒间存在相互作用。与水有关的微粒观的内容是：水是由水分子聚集形成的；水分子很小；水分子在不断地运动；水分子间有间隔；水分子间存在相互作用。与之对应的在教材中的典型事例有：水分子的存在；水的三态变化；水的天然循环；水的电解；物质在水中的溶解；水的化学式的含义；水的化学式的计算；中和反应的微观实质等。
2 立足水的微观认识渗透化学微粒观教学策略
2.1 精心设计探究活动，加强实验教学
物质是由微粒构成的，让学生确信水是由水分子构成的，是进行微粒观教学的第一步。如设计活动“让学生亲身感受我们周围空气中水分子的存在”，上课前教师先安排学生在教室里洒上水。
师：同学们，我们一起来做一个深呼吸……一起感受空气中的水。为什么在教室里洒上水可以增加空气的湿度？
生：水分蒸发到空气中，所以湿度就增加了。
师：水分蒸发到空气中，为什么既看不见也摸不着了？
生1：因为它是无色透明的。
生2：因为它非常小，所以看不到。
师：水是由非常小的水分子构成的，漂浮在空气中，我们的眼睛不能直接看到它们。那么，有谁能够设计一个实验让我们现在能看到我们周围的水分子？
此时，学生都沉浸在思考中。教师向学生展示装有冰水且内外壁干燥的瓶子，让学生观察瓶子内壁的变化。
师：水在常温常压下也不停蒸发着，蒸发到空气中，我们的眼睛不能够直接看到它们，当一定条件下，存在于我们周围空气中的无数的水分子又集聚到了一起，我们又能够看得见了。
在认识了水分子，介绍了课本中的水分子模型图后，有必要组织学生做两个小活动。活动一：用不同颜色的卡纸制作水分子模型、氧分子模型、氢分子模型。活动二：用自己的拳头代表氢原子，头代表氧原子，分别组合成水分子、氢分子、氧分子（两人合作）。或是让男同学代表氧原子，女同学代表氢原子，分别组合成水分子、氢分子、氧分子。通过活动既可以强化学生对水分子的进一步认识，又可以增加课堂教学的趣味性。
在学习分子在不停地运动时，可设计“品红在水中的扩散”的实验。在两杯等量的热水和冷水中分别加入等量的品红，观察品红的扩散现象，对比两杯水中品红的扩散速率。引导分析得出：水分子在不停地运动，并且温度越高，运动的速率越快。
另外，电解水，蔗糖、食盐溶解，氢氧化钠与盐酸反应等实验是与水有关的实验教学内容，教师在教学中应高度重视，充分发挥实验的教育功能，通过教师精心设计的实验，引导学生从微观角度对实验现象、原理进行分析，为初中生化学微粒观的建立奠定基础。
2.2 从定量的角度认识水宏观与微观之间的联系
2011年版的《义务教育化学课程标准》指出“从宏观到微观、从定性到定量，体现了化学学科发展的趋势。对物质组成的微观研究和定量研究使化学逐步成为在实验和理论两个方面都获得迅速发展的一门自然科学”[2]。我们运用化学学科特有的方法，从定量的角度认识水宏观与微观之间的联系。如“有关化学式计算”的教学内容可以进行如下设计（简略）：
[情境创设]学习了课题3“水的组成”，小明知道了水是由氢元素与氧元素组成的化合物。今天中午他买了一瓶“云南山泉”，看着这一瓶水，他想：一瓶矿泉水中含有氧元素和氢元素的质量是多少？
[教学过程]
[师]一个水分子非常小，但是它也有一定的质量，那么它的质量为多少，化学上是怎样表示的？
任务一：请你算一算

任务二：思考填空
1.相对分子质量是指化学式中各原子的相对原子质量的总和。
2.一个水分子的质量是它的实际质量，而一个水分子的相对分子质量是H2O中氢原子与氧原子的相对原子质量总和。
[师]一个水分子由2个氢原子和1个氧原子构成，如何表示一杯水中的水分子、氧原子、氢原子的数目？
[生1]有数不清个。
[生2]氢原子的个数应该是氧原子的2倍。
[师]如果这一杯水含有n个水分子，那么对应的就含有n个氧原子和2n个氢原子，请用式子表示出这一杯水中氧原子与氢原子的质量比。
在教师的引导与帮助下，学生写出：一杯水中氧原子与氢原子质量比=（n×氧原子的质量）/（2n×氢原子的质量）。
[师]元素是质子数（即核电荷数）相同的一类原子的总称，（n×氧原子的质量）可以表示这一杯水中氧元素的质量，（2n×氢原子的质量）可以表示这一杯水中氢元素的质量，所以，（n×氧原子的质量）/（2n×氢原子的质量）=氧元素质量/氢元素质量，代入相对原子质量化简为：O/2H=16/2= 8/1。
[师]请根据“物质中某元素的质量分数”的定义，写出这杯水中氧元素的质量分数的计算式。
学生经过自己的思考和教师的引导，他们能够写出：

[师]通过以上分析，我们共同来解决这样一个问题：一瓶矿泉水中（除H2O外其他成分忽略不计，体积为500mL，密度为1 g/cm3），氧元素的质量为多少？
[生]矿泉水中氧元素的质量=

教师在教学中不能单纯为了计算而机械地训练学生，而应该站在学生微粒观建构的层面上，挖掘有用的教学资源，使得化学式的计算在学习、研究物质的组成的宏观与微观之间搭建起一座桥梁。
2.3 建立宏观-微观-符号相互联系的思维方式
“化学入门的关键就在于建立‘宏观-微观-符号相互联系的思维方式（这同时也是学生学习化学的最大困难），形成这种思维方式既掌握了技术类工具知识（化学符号的识、读、写），又掌握了原子论的思想和方法，如同学生手中掌握了一支猎枪和寻找猎物的基本方法，在化学的森林里，他就能主动获取知识，立于不败之地”[3]。在学习水的化学式的意义和电解水的化学方程式时，就应该让学生建立起“宏观-微观-符号”相互联系的思维方式。例如学习水的化学式的意义，应该让学生先看到水、水蒸气、冰的实物或者图片，再展示水分子的微观模型，接着写出水的化学式，在此基础上，让学生结合实物或者图片、微观模型、化学式说出H2O的四层含义。通过经常训练，使学生看到水的三态变化能够想到水分子模型，并能够用符号来表示，或者看到H2O在大脑中能够呈现水的宏观图像和微观模型。再如，学习化学方程式2H2O
通电= 2H2↑+O2↑时，做完电解水实验，检验了正极与负极的气体后，询问学生：水、氢气、氧气这三种物质的构成微粒是什么？让学生画出水分子、氢分子、氧分子的微观模型图；继续问：“水分子为什么会变成氢分子和氧分子？”让学生想象可能的变化过程，然后用水分子、氢分子、氧分子模型来表示自己的想象过程。学生发现将一个水分子的氢原子分开后组成一个氢分子，却剩下一个氧原子，需要再分解一个水分子让氧原子配对。当要求学生用符号来表示这个变化过程的时候，在教师的引导下，学生依照微观示意图能够写出“2H2O通电= 2H2↑+O2↑”。随之，让学生讨论该化学方程式的意义。由于学生经历了这个化学方程式的产生过程，这个式子表达出来的“有什么物质参加反应生成什么物质”的宏观意义和“分子分解成原子、原子重新结合成新分子”的微观意义，以及由相对分子质量所表征的定量意义自然也就不难理解了。至于他们所观察到的生动丰富的实验现象也就和这个化学方程式紧紧地联系在一起了。经过这些实验、观察、验证、推理、思考的过程，学生在化学变化层面上建立了“宏观-微观-符号”相联系的化学思维方式。
2.4 重视微观动画、图片在教学中所起的作用
微观世界是无法用肉眼直接观察到的，这对学生的微粒观建构造成一定的困难。在教学中使用微观动画、图片把抽象的知识化难为易、变静为动，既可以激发学生学习兴趣，又达到了形象直观的效果。
在生活中，水给我们的印象是连续不断、流动的液体，学生对于理解“水是由水分子构成的，一滴水中含有1.67×1021个水分子”，存在一定的困难。在教学中可利用“一滴水通过电子显微镜逐级放大的景象或图片（2000倍、200万倍、10亿倍）”加深水的微观构成在学生头脑中的印象，让学生确信：水是由水分子构成的，水分子很小，水分子间有间隔。在学习“分子间是有间隔的，分子是不断运动的”这一分子特点时，要避免纯文字的描述。可用“物质三种状态的分子间隔模拟动画”直观地反映出：水分子在永不停息地做无规则运动，并且温度越高，运动速率越快，分子间的距离不断加大（当然，水结冰时在氢键作用下，水分子的结合与重新排布使得固态时水分子之间的距离大于液态时水分子之间的距离），水就由液态变为气态，但是水分子的大小、性质始终没有变化。另外，在完成“食盐或糖在水中的溶解”，“氢氧化钠与盐酸发生的酸碱中和反应”的实验后，也非常有必要使用微观动画或微观图片做分析与说明，这样既从微观角度对实验现象做了较好的解释，也对微粒观的构建起到了一定的作用。
实践证明，在学生微粒观构建的初期，以身边最为熟悉的物质水为出发点，挖掘教学资源，合理设计探究活动；注重从定量的角度认识物质宏观与微观之间的联系；建立宏观-微观-符号相联系的思维方式；运用模拟动画、图片进行分析，是在学生的“最近发展区”实施有效的教学，这对初中生构建化学微粒观有很大的帮助。
参考文献：
[1][2]中华人民共和国教育部制定.义务教育化学课程标准[S].北京：北京师范大学出版社，2011.
[3]胡久华，王磊主编.初中化学教学策略[M].北京：北京师范大学出版社，2010：59.
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更新时间：2024/12/23 2:13:03