“探秘物质的组成与结构”教学探讨

“探秘物质的组成与结构”项目中，活动以化学发展史为背景线索，将学生的学习活动依托在科学史的背景下，体现阅读的思维活动，并注重从中学习科学研究方法；重视模型建构，通过搭建和绘画等方式外显学生模型建构的过程与结果。

本文以本项目任务一为例，介绍“认识水分子，构建分子模型”项目的实施策略。

一、任务一的地位及活动

项目“构建微观模型――物质的组成与结构”旨在让学生从两方面认识物质。（1）物质是由微粒构成的。①从认识水分子到构建分子模型：从分子角度认识物质分类（纯净物、混合物）及变化。②打开原子结构内部，从原子结构的角度认识组成物质的规律：由认识原子的内部结构到关注核外电子排布，进而理解原子成分子的核心规律――化合价。（2）物质是由元素构成的。从原子的角度连接对元素的认识，建立宏观与微观之间的关联。进而从元素角度认识物质组成，认识元素质量与物质质量的关系。

（一）任务一在本项目中的地位

任务一是项目的重要组成部分，在整体安排上，任务一选择了常见物质水的组成研究作为学习活动的主要素材，从熟悉的物质切入，学生比较容易进入状态。在科学方法方面，从宏观物质水到微观水分子，在实验探究中根据宏观实验现象推理分析物质的微观构成，再利用模型模拟引导学生通过建立模型的方式认识并研究物质的微观结构，进而更深入地理解宏观物质的性质，搭建宏观与微观研究的桥梁，形成从微观视角看物质的角度。在学习过程中首次融入大量化学史阅读活动，希望在教师的示范和引导的基础上，能帮助学生提高阅读技能，通过阅读完成相应的活动任务。在学生的认知体系方面，任务一将学生的认知引入到了微观世界中的分子和原子的层面，研究了分子及分子的变化、原子的重组等学科核心知识，与后续的原子结构及元素的学习形成逐渐深入、连贯一体的认知体系。

任务一中的核心活动实验探究、模型模拟、阅读等是本项目后续学习中常用的学习方式，因此，任务一在学习方法和学习思路方面为后续学习作了比较细致的铺垫。

（二）任务一的核心活动

本任务分为三个活动：活动一，探究水的组成，提炼科学方法，获取科学证据；活动二，模拟水的分解和化合过程，构建分子模型，建立假说与模型；活动三，读科学史故事，学科学智慧。阅读对物质微观组成的研究历史，分析假说、模型、证据之间的关联，理解科学本质。

活动一有两个核心活动：一是科学阅读、重返对水的研究，进一步巩固科学阅读的方法，提炼研究水的科学方法；二是在理解科学方法的基础上提出水的电解实验探究。活动二包含两个核心活动：一是从模拟水的分解和合成实验，构建水分子模型；二是从水分子模型到构建分子模型，从分子的角度来认识物质与反应。活动三有两个核心活动：一是科学史的阅读，让学生进一步反思活动二中分子模型的建立的假说前提，进一步明确阅读方法；二是通过交流研讨活动，体会科学家的研究过程，让学生理解科学的本质。活动三可以随着教学需要进行调整。可以在活动二教学之前，让学生在阅读资料的基础上构建水分子模型，并明确分子模型构建的前提。也可以放在活动二教学之后，让学生反思分子模型构建的前提。

二、任务一中的活动二教学实录

本项目的教学中最重要的是把握化学史的教学和模型构建的教学。活动二模拟水的分解和化合过程，构建分子模型，是在提炼化学史核心研究思路的基础上，结合对常见物质“水”电解现象的微观构建，其中模型建构的教学是本项目的最有特色的核心活动，对活动三的核心教学策略有重要的指导意义，因此，我们详细记录活动二的教学实录，并进行效果评价和反思。

教学实录

第一阶段：启动活动

【师】通过电解水及相关实验，我们获得了哪些认识？还存在哪些疑问？

【生】水是由氢、氧两种元素组成的，通电可以使水分解为氢气和氧气，两种气体的体积比为2：1，氢气可以在氧气中燃烧生成水，由此确定了水的组成。正极产生氧气，负极产生氢气，两种气体都是无色的。化合和分解都是化学变化。

存在的疑问：水分子的微观构成是什么样的？为什么实验中氢气和氧气的体积比为2：1？

【师】你们对两种气体的体积比为2：1有什么猜想？

【生】可能等于质量比，可能等于分子数目比，可能等于分子体积比……

【师】今天我们尝试用模型模拟的方法继续认识水及相关问题，请大家先阅读教材中模型模拟中的内容。

第二阶段：活动过程

【学生活动一】模拟水的分解和合成。

根据已有的知识和前面实验探究的结果进行模型模拟活动。

1.分组活动后模拟的结果及解释：

叙述你的依据：

水电解时产生氢气和氧气，且氢气和氧气的体积比为2：1。

2.交流与讨论。

意见一：两个方案都对，都符合氢氧2：1。

意见二：方案二更准确，因为氧气是O2，应该是两个氧原子构成一个氧分子。

意见三：两个方案都有疑问，氢气和氧气的体积比一定等于它们的分子数目比吗？ 分子有大有小，体积可能由分子本身的大小决定。

有的提出问题：H2O和O2中的数字2是什么意思？

3.阅读资料并进行模型修正。

修正后的结果一：方案一错，方案二对。

结果二：好像只有气体的体积与分子数目成正比，是不是气体有特殊性？

结果三：联想到气体分子间间隔很大，所以气体在计算体积时分子本身的大小差异可以忽略了。

结果四：化学式中元素符号右下角的数字表示每个分子中含有几个该原子，右下角没有数字的表示1。

4.活动小结。

【生】我们认识了水是由氢、氧两种元素组成的，一个水分子是由两个氢原子和一个氧原子构成的。我们认识了常见的气体单质氧气、氢气、氮气等都是由两个相同的原子构成一个分子。认识了化学式的含义。

【生】上小学的时候就知道氧气和水这样常见的物质的分子式，也常常觉得自己知道分子和原子是怎么回事，通过今天的活动才真正理解了分子式的含义，明白了理解和记忆的区别。

【生】气体体积是宏观的结果，分子是微观世界，宏观世界与微观世界的联系很紧密也很奇妙。

【生】在科学史上科学家是怎么发现这样的规律的？

【学生活动二】搭建分子模型，认识物质与反应。

在认识了水、氢气、氧气等分子的基础上我们来模拟更多的分子，通过活动获取更多认识。

1.模拟情况及学生获得的认识成果。

（1）根据图中的分子模型都能顺利完成模拟任务。

【生】分子是有一定的空g构型的，不同的分子空间构型不同。

【生】分子中原子组成的比例不同。

【生】组成元素相同但比例不同，则是不同种分子，例如水和过氧化氢。

【生】如果把分子拆开，物质就发生变化了。

对于将各组的氨气分子堆在一起，将各种不同的分子堆在一起的活动，学生说：同种分子放在一起这种物质是纯净物，不同的分子放在一起就是混合物。

对于将分子紧密堆积在一起和分散开来，学生说：固体和液体分子之间距离小，气体分子之间距离大。如果将液体加热沸腾蒸发，分子不变，但分子之间的距离变大，如果气体冷凝为液体，分子之间距离变小，这样的变化是物理变化。

（2）模拟氢气和氯气生成氯化氢的过程后，学生说：每个氯气分子由两个氯原子构成；化学变化是将原有的分子拆成原子，然后原子再组合成新的分子的过程。

2.小结活动成果并结合书中资料梳理学习内容。

（1）认识了分子的定义、原子的定义。

（2）认识了分子组成、分子式含义等知识。

（3）认识了纯净物与混合物的本质区别。

（4）认识了物理变化与化学变化的本质区别。

3.活动小结。

模型建构是一种常用的非常有效的学习方法，在我们认识微观世界时，由于其微小到看不见摸不着，借助模型建构可以将微观世界中的某些信息清晰地展现出来，这样可以帮助我们建立认识，展开想象，也给我们提供了进一步深入研究的阶梯。

第三阶段：师生总结

【师】我们在做实验观察实验现象的过程中，既需要关注定性的信息，更需要关注定量的信息。实验结论中的定量信息往往会引导我们认识事物的本质。其实在科学史上构建分子模型的历程也经历了很多曲折。在后续活动中我们可以通过阅读活动来了解科学家们建立分子模型的历程。今天的活动中同学们能够积极参与，敢于质疑，激烈讨论，这些都是非常棒的科学研究必备的素质，希望大家在后续学习中坚持并做得更好。

【生】通过实践活动完成学习很有意思，这样的活动可以让学习中思考的东西更多，原来以为化学式背下来就行了，没有意识到化学式里还有这么复杂的问题。

【生】通过今天的活动轻松且清晰地认识到原来学过的两组概念：纯净物、混合物；化学变化、物理变化。从分子的角度认识到了两组概念的本质区别，使概念的学习有了通透感。

三、教学效果评价与反思

1.学生的表现给我们的启发。

在此搭建模型的过程中，我们发现，其实在生活中学生都知道水分子的组成是H2O，而且学生内心是认可元素守恒的，因此学生才能够提出方案一。此时，学生可能并没有和宏观的体积比例建立关系。所以此时教师应该让学生充分表达在模型构建中每一个图形以及其比例关系（如2：1）的意义。这样的讨论加深了学生的思维活动程度，体现项目学习中学生为主体的特点。而且，在这样的活动中学生基于活动体验建构知识，从原来的记忆物质的化学式到理解化学式的含义方面有了非常大的转变。例如学生都记得氧气的化学式，但在推理的过程中却只有少数学生能正确应用化学式辅助推理，在讨论过程中当有的学生提出一个氧分子是由两个氧原子构成的观点时，大多数学生才恍然大悟地意识到氧气（双原子分子）化学式的含义在这里的重要作用，并通过该过程更多地理解了化学式的含义。项目教学中更要关注学生的起点和发展点。

2.教材的教学转化。

在教材向教学转化中教师需要把握活动的逻辑关系，这是保障活动顺利推进的线索，并且可以根据学生的表现随时调整活动的进程以保证关键点的进行。如推理开始之前对宏观事实的深入回忆，是搭建从宏观到微观的重要纽带。在活动中，教材为教师搭建台阶，让学生画出氢分子、氧分子和水分子的模型，进而模拟水的分解。教学中，教师应该在活动中充分给学生表达的空间，外显学生的认识。如果所有学生只提出方案一，教师可以给出方案二，让学生充分讨论质疑。如果有学生同时提出方案一和方案二，可以让学生之间充分论证。这样学生在充分表达的过程中，为自己的猜想进行辩论，找证据再论证，经历理论研究的过程。活动中教师可以追问水的示意图，将学生的元素守恒观念外显；通过调整活动的线索将核心点进行外显。

通过实践过程，最大的收获是证实了我们的设计是符合学生认知规律，而且能引导学生展开讨论并深入思考的。这样的实践过程，使我们的后续改写有了更明确的思路和想法。根据试用的经验，我们将教材中活动内容的编写作了微调，如为了更好地外显学生的认识，我们加入“猜想水分子、氢分子、氧分子的微观结构”的内容，目的是在模拟水分解和化合之前使学生先梳理已有的认知，通过猜想模拟将从前已知的化学式与物质的微观结构之间建立关系，便于后续活动更有条理。将模型修正环节与模拟过程合并为一个活动的不同阶段，逻辑更紧凑，也更突出了“资料在线”的内容及其作用，明确后续知识内容和扩展活动的设计思路，更合理地将知识的学习融合在活动成果中。