基于微粒觀建構(gòu)的初中化學(xué)教學(xué)實踐與研究-以分子和原子教學(xué)為例

基于微粒觀建構(gòu)的初中化學(xué)教學(xué)實踐與研究--以分子和原子教學(xué)為例一、課標要求（1）內(nèi)容要求：初步形成基于分子認識物質(zhì)及其變化的視角，建立認識物質(zhì)的宏觀和微觀視角之間的關(guān)聯(lián)；知道物質(zhì)是由分子、原子等微觀粒子構(gòu)成的；（2）學(xué)業(yè)要求：能用分子的觀點解釋生活中的某些變化或現(xiàn)象；能基于真實情境，從分子的視角分析有關(guān)物質(zhì)及其變化的簡單問題，并作出合理的解釋和判斷。二、教材分析物質(zhì)構(gòu)成的奧秘是初中化學(xué)從宏觀走向微觀探索的第一次嘗試，對學(xué)生微粒觀的形成至關(guān)重要。在教學(xué)中轉(zhuǎn)變學(xué)生用化學(xué)思維看待事物的視角，從宏觀表象到微觀認識物質(zhì)及其變化的本質(zhì)，形成微粒觀，培養(yǎng)宏微相結(jié)合視角解決與化學(xué)相關(guān)問題的思維。2022年版化學(xué)新課程標準已經(jīng)明確地將“科學(xué)思維”或“證據(jù)推理”確立為化學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng),重在培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和探究性實踐能力。在確立分子和原子存在的客觀事實之后,如何通過化學(xué)實驗證明分子是不斷運動的?教材安排了“分子運動現(xiàn)象”的探究實驗,具體操作分為三個步驟(見教材第49頁):第一步,向裝有蒸餾水的小燒杯A中滴加酚酞,說明酚酞與水之間不會發(fā)生顯色反應(yīng);第二步,取少量第一步中的溶液，然后滴加濃氨水,發(fā)現(xiàn)溶液變紅色,說明氨水顯堿性,能使無色酚酞溶液變紅色;第三步,將第一步的小燒杯A與盛有濃氨水的小燒杯B靠近,并用大燒杯罩住,結(jié)果是燒杯A中酚酞溶液也變紅,說明有氨分子進人燒杯A中。第一步和第二步是控制變量實驗,是為第三步實驗現(xiàn)象的解釋提供證據(jù)支撐，這樣就形成了一條完整的證據(jù)鏈,以此證明微觀粒子(分子)的客觀存在并不斷運動著,形成微粒觀。三、學(xué)情分析1.學(xué)生已有的知識儲備初三學(xué)生對“微觀粒子”特別是“分子”等說法或名詞并不陌生。一是日常生活中人們會使用,特別是一些商品的廣告語,如"微分子”酒品、保健護膚品含有“氨基酸分子"等廣告語。二是在小學(xué)科學(xué)學(xué)習(xí)過程中,已經(jīng)初步探索了“物質(zhì)溶解”的科學(xué)實驗,在學(xué)生認知的潛意識中已經(jīng)播下“微?！钡姆N子。三是在八年級物理已經(jīng)系統(tǒng)學(xué)習(xí)了分子的特點:“物質(zhì)是由大量分子組成的。一般分子直徑的數(shù)量級為10-10m。分子之間有間隔。分子處在永不停息的無規(guī)則運動中。分子之間不僅在在吸引力,還存在排斥力。2.學(xué)生素養(yǎng)提升的障礙點第三單元的知識比較抽象，微觀世界看不見，摸不著，不易理解，學(xué)生很容易失去興趣，進而明顯出現(xiàn)分化。針對這一問題，在教學(xué)中可以通過化學(xué)實驗獲得宏觀現(xiàn)象，基于宏觀現(xiàn)象獲得感性認識，將抽象化為具體，幫助學(xué)生理解微觀世界的理解。3.學(xué)生發(fā)展的學(xué)科素養(yǎng)學(xué)科基本觀念是學(xué)生通過課程學(xué)習(xí)對學(xué)科形成的一種總觀性認識，是學(xué)科觀念體系中最基礎(chǔ)、最本質(zhì)的觀念。在本課題教學(xué)中，以宏微結(jié)合的視角認識物質(zhì)及其變化，逐步幫助學(xué)生形成微粒觀。四、知識功能收集證據(jù)：通過對比實驗獲得實驗現(xiàn)象，學(xué)會記錄實驗現(xiàn)象；證據(jù)推理：基于燒杯A中酚酞溶液變紅，而B中溶液不變?yōu)樽C據(jù)進行分析推理，濃氨水具有揮發(fā)性，揮發(fā)出氨氣分子，氨氣分子不斷運動到酚酞溶液中，與水結(jié)合生成氨水，氨水使酚酞試液變紅；研究方法：對比實驗和控制變量的方法；建構(gòu)觀念：建構(gòu)微粒觀（微觀粒子是在不斷運動、微觀粒子的質(zhì)量和體積很小、微觀粒子之間有間隔）。五、教學(xué)目標1.通過品紅擴散實驗，初步形成物質(zhì)具有微粒性；2.通過實驗探究分子的運動特點，初步形成一定的證據(jù)推理能力；3.通過水、濃氨水和酚酞試液的對比實驗，初步形成控制變量的意識；4.通過電子顯微鏡獲得微觀粒子的影像，感受我國的科技水平，增強民族自信；5.能用分子的觀點解釋生活中的某些變化或現(xiàn)象，逐步形成微粒觀。六、教學(xué)過程新課引入教師：在生活中我們經(jīng)?？吹较铝械默F(xiàn)象，請你解釋下列現(xiàn)象。教師：今天這節(jié)課我們從微觀角度認識物質(zhì)及其變化。環(huán)節(jié)1：認識物質(zhì)的微粒性演示實驗：向盛有水的小燒杯中加入少量品紅，靜置，觀察發(fā)生的現(xiàn)象。學(xué)生描述：品紅在靜置的水中不斷擴散，形成紅色溶液演示實驗：再用滴管取少量的品紅溶液，滴進盛有水的燒杯中，學(xué)生再次觀察。學(xué)生描述：原來紅色的品紅溶液，看不到它的顏色提出問題：品紅明明在燒杯里，但我們卻看不見它，為什么？陳柔萱同學(xué)：品紅的量太少了，水太多了，所以看不見它的顏色。教師追問：為什么品紅的量太少，我們看不見它？李略同學(xué)：品紅是由看不見的的微觀粒子構(gòu)成。教師追問：品紅是由微觀粒子構(gòu)成的，為什么我們看不見這些微觀粒子？李略同學(xué)：品紅的微觀粒子太小了，我們?nèi)庋劭床灰?。教師：其實這個問題引起了很多科學(xué)家的興趣，提出物質(zhì)是由看不見的微觀粒子構(gòu)成的設(shè)想。教師介紹：有關(guān)微觀粒子的史實教師：通過品紅向水中擴散實驗和科學(xué)家的研究，你能獲得什么結(jié)論？學(xué)生：物質(zhì)是由微觀粒子構(gòu)成教師：通過科學(xué)家的研究，除了獲得物質(zhì)是由微觀粒子構(gòu)成以外，你還學(xué)習(xí)了哪些科學(xué)家的精神？學(xué)生：勇于探索、敢于超越的科學(xué)精神教師：隨著科學(xué)技術(shù)的進步，可以利用電子顯微鏡可以獲得微觀粒子的影像，證明了物質(zhì)是由分子、原子等微觀粒子構(gòu)成的。環(huán)節(jié)2：微觀粒子的基本性質(zhì)活動1：探究分子的大小資料1：每一滴水中大約有16700000000000000000000個水分子，如果10億人來數(shù)一滴水里的分子，每人每分鐘數(shù)100個，需要數(shù)三萬年才能數(shù)完。資料2：1個水分子的質(zhì)量約為3×10-26kg，即一個水分子的質(zhì)量約為0.0000000000000000000000000003kg。問題1：你從資料1和2中能得出分子的什么特征？學(xué)生：分子的體積和質(zhì)量都很小?；顒?：探究分子運動教師介紹：酚酞是一種酸堿指示劑，遇到酸性、中性溶液不變色，遇到堿性溶液變紅色。氨氣易溶于水，形成氨水，氨水能使酚酞溶液變紅。學(xué)生演示實驗實驗1：取少量的蒸餾水滴入盛有酚酞溶液的試管中，觀察現(xiàn)象。實驗2：取少量的濃氨水滴入盛有酚酞溶液的試管中，觀察現(xiàn)象。實驗現(xiàn)象1：酚酞溶液不變色；實驗現(xiàn)象2：酚酞溶液變紅色同學(xué)：濃氨水能使酚酞溶液變紅，水不能使酚酞溶液變紅。:學(xué)生演示實驗：取少量的酚酞溶液放在一個小燒杯中，取少量的濃氨水放在另一個小燒杯中，用一個大燒杯罩住兩個小燒杯，觀察現(xiàn)象。（等待1-2分鐘）教師：你預(yù)測可能會出現(xiàn)的現(xiàn)象是什么？同學(xué)：我認為燒杯A中酚酞溶液會變紅，燒杯B中溶液不變色教師：你預(yù)測產(chǎn)生現(xiàn)象的依據(jù)是什么？同學(xué)：因為我覺得濃氨水具有揮發(fā)性，揮發(fā)到空氣中，進入燒杯A的酚酞溶液，使酚酞溶液變紅教師：你們是否同意的觀點？同學(xué)：我同意他的觀點，我還要補充一點，濃氨水具有揮發(fā)性，揮發(fā)出氨氣，氨氣是由氨分子構(gòu)成，氨分子是在不斷運動，運動到酚酞溶液中教師：哦，原來是氨分子運動到酚酞溶液中，使酚酞溶液變紅的。那為什么你們認為燒杯B中溶液不變紅？難道酚酞分子不運動嗎？同學(xué)：酚酞分子也是在不斷運動的，它是在燒杯溶液中進行運動，酚酞溶液沒有揮發(fā)性，很難運動到空氣中，再進入燒杯B中教師：是不是如你們所預(yù)測的那樣？我們一起來見證奇跡，確實如大家所預(yù)測的一樣！實驗現(xiàn)象：燒杯A中酚酞溶液變紅，而燒杯B中的溶液不變色教師：為什么會產(chǎn)生這樣的現(xiàn)象？哪位同學(xué)根據(jù)所收集的實驗現(xiàn)象進行分析推理，從微觀角度解釋產(chǎn)生這樣現(xiàn)象的原因。同學(xué)：濃氨水具有揮發(fā)性，揮發(fā)出氨氣，氨氣是由氨分子構(gòu)成，氨分子是在不斷運動，運動到酚酞溶液中，使酚酞溶液變紅教師：大家同意同學(xué)的觀點嗎？學(xué)生齊答：紛紛表示贊同教師：我覺得還不夠嚴謹。請大家思考：從實驗2中我們已經(jīng)得出，氨水使酚酞溶液變紅。在這個實驗中，你們覺得是氨分子運動到酚酞溶液中，使酚酞溶液變紅，那就是說氨氣使酚酞溶液變紅的。請大家根據(jù)老師的提示再次思考，如何補充的觀點。同學(xué)：濃氨水具有揮發(fā)性，揮發(fā)出氨氣，氨氣是由氨分子構(gòu)成，氨分子是在不斷運動，運動到酚酞溶液中，與水結(jié)合形成氨水，氨水使酚酞溶液變紅。教師：此刻應(yīng)該有掌聲教師：通過這個實驗我們知道微觀粒子的第二個基本性質(zhì)是？學(xué)生齊答：分子是在不斷運動的。教師：剛開始取濃氨水做實驗的時候，同學(xué)聞到一股氣味之后，就趕緊躲開了，請問你為什么躲開？同學(xué)：聞到一股刺激性氣味，很難聞教師：那你覺得教材上這個實驗裝置有和缺點？同學(xué)：這個裝置密封性不好，濃氨水具有揮發(fā)性，揮發(fā)出氨氣逸在空氣，污染空氣教師：同學(xué)的想法很好。那你們?nèi)绾胃倪M實驗，防止氨氣逸出污染空氣。同學(xué)：將這個裝置放在盛有一定量水的水槽中進行密封教師：你為啥這樣做?。客瑢W(xué)：氨氣易溶于水，逸出的氨氣可以溶于水中教師：你的理論可行，但是操作性有點難教師：你們有沒有可操作性的實驗方案？同學(xué):取一定量的濃氨水于試管中，連接導(dǎo)管的膠塞塞住，往另一支試管中加入酚酞溶液，連接導(dǎo)管的膠塞塞住，再用橡皮塞連接兩根導(dǎo)管。同學(xué)改進的實驗裝置同學(xué)：分享改進的實驗方案，索性上來邊畫實驗裝置，邊講解自己的想法，受到全體同學(xué)的一致認可。同學(xué)改進的實驗方案教師：的實驗方案的優(yōu)點是什么？同學(xué)：化學(xué)試劑用量少，節(jié)約試劑，且防止污染。教師：課的開始，我們提出，為什么濕衣服會變干？學(xué)生：水分子是在不斷運動的教師：如果讓你們選擇在室內(nèi)晾衣服還是陽光底下晾衣服？你們的理由是什么？學(xué)生：選擇在陽光底下，因為溫度越高，水分子運動的速率越快提出問題：酒精和水混合后的總體積與原來兩者體積之和有什么關(guān)系？學(xué)生預(yù)測：小于教師追問：你猜測的理由是什么？學(xué)生：我認為分子之間有空隙，互相填充，混合后的總體積會變小教師：是不是如你們所說的那樣？我們用實驗進行驗證。學(xué)生：從微觀角度解釋酒精和水混合后的總體積小于原來兩者體積之和。展示：不同狀態(tài)的同一種物質(zhì)的分子之間的間隔微觀示意圖學(xué)生總結(jié)：一般情況下，對于同種物質(zhì)來說,氣態(tài)分子之間間隔大于液態(tài)分子之間間隔大于固態(tài)分子之間間隔環(huán)節(jié)3：解決問題，建構(gòu)觀念思考1：請你從微觀角度解釋，6000L氣體在加壓的情況下可裝入容積為40L的鋼瓶中，并歸納總結(jié)分子之間間隔與因素有關(guān)？同學(xué)：分子之間是有間隔的，且壓強越大，分子之間的間隔越小，才能將6000L氣體壓入容積為40L的鋼瓶中思考2：請你從微觀角度解釋物體的熱脹冷縮現(xiàn)象，并總結(jié)分子之間的間隔與因素有關(guān)？同學(xué)：熱脹是溫度升高，分子之間的間隔增大；冷縮是溫度降低，分子之間的間隔減小。課堂小結(jié)：學(xué)生總結(jié)七、案例分析本節(jié)課主要認識物質(zhì)具有微粒性和認識物質(zhì)的微觀粒子具有的特征：微觀粒子是在不斷運動、微觀粒子之間有間隔、微觀粒子很小等，屬于微粒觀的第一階段，但對于學(xué)生來說是比較抽象的，是第一次走進微觀世界。在教學(xué)時借助生動、形象、直觀的載體幫助學(xué)生理解，初步建立起宏觀世界與微觀世界的關(guān)聯(lián)，逐步幫助學(xué)生走進微觀世界，循序漸進地幫助學(xué)生建構(gòu)微粒觀。首先，以品紅擴散在水中的實驗為切入，學(xué)生觀察品紅在水中不斷地擴散，形成紅色的溶液，真實感受到品紅的存在。再用滴管取少量的品紅溶液，滴進盛有三分之二水的燒杯中，卻看不見品紅的顏色。為什么品紅明明在燒杯里，卻看不見。其實這個問題引起了很多學(xué)者的興趣，提出物質(zhì)是由看不見的微觀粒子構(gòu)成。那么，滴入2滴品紅在水中，看不見的本質(zhì)原因是什么？學(xué)生認為品紅是由看不見的微觀粒子構(gòu)成，品紅是由大量的微觀粒子聚集在一起構(gòu)成的，我們可以看見品紅，但是由于品紅太少，微觀粒子很小。”通過這個實驗說明了微觀粒子是真實存在的，但它很小。再通過掃描隧道顯微鏡獲得微觀粒子的影像，讓學(xué)生認識到物質(zhì)確實是由肉眼看不到的微小的微觀粒子構(gòu)成的，初步建構(gòu)物質(zhì)的微粒性。其次，通過探究氨分子運動實驗，實驗1和實驗2是對照實驗，排除酚酞溶液中水的干擾，分別往等體積的酚酞溶液中加入等體積的水和濃氨水，實驗1酚酞溶液沒有變化，實驗2酚酞溶液變紅，根據(jù)實驗現(xiàn)象得出不是水使酚酞溶液變紅，而是濃氨水使酚酞溶液變紅，而實驗3中濃氨水和酚酞溶液并沒有直接接觸，燒杯A中酚酞溶液也變紅了，所以實驗1和實驗2是為了實驗3現(xiàn)象的解釋提供有利的證據(jù)支撐，形成了一條完整的證據(jù)鏈,以此證明微觀粒子(分子)不斷運動著,幫助學(xué)生逐步形成微粒觀。再次，探究分之之間是否有間隔，本節(jié)課采用酒精和水的混合實驗，經(jīng)過兩者混合后發(fā)現(xiàn)總體積確實小于原來兩者體積之和，學(xué)生從微觀角度解釋，酒精分子和水分子之間都有間隔，分之之間互相填充到間隔中，所以總體積減小，由此可得出分之之間是有間隔的。通過實驗呈現(xiàn)出宏觀現(xiàn)象，從微觀角度解釋其本質(zhì)的原因，幫助學(xué)生建立宏微結(jié)合的視角認識物質(zhì)及其變化，逐步幫助學(xué)生形成微觀粒子的基本性質(zhì)。最后，從微觀角度解釋生活的現(xiàn)想，幫助學(xué)生建立宏微結(jié)合視角認識物質(zhì)變化，建立起宏觀現(xiàn)象和微觀世界之間的聯(lián)系，在學(xué)以致用中深化微粒觀。八、教學(xué)反思本節(jié)課是在2024年9月23日授課的，但由于繁忙，一直沒有時間進行梳理。高興的是海南師范大學(xué)教授親自來上這節(jié)課，我想看看我們一線教師上課和大學(xué)教授上課有什么不同？我想大學(xué)教授的站位肯定比我們一線教師高，這是多么難得的學(xué)習(xí)機會，一定要調(diào)課參加，向大學(xué)教授學(xué)習(xí)。2024年9月27日星期五我有幸參加海南師范大學(xué)教授博士團隊的教研活動，聆聽了韋教授的課，課后交流時韋教師指導(dǎo)我們，為什么不能用酒精和水混合的實驗來說明分子之間的間隔，因為兩種液體混合后，總體積有三種情況，小于、大于或等于，這與分子之間的排斥力有一定的關(guān)系，所以從大學(xué)教師來講，具有嚴謹性、科學(xué)性。課后也進行查閱了一定的資料：兩種液體混合總體積并不是總小于兩種液體的體積之和，可以簡單的解釋為體系中同種分子之間和不同種分子之間的相互作用綜合影響了混合后體積的變化，這里不考慮兩種液體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。兩種液體混合總體積有三種情況，（1）兩種液體混合后可以小于兩種液體體積之和，例如乙醇和水混合，體積減小，體積減少的程度與兩者混合前的體積有關(guān)(這里不考慮溫度的影響)，水和乙醇