高中化学必修“微观探析”整体教学活动设计

“微观探析”能力是对系统的组成部分进行更加详细的观察的能力[1]。在高中化学课堂中引导学生从微观层次认识物质，学会应用符号形式描述物质的活动，读懂各种数据图像描述物质变化的过程，将有助于学生从定性与定量两个视角建立研究物质性质的“宏观—微观”的化学学科观念与思维方法。大部分学生进入高中后还习惯性地延续着初中的化学学习方法。首先，学生特别重视物质性质、变化、用途等知识点，对建构微观结构模型与模型认知能力发展的认识不足，他们往往忽视建构和认知微观结构模型的“微观探析”活动。其次，学生不愿意花太多时间去理解化学用语的意义。随着化学表征方式的多样化和复杂化，学生感到化学学习的难度增大，并因此产生焦虑。最后，受课时限制，教师在课堂上很难循序渐进地帮助学生认知物质的微观模型，无法实现“授人以渔”的目的。如何帮助高中生在化学必修学习中发展“微观探析”能力，增强学习信心，就成了当今高中化学教学的当务之急。因此，开展高中化学必修“微观探析”整体教学活动势在必行。一、研究的理论依据（一）认知发展理论认知发展理论认为，教师要在课堂教学中积极创设“最近发展区”，让学生在同伴、教师的帮助下完成独自不能完成的任务[2]。根据这一认知理论，整体设计高中化学“微观探析”活动，循序渐进地在高中化学必修课堂上创设“微观探析”的主题，有利于教师把控“微观探析”活动的节奏，由浅入深地进行活动设计与开展整体教学活动，有利于学生更好地完成“微观探析”任务。课堂教学中“微观探析”活动的广泛开展和持续深入，能让学生“微观探析”的能力得到持续提升，促使学生形成从“宏观—微观”视角归纳、解释、描述、表征物质及其反应的意识[3]。（二）建构主义理论建构主义理论认为，教师要在课堂教学中成为学生建构知识的积极帮助者和引导者，激发学生的学习兴趣。建构主义理论为高中化学“微观探析”的活动指明了具体方式。在“微观探析”活动中，教师通过展现实物、实验现象、史实、工业生产与环境保护的问题、晶体衍射图、现代分析仪器谱图、最新学术文献等多维证据，进行有效的引导，让学生能够更形象地进行“微观探析”活动，促使学生的“微观探析”能力由表及里得到提升，逐渐形成从“宏观—微观—符号—曲线”四重表征来分析化学相关问题的意识。二、确立高中化学“微观探析”活动的认知发展阶梯与主题课题组从六个方面层层递进有条不紊地开展研究与探讨：研究了苏教版化学教材（2020年7月版）各模块的内容以及高中化学认知的发展，梳理了高中化学“微观探析”的主要研究对象，探讨了重要的概念、原理以及物质及其变化的认知模型，整理了微粒的微观基本结构、研究物质变化过程中的主要证据，建立了高中化学“微观探析”认知发展的三个阶梯——微观结构、微粒的移动与变化以及微粒浓度，明确了三个阶梯“微观探析”的认知角度与认知内容（见表1）。表1高中化学“微观探析”活动认知发展阶梯与主题三、实施高中化学必修“微观探析”整体教学活动有了坚实的理论基础，根据高中化学“微观探析”活动的认知发展阶梯与主题，课题组结合苏教版教材（2020年7月版）的必修课程内容，循序渐进地开展“微观探析”活动。课题组教师先通过充分的证据帮助学生建立“物质、微粒的微观结构”模型，然后再从“微粒移动与变化”“微粒浓度变化”这两个视角帮助学生初步建立化学反应原理的认知模型。在“微观探析”活动中，学生逐渐形成“结构决定性质、量变引起质变”的化学观念，宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知、变化观念与平衡思想的核心素养得到了提升，具备了扎实的微观结构模型与“微观探析”的意识，提高了化学表征能力。（一）层级式开展“微观结构”模型认知活动课题组结合高中化学必修课堂教学进度，层级式开展“微观结构”模型认知活动。首先，从微粒大小、间距、运动这三个要素建构物质微观结构模型，从自由移动阴、阳离子这一视角建构电解质溶液、熔融状态的微观结构模型，并应用模型认知物质物理性质的差异、摩尔体积概念、分散系的分类、化合物分类、溶液的导电性。其次，从原子核组成和核外电子运动这两个视角建构原子结构模型，应用原子结构模型认识核素与同位素概念、焰色反应、稳定的电子层结构、单质的性质。再次，从微粒间作用力视角建构晶体结构模型，应用模型认知化合物的分类、晶体物理性质的差异。最后，从原子间连接顺序、成键方式、空间结构这三个要素来建构分子结构模型，并从化学键、官能团等视角理解有机反应，预测有机物的化学性质。课堂上出现的实验、化学史实、波谱图、结构模型等证据，引导着学生积极主动参与课堂活动，主动发现与探索，体验科学研究过程的证据推理与模型建构。这样的教学活动有助于学生改变只关注物质性质、用途等知识的学习状况，让他们意识到要从微观层次思考化学问题，从而理解应用电离方程式、原子结构示意图、电子式、分子结构式、分子结构简式、球棍模型、空间填充模型、晶胞模型等化学用语或模型来描述物质微观结构的意义，初步建立探讨化学问题的思维方式，即“宏观—微观—符号”的三重表征方式。在这一认知活动中，学生对物质分类的认知从“元素、物质组成与性质”宏观视角认识物质的分类，发展到从“物质电离”微观视角认知化合物的分类，再从“微粒间相互作用力”微观视角认知晶体的分类，进阶到从“官能团—价键”微观视角初步认知有机物的分类，有助于提高学生对物质的系统化和结构化认知。因此，这一认知活动也为学生进一步学习物质结构模块与有机化学奠定了扎实的微观结构基础。（二）渗透式开展以“微粒移动与变化”为主题的“微观探析”活动课题组研究了王磊教授主持研究的化学反应认知模型，挖掘了“微粒移动与变化”对其认知发展的功能价值，以“离子、电子、电化学体系中微粒、分子”为研究对象，在课堂上渗透式开展以“微粒移动与变化”为主题研究化学反应过程的“微观探析”活动。在开展这一认知活动的过程中，教师应注重引导学生从离子结合、电子转移这两个微观视角认知离子反应与氧化还原反应的条件，提升学生从微观视角分析或预测溶液中微粒变化的能力；深入启发学生从离子的移动与变化、电子的转移与迁移这两个微观视角来理解电化学工作原理，了解电化学装置模型，认识电化学装置实现了化学能与电能之间的转化；积极推动学生从分子变化、价键的断裂与生成这两个微观视角，进一步描述化学反应的微观过程及其能量变化原因，认识引燃、光照、加热、持续加热等条件在化学反应进行中的作用；耐心协助学生从“官能团—价键”这一视角初步认识有机物之间的相互转化；学生逐渐形成“结构决定性质”的化学观念，提高了“证据推理与模型认知”的能力以及从微观结构视角描述化学反应过程的意识和表征能力。随着这一认知活动的逐渐深入，学生研究化学反应的认知视角逐渐丰富，实现了从单一的“物质”宏观层面向“物质—规律—能量”综合宏观视角转化；实现了从“反应物—生成物”的宏观层面逐渐拓展到包含“微粒—过程—价键”的“宏观—微观”层面；实现了从单一的“条件”视角逐渐拓宽到“条件—装置—体系”应用层面的认知视角。这也为学生在选择性必修中学习化学反应原理奠定了扎实的“微观探析”能力和丰富的模型认知视角。（三）聚焦式开展微粒浓度“微观探析”活动随着“微观结构、微粒移动与变化”的“微观探析”活动的深入开展，学生有了一定的定量计算基础。课题组选取了电解质溶液、浓硫酸性质、硝酸性质、化学反应速率与限度为教学载体，聚焦式开展以“微粒浓度”为主题的“微观探析”活动，引导学生从“物质的量浓度”的视角来认知物质性质和化学反应速率与限度，重点培养学生从定性和定量的视角描述物质组成及其变化的能力。随着这一认知活动的开展，学生认知视角的深度与广度都有了很大的拓展。学生从以“质量、体积”为主的认知视角转变为以“物质的量、物质的量浓度”为主的认知视角；从“物质浓度”拓宽到“微粒浓度”的视角来探讨化学反应机理，初步认识“量变引起质变、结构决定性质”“变化观念与平衡思想”等化学思想，同时也充分体验了应用四重表征法（即“宏观—微观—符号—曲线”）分析化学问题的过程。这些都为学生学习“化学反应原理”奠定了扎实的定量研究基础。四、结束语富有新鲜感、时代感、感染力的化学课堂教学，一方面能有效引导学生在“微观探析”活动中感受到技术手段的发展与创新对科学研究发展的意义；另一方面强化了学生对“化学学科对人类发展与进步有重大贡献”的认识，培养了学生的科学探究与创新意识和科学态度与社会责任。课题组教师们乐于探索、不断创新，开发的教学案例分别获得省优、市一二等奖，教师个