立足微粒认识的初中元素化合物教学研究与实践

摘要：立足微粒认识进行教学，通过观察、想象、类比、模型化等方法去理解元素化合物知识的本质，能使学生建构更加严谨、科学的化学知识系统，发展更加完善的化学思维能力和科学素养。

关键词：初中化学；元素化合物教学；微粒观；化学微观思维

文章编号：1005–6629（2013）9–0021–04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

2011年版的《义务教育化学课程标准》指出“化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质及其应用的一门基础自然科学，其基本特征是研究分子和创造分子”[1]。这充分体现了在分子等微粒的基础上研究物质既是化学学科研究和学习的基本方法，也是与其他学科的根本区别。运用这种研究方法学习元素化合物知识，学生真正从化学的角度认识物质世界，才可能正确地认识物质的性质和变化规律，厘清化学知识与其他学科知识的区别与联系，进而建构严谨、科学的化学知识系统，发展完善的化学思维能力和科学素养。为此，教师在“元素化合物”的教学过程中，要注意挖掘具体知识的深刻内涵，确定有关教学内容中蕴含着哪些可以帮助学生更加透彻地认识物质及其变化规律的微粒观，从而确定学生从宏观与微观两个方面来认识物质及其变化的思维方式，增进学生对化学学科特征和本质规律的认识。

1 初中课程标准中化学微观知识与元素化合物教学内容的分析

2011年版的《义务教育化学课程标准》把初中化学微观知识安排为一个主题“物质构成的奥秘”，包括“化学物质的多样性”、“微粒构成物质”、“认识化学元素”和“物质组成的表示”，共4个二级主题。这些内容是学生学会在分子等微粒的水平上研究元素化合物的基础，有助于学生用微粒观念和观察、想象、类比、模型化的方法去理解化学现象的本质。初中的元素化合物知识主要被安排在“身边的化学物质”这个主题中，包括“我们周围的空气”、“水与常见的溶液”、“金属与金属矿物”和“生活中的常见化合物”共4个二级主题。这些物质的性质和变化规律与物质的微粒性密切相关，引导学生在分子等微粒的基础上运用比较、归纳和推理等思维方法进行学习和研究，能更加深刻地认识不同化学物质之间的区别和联系，以及促进学生深刻理解化学微观知识。

2 立足微粒认识的初中元素化合物教学实践

初中阶段，学生对微粒的认识要求包括：物质是由微粒构成的；物质的结构决定物质的性质，构成物质的微粒不同，物质的性质就不同；化学变化的实质只是原子之间的重新组合，在这过程中原子是不变的。这些认识是对具体知识的概括提升，具有超越事实的迁移价值，能促进学生从分子水平上认识物质的性质与变化，增进学生对知识的理解、促进知识向能力的转化。

但是，初中生的抽象思维能力尚未成熟，化学微观知识水平处于启蒙阶段。教学要从学生已有的知识经验开始，先建构起微粒观和对微粒产生一定的认识，然后再应用这些观念去分析和解决问题[2]，使学生逐步增强抽象思维，形成微观思维，以及在微粒认识上研究物质的思维习惯。

2.1 引导学生认识微观粒子与宏观物质的联系，初步建立化学微粒观

首先，以典型的生活现象（如“花香四溢”）、化学史实（如卢瑟福α粒子散射实验）、科学技术成就（如“原子操纵”技术）和探究实验等等，让学生认识到物质确实是由看不见的微粒构成的，初步建立起原子和分子的概念；然后，在一些具体的实例上，引导学生认识物质的性质与变化跟其构成微粒的联系。如通过对水蒸发和过氧化氢分解这两个过程的物质变化类型、有关物质的化学性质改变情况，以及构成物质的分子进行直观的对比分析（如表1），引导学生把物质化学性质的改变归因于其构成分子的改变，从而建立起分子的概念，并形成“物质的性质主要是由物质的结构决定”的观念。最后，借助一些简单的微粒模型，例如让学生以氧原子和氢原子的模型组合成水分子的模型。并以此为基础，模拟水分子分裂成氧原子和氢原子，氧原子和氢原子重新组合成氧分子和氢分子的过程，让学生感悟、体验化学变化中分子可分而原子不能再分的过程，初步认识化学变化的本质。使学生在微粒的水平上认识物质结构、性质和变化规律，初步建立化学微粒观。

2.2 引导学生了解利用微粒观研究物质的方法，形成化学微观思维

初中生建立了必备的化学微观知识后，还需要经过在微粒观的指导下，通过理论的演绎分析和事实的实验验证去分析问题，才能逐渐形成化学微观思维和在微粒水平上研究物质的学习方法。教学的过程如图1所示：

例如有关碳单质的教学。我们要引导学生明确不同碳单质物理性质的差异性。可以先提出这样的问题：金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的单质，它们的性质是否会存在差异呢？接着，启发学生根据“结构决定性质”的思想收集这些碳单质结构的有关信息，驱动学生比较这些碳单质的结构，得出“它们的结构不同，性质就可能存在差异”的预测；最后，从结构出发去探究各种碳单质的性质，获得“金刚石、石墨和C60都是由碳元素组成的单质，但是由于它们的原子排列方式不同，因此它们的性质存在着明显差异”的结论。另一方面，还要引导学生认识不同碳单质化学性质的相似性。学生已经知道了碳原子排列方式不同而导致不同碳单质的物理性质存在差异，往往就容易产生不同碳单质的化学性质也不相同的错误认识。因此，教师就有必要引导学生分析：不同的碳单质在结构上都是由碳原子构成的，它们的化学性质主要由碳元素决定，因此不同碳单质的化学性质是相似的。进一步，我们还可以引导学生从碳原子最外层电子数来推测碳单质的化学性质。最后，就让学生通过实验认识碳单质的各种化学性质。这样，学生就开始从物质的结构上去分析物质的性质，了解从微观角度认识化学物质的切入点。

又如CO2和CO的教学。教材明确指出：“1个二氧化碳（CO2）分子比1个一氧化碳（CO）分子多1个氧原子，这就使得它们的性质有很大不同”[3]。为了让学生体验这种差异，笔者先展示二氧化碳灭火器和煤气标签，让学生体验CO2的不可燃和不助燃的性质，以及认识CO的可燃性。进一步，引导学生在比较碳单质、 CO2和CO的结构异同的基础上思考：如何使CO转化为CO2？学生根据CO分子比CO2分子少了一个氧原子，想到它再与一个氧原子结合就能形成CO2分子。那么什么物质可以提供氧原子给CO分子呢？学生通过回忆碳的化学性质就想到O2和CuO，从而推测出CO能分别与O2和CuO反应，体现出可燃性和还原性；同样，将CO2转化为CO，就需要夺取CO2中的一个氧原子。学生能想到用碳单质去夺取。基于以上的引导和分析，学生再通过实验对物质性质进行验证。通过对碳和碳的氧化物的性质与转化的预测，就可以学会从得失氧原子的角度研究物质的还原性和氧化性的方法，理解碳和碳的氧化物之间的区别与联系，体验从微粒变化基础上研究物质性质的微观思维方法。

2.3 引导学生运用微粒观理解物质的性质，形成化学知识系统

物质的结构决定物质的性质，化学微粒应该成为解释和预测宏观物质变化的工具。学生通过比较不同物质的构成，找出各类物质在结构上的共同点，借助化学微观思维进行认知迁移，可以快速弄清各类物质的联系与区别，提高学习的效率。这个过程如图2所示：

3 立足微粒认识的元素化合物教学策略

立足微粒认识的元素化合物教学要解决的一个关键问题是如何把微粒观念转化成分析和解释宏观物质的思维方法。所采取的教学策略要有利于学生把微粒观与元素化合物知识联系起来，激发学生的深度思考，增强学生的理解力。

3.1 深入挖掘元素化合物知识的微观内涵

教材上呈现的往往是具体的知识，而有关的包含基本观念的过程和方法常常是内隐的。只有先对元素化合物知识内容（特别是新旧知识的联系）进行深入分析，充分挖掘其中隐含的微观内涵，才能在教学中有的放矢，引领学生立足微粒认识学习元素化合物知识。

在思想方法层面要挖掘从微观角度认识物质性质与变化的微观思维方式，使之转变为学生分析问题和解决问题的思想方法。例如，在学习物质的性质时，教师就要引导学生去挖掘物质结构与其性质的联系，认识“结构决定性质”的研究方法。在事实认识层面要挖掘对具体微粒的认识，引导学生从个别物质的性质出发总结出该类物质的性质[4]，再提炼为构成这类物质的特征微粒或结构的性质，从而提高学生对有关元素化合物的性质和变化现象的认识和有关科学探究的预测能力。比如，从CuSO4、CuCl2等溶液的颜色提炼出含有Cu2+的水溶液一般是蓝色的，以及从FeSO4、FeCl2等溶液的颜色提炼出含有Fe2+的水溶液一般是浅绿色的等等，使学生在进行金属的置换反应时能推测铁钉与硫酸铜溶液反应时液体由蓝色变浅绿色。

3.2 突出运用化学微粒观念学习和研究物质的方法

微粒观的构建意义在于当学生面对一个具体物质时，能对构成该物质的微粒进行分析，并根据这些微粒的特点及其与其他微粒的相互作用预测该物质的性质和变化，进行生成性学习。教学中，教师要突出化学学科的思维方式，引导学生从微观的视角分析和解释物质的宏观变化，把对物质宏观变化的观察与微观结构的想象紧密结合起来，深刻理解和认识物质及其变化的本质规律[5]。要注重引导学生从物质构成的异同进行物质的分类，从构成物质的微粒特点去推测物质的性质和相关变化现象，形成运用化学微粒观念以及对相关化学微粒的认识去学习和研究物质的思路。

例如，人教版初中化学教材以Na2CO3、CaCO3和NaHCO3为例来介绍碳酸盐的化学性质。教师可以引导学生从物质构成的角度去分析，Na2CO3、NaHCO3和CaCO3一样都是含有碳酸根离子的碳酸盐，因此，都能像CaCO3那样与稀盐酸反应。进而引导学生写出相关的化学方程式，分析这些物质的反应实质是碳酸根离子与氢离子的结合生成H2O和CO2。

进一步学习复分解反应规律的时候，可以引导学生通过书写化学方程式理解初中阶段学习的复分解反应的实质就是几种常见离子之间的组合。这样，当学生再学习其他元素化合物，如铵盐等离子化合物时，就能自觉运用对有关微粒的认识进行学习：既然铵盐含有铵根离子，就可能会与碱类物质发生反应而生成H2O和NH3。

学生一旦形成了运用化学微粒观念去学习和研究物质的方法和思路，就能促进对元素化合物知识的理解。即使以后把有关的具体知识遗忘了，运用这种方法和思路，也能使知识很快就重现出来。

3.3 注重运用实验进行验证

立足微粒认识的化学教学应该要引导学生自觉地从微粒的角度对物质进行分类，探讨该类物质的结构特点，进而通过对比、迁移去认识其他同类物质的性质。但是形成的新认识是否正确，需要通过实验探究来验证。

例如，学习碱的化学性质时，学生根据NaOH和Ca（OH）2在分类上都属于碱、在构成上都含有OH-离子的特点，推测NaOH也能像Ca（OH）2那样与CO2反应[6]。在此基础上，让学生设计实验探究NaOH与CO2的反应。通过对NaOH能与CO2反应的预测和验证，学生不仅学会运用微粒观研究物质的性质，还强化了对运用微粒观研究物质的有效性的体验，使学生获得并相信从微粒角度研究和学习物质是科学可靠的方法，从而在往后的学习中自觉运用起来。此外，结合化学实验，运用科学探究模式组织立足微粒认识的教学，能让学生的理论分析和实践认识有机结合起来，使学生的思维过程更加严密。

3.4 善用问题驱动微粒层次的思考

初中生的微观知识还在形成当中，应该要以问题引领和驱动学生从微粒的角度出发研究物质。可以设计聚焦于微粒层面的问题，启发学生在微粒认识的水平上进行深层次的思考，让学生在运用微粒观解决问题的过程中实现对具体元素化合物知识的理解。

例如，在关于酸和碱的中和反应的教学中，教师要抓住教学内容的核心，即酸中的H+和碱中的OH-结合生成H2O。教师可以设计以下问题：

（1）酸（如HCl）在水溶液中能解离出什么离子呢？

（2）碱（如NaOH）在水溶液中能解离出什么离子呢？

（3）如果把酸（如HCl）和碱（如NaOH）加入同一试管中，它们解离出来的离子能结合成什么微粒呢？

这三个问题体现了从微粒的变化过程来研究物质的变化，引导学生学习从微粒层面分析问题的方法。学生在回忆HCl和NaOH的构成的基础上，通过对微粒（离子）的重新组合，得出中和反应的本质是：H++OH-=H2O，这样，学生就能比较容易理解其他的酸与碱也能发生类似的反应了。通过对这样的问题的思考，学生会意识到物质的性质与其构成的微粒密切相关，久而久之就会形成从微观角度分析问题和解决问题的习惯，掌握从微粒研究物质性质的方法。

立足微粒认识的化学教学是以“观念建构”来促进“知识建构”。把微粒观用作指导教与学的方法，一定程度上为学生另辟蹊径，使学生避开纷繁芜杂的表象，从本质上更加清晰地认识各种物质的区别和联系，以及各种化学规律，从而构建更加科学、深刻的化学知识系统。更为重要的是让学生了解从微观角度去研究化学知识的学习方法。这种方法正是学习高中化学知识（如离子反应、有机物的性质等等）的重要方法，有利于学生的可持续学习，是做好初中与高中的衔接的有效方法。总的来说，立足微粒认识的化学教学，能使学生把观念转化为行动，在物质构成的奥秘中体验化学知识的妙趣。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部制定.义务教育化学课程标准（2011年版）[M]. 北京：北京师范大学出版社，2011：47.

[2][4]陈彦玲.基于化学基本观念建构的元素化合物教学策略[J].中学化学教学参考，2012，（11）：15～18.

[3]课程教材研究所化学课程教材研究开发中心.义务教育课程标准实验教科书·化学（九年级上册）[M].北京：人民教育出版社，2012.

[5]毕华林，辛木春.促进“观念建构”的化学教学策略[J].中学化学教学参考，2011，（7）：3～5.

[6]课程教材研究所化学课程教材研究开发中心.义务教育课程标准实验教科书·化学（九年级下册）[M].北京：人民教育出版社，2012.