当前国内中学化学微粒观的研究进展与启示

黄泰荣

摘要：从内涵界定、学习进阶、整体测查、影响因素以及教学策略5个方面梳理了当前国内中学化学微粒观的相关研究现状。研究表明：（1）微粒观的内涵可以从“内容属性”和“思维属性”2个视角进行认识;（2）微粒观的发展具有阶段性特征;（3）中学生对微粒观的认识水平并不理想;（4）影响中学生微粒观发展的因素是多方面的;（5）已开发的教学策略包括：三重表征策略、模型教学策略、情境教学策略、类比教学策略、问题驱动策略、信息技术辅助策略等。据此谈及了已有研究对今后中学化学微粒观研究的启示。

关键词：化学基本观念;微粒观;研究综述

文章编号：1008-0546（2022）10-0002-05中图分类号：G632.41文献标识码：B

化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质、转化及其应用的一门基础学科，其特征是从微观层次认识物质，以符号形式描述物质，在不同层面创造物质，[1]“宏微结合”是其特有的学科思维方式。[2]作为重要的化学基本观念之一，微粒观强调从宏微结合的视角认识身边的物质世界的思维方法，[3]充分体现了化学学科的思维特征，是“宏观辨识与微观探析”等化学学科核心素养的具体表现形式。因此，将“微粒观”的培养作为化学教学的课程目标之一，具有重要的学科育人价值和素养发展价值。

目前，国内不少学者对中学化学微粒观进行了一系列的理论与实证研究，然而相关综述类论文较为缺乏。基于此，本文对当前国内中学化学微粒观的研究现状进行了整理归纳，以期为化学教育研究和教学实践提供参考。

一、研究对象与方法

以中国知网（CNKI）论文数据库作为检索库，采用高级搜索，分别以“微粒观”“微粒性认识”“微粒性观念”“微粒作用观”等为篇名检索词，并且论文来源为“化学教育”“化学教学”“中学化学教学参考”以及博硕论文数据库。通过以上检索过程后，进行人工筛选，最终确定61篇文献作为研究对象。

将选取的文献作为研究样本，对其研究方向进行分类统计，然后通过“自下而上”的内容分析法，对文献进行观点抽取和归类，并呈现相应的研究结果和分析。

二、研究内容梳理

采取自下而上的方法对文献进行观点抽取和归类，从内涵界定、学习进阶、整体测查、影响因素以及教学策略5个方面对研究内容进行梳理。

1.中学化学微粒观的内涵界定

关于微粒观的内涵，不同学者的观点各不相同。从已有研究文献看，理论界对于微粒观内涵的认识主要有2个视角，分别是内容属性视角和思维属性视角。

（1）基于内容属性视角的内涵界定

内容属性视角主要是基于学科知识内容，凝练物质微观领域在学习者头脑中的总观性认识，以此对微粒观的内涵进行描述。在内容属性视角下，微粒观似乎被视为由若干体现物质微粒性的统摄性认识组成的“集合”。例如，梁永平（2003）提出物质的微粒性要点包括：①物质是由肉眼看不见的微粒构成的;②微粒总是在不断地运动的;③微粒间有一定的间隔;④微粒间存在着相互作用。[4]毕华林等（2011）将微粒观的内容表达为：物质世界是由分子、原子、离子等微观粒子构成的;微观粒子很小，其体积和质量无法用常规方法度量和表示;微粒本身是有能量的、不断运动的、彼此有间隔的;原子是最基本的构成物质的微粒，在一般条件下物质发生化学变化时保持不变;微粒之间存在相互作用，原子间通过强弱不同的相互作用相互共存或结合成分子。[5]目前普遍认为微粒观的相关认识涉及五个方面，分别是：微粒构成观、微粒间隙观、微粒运动观、微粒作用观和微粒计量观。[6-8]

（2）基于思维属性视角的内涵界定

不同于内容属性视角，思维属性视角主要从化学基本观念的思维表现[5]出发，明确微粒观的认识对象和认识角度，以此对微粒观的内涵进行界定。在思维属性视角下，微粒观似乎被认为是一种化学认识方式和思维方法，具有其特定的认识对象和分析、解决问题的角度。例如，陈瑞雪（2013）将微粒观界定为“从微观的角度，从微粒的种类、微粒的存在、微粒的相互作用、微粒的运动和变化以及微粒数量等层面，形成对化学物质及其变化的认识”[9]。钱海如、赵华（2017）将微粒观界定为“人们对物质微粒性的基本看法，表现为自觉地在原子、分子、离子的水平上认识常见物质的组成、结构、性质、用途和变化现象的思维倾向”[10]。整体而言，目前学者普遍认为，微粒观是从宏微结合的视角认识身边的物质世界的思维方法。

综上所述，微粒观的内涵可以从内容属性和思维属性2个视角进行认识，其中内容属性视角指向具体的观念性认识，思维属性视角指向特定的认识对象和认识角度。

2.中学化学微粒观的学习进阶

化学基本观念的形成源于个体运用化学知识认识和理解世界的復杂过程，具有层次性和进阶性。[11]作为重要的化学基本观念之一，微粒观同样具有阶段性特征，学习者在不同学习阶段所形成的微粒观水平并不相同。[12]为把握中学化学微粒观的发展层级，促进学生微粒观水平发展的教学与评价实践，部分学者进行了关于微粒观学习进阶的研究，主要是选取某一主题内容，基于微粒观分析该主题内容在不同学段的认识发展状况;[13-17]或整体分析初中、中学阶段的微粒观发展历程。[3-4，12，18-22]根据其进阶变量的不同，微粒观学习进阶的分析思路主要有2种。

（1）基于知识变量的进阶分析

第1种思路主要以知识为进阶变量，根据不同学段的化学教学内容，围绕核心概念建构、刻画微粒观的不同发展层级。例如，张发新（2016）以水的结构为例分析了物质结构中物质微粒观的学习进阶，并说明各阶段的核心概念及微粒观发展特征的对应关系。[15]类似地，有学者以核心概念的建立为标志，将中学阶段的化学微粒观划分为5个认识层次。[3，12]

（2）基于思维变量的进阶分析

与第1种思路不同的是，第2种思路主要以思维为进阶变量，根据学生的认知思维发展特点，对微粒观的认识层次进行划分。例如，崔吉生（2011）分别根据学生解释实际现象所用视角广度、所用化学概念的掌握及使用程度，分别将微粒作用观划分为初等、中等、高等水平和朴素、丰富、灵活水平。[18]赵璐（2017）根据布鲁姆认知理论，将初中微粒观划分为“认识微粒的种类”“基于微粒的性质认识微粒结构”“基于微粒认识物质的分类和物质变化”和“基于微粒从量的角度认识化学变化”5个层次。[22]

相对来说，目前基于知识变量的学习进阶研究较多，基于思维变量的学习进阶研究是趋势所在。另外，相比于国外研究，[23]国内关于微粒观学习进阶的研究主要停留在理论层面，缺乏相关测查研究与教学干预研究。

3.中学化学微粒观的整体测查

不少研究立足于对中学生微粒观发展状况的整体测查，其测查框架主要以微粒观的认识要点为依据，测查方式以问卷调查法为主，部分研究采用問卷调查和个别访谈相结合的方法，个别研究采用李克特式量表。[17]通过梳理文献发现，测查研究的结果似乎与其研究对象的年级（初中或高中）有关。

（1）初中生的微粒观发展状况

在学习化学前，初中学生并不缺乏从微观视角认识周围事物的经历，如闻到花香的生活经验、在生物课上学习过细胞和分子等。然而，有研究通过测查发现，[24]初三学生在学习化学前对物质及生活中各种现象的认识和思考基本处于感性水平，对于一些日常现象的解释多数学生还是停留在蒸发、挥发、扩散、密度等宏观现象表层，缺少从分子角度解释这些现象的意识，对于具体物质的辨别很容易受到宏观表面性质的影响。

到了初三阶段，学生在理解微粒观时也存在一定的困难，主要体现为对“微粒构成观”“微粒间隙观”“微粒运动观”和“微粒作用观”等4个方面表现出认识上的不足和缺陷。整体而言，学生对“微粒运动观”的认识较为理想，其次为“微粒构成观”和“微粒间隙观”，对“微粒作用观”的认识则相对薄弱。[25-27]具体而言，在“微粒构成观”方面，多数学生知道物质是由分子、原子、离子等微粒构成的，但是在分析具体物质的构成微粒时存在困难，对物质构成的认识主要处于分子层次;[6，25-27]“微粒间隙观”方面，学生往往认为宏观物质体积改变是微观粒子体积发生改变的结果，部分学生会忽略温度对微粒间隙的影响;[6，25-27]“微粒运动观”方面，大部分学生对于宏观静态的物质（如液态水等）不能认识到微粒是在不断运动的，个别学生易忽略温度对微粒运动的影响;[3，25]“微粒作用观”方面，大多数学生未能建构化学反应的微观模型，且对微粒之间的相互作用力缺乏认识，仅少数学生关注离子间的引力和斥力。[6，25-27]

（2）高中生的微粒观发展状况

与初中生相比，高中生对物质变化的微观认识水平有所提高，尤其在对溶液中化学反应的微观认识方面。[12]然而，有研究表明，多数学生对盐溶液性质的认识停留在元素化合物性质阶段，主要基于微粒种类的静态视角，缺少基于微粒相互作用的动态视角。[16]此外，有研究者指出，中学生虽然通过化学学习掌握了具体的微粒性知识，但并没有形成宏微结合的化学思维方式，不能准确区分宏观与微观表述，难以运用所学的微粒知识合理地分析和解释宏观现象。[12，22]相比于“微粒构成观”“微粒间隙观”和“微粒运动观”，高中生对“微粒作用观”和“微粒计量观”的认识仍较为薄弱。[7-8]

综上所述，几乎所有的测查结果都表明，学生对微粒观的认识水平并不是很理想，对微粒观的某些方面表现出认识上的不足和缺陷，需要通过一些途径来帮助学生提高他们对微粒观各方面的理解。

4.中学化学微粒观的影响因素

从测查结果来看，中学生的微粒观水平并不理想。因此，一些研究者开始寻找究竟是什么因素影响着中学生的微粒观水平。通过文献梳理，不难发现大部分研究者主要从学生自身因素和外界因素2个方面进行讨论。

（1）学生层面的因素

已有研究共同提及的学生自身因素主要有学生的学习兴趣、知识水平、思维能力、性别等。首先，学习兴趣是影响学生学习的主要因素。[7]例如，李佳（2019）在对学生访谈过程中发现，学生学习兴趣的丧失造成了微粒观学习的困难。[25]其次，多个研究表明学生的知识水平对其微粒观发展有较大的影响。[3，12，25]例如朱立娜（2013）通过测查发现，知识水平较高的班级学生，其微粒观的发展水平较高。[3]特别注意的是，研究人员指出学习者的微粒观发展水平与微粒知识的增长并不是线性关系，学习者的微粒观发展水平远低于微粒知识的增长。[3，12]此外，学生的思维能力，如想象思维[7]、形象思维[3]、三重表征思维[25]和化学问题解决思路[25]等，同样也是学生微粒观发展的影响因素。对于性别因素，已有测查结果较一致地表明，男女生的微粒观发展水平无显著差异。[3，7，18]

（2）教师层面的因素

许多研究者都谈及了教师这一角色对学生微粒观发展的影响。研究人员一致认为，教师对学生微粒观认识水平的影响主要来自教师自身对微粒观的理解、对课堂教学内容的选择、对课堂教学组织方式的选择、对学习者的评价方法等方面。[3，12]然而遗憾的是，这些研究虽然提及了教师层面的因素，但并未清晰地论述教师因素对学生微粒观发展的具体影响及其影响机理。

（3）区域层面的因素

除了对教师因素进行分析，部分研究者也对区域环境差异这一外界因素进行了探查。例如崔吉生（2011）通过测查发现，乡镇高中生的微粒作用观水平两极分化严重，作者认为这与城乡教育的环境总体差别有关。[18]类似地，蔡少渊（2016）经比较不同地区学生的微粒观差异表明，不同地区学生的化学微粒观重难点不同，提出教师需要根据教学对象调整教学策略。[7]

总体而言，不少学者从不同层面对微粒观的影响因素進行了讨论，但并未清晰论述这些因素的影响机理。在影响因素的探究方式上，研究者主要采用“自上而下”的探究方式，原因可能在于该研究方法相对简便。

5.中学化学微粒观的教学策略

为了提升中学生的微粒观发展水平，不少研究者致力于探讨有效促进中学生微粒观发展的教学策略。总体来说，这些研究大致可分为2种类型，一类是应用某种策略的教学实验研究，另一类是基于微粒观建构的教学设计与实施。研究者不断地尝试将新的学习理论和技术带入课堂，如三重表征教学、模型教学、情境教学、类比教学、问题驱动、信息技术等。从研究结果看，这些教学策略均在一定程度上促进了中学生对微粒观的理解。

（1）三重表征策略

许多研究都提到三重表征策略可帮助学生形成微粒观。研究者普遍认为，宏观化学实验现象可帮助学生理解微观粒子的存在，化学符号可帮助学生架起宏观物质与微观粒子之间的桥梁。[24，28]不少学者采用教学实验研究的方法证明了三重表征策略的有效性，例如张旭（2019）通过对比传统教学和三重表征教学对高中学生微粒观发展的影响，发现后者更有利于提高学生的微粒观水平，尤其是在“微粒运动观”和“微粒作用观”方面。[8]

（2）模型教学策略

主张模型教学的研究者也提出了其教学设计思路的几个基本环节，[29]即：①分析微粒观，明确教学目标;②选择、设计模型;③设计思考问题和模型活动;④反思评价促进模型认知。研究者认为借助模型可促进学生对微粒观的理解，使用的模型可以是实物模型、动画模型、概念模型、图示模型、数学模型、过程模型等。[10，21，30]例如张建国（2017）的实证研究表明，利用磁性卡片模拟化学物质，可帮助学生用实物模型表达微观想象，化解学生难以用语言表达微观方面的问题，从而促进学生对微粒观的理解。[29]

（3）情境教学策略

许多学者都提到创设教学情境有助于加深学生对微粒观的理解。情境学习理论认为，学习者在情境中通过活动获得了知识，学习与认知本质上是情境性的。[31]因此结合学生的熟悉现象和生活经验，进行情境教学，可以激发学生的学习兴趣，更有利于学生在真实、具体的问题情境中形成微观意象并应用于实际生活，从而在一定程度上能有效地促进微粒观的形成。这一观点也在李小娇（2012）的实证研究中得到支持。[32]

（4）类比教学策略

由于微粒观内容的抽象性较强，有学者提出在微粒观教学中运用类比法，让学生调用的已有知识或生活经验，将其与新事物进行对比，进而实现对抽象知识的理解认同。[28，33]例如在讲述原子的核外电子层结构时，可以采用类比的方法，让学生从生活中的洋葱来理解原子的核外电子层，电子是围绕着原子核由近及远一层一层排布的。[28]

（5）问题驱动策略

不少研究者提出，为了使微粒观成为学生自觉主动的思维方式，教师应将微粒观的基本内容设计成问题链，用问题链驱动学生进行高级思维活动，促使学生从微观角度解释宏观现象。[12，28，33-35]对于驱动性问题链的设计，应遵循以下几个原则[12]：①具有连续性，提出的问题可构成指导学生思维方向的线索;②具有层次性，即有一定的难度梯度;③具有启发性，尤其是对学生高级思维的启发;④具有普适性，符合学生的认知发展。

（6）信息技术辅助策略

与传统教学相比，基于信息技术的教学具备高效、交互、仿真、共享的特点。[36]教学中可借助信息技术模拟微观世界，使抽象内容可视化，帮助学生建构微粒观。[37]例如，钟红（2017）基于信息技术开发了仿真动画教学资源，通过对宏观实验现象的仿真和对微观反应过程的模拟，帮助学生建立微观世界模型。[36]然而，也有研究者指出，应让学生意识到计算机模拟过程只是对微观实物及其变化的一种直观化、形象化的描述，并不代表微观事物本身及其发生的真实变化。[38]因此，教师应合理使用信息技术辅助教学，避免信息技术教学盲目化。

整体而言，研究者提出了多个促进学生微粒观发展的教学策略。然而，与国外研究相比，[23]国内的大多数研究是基于教学实践的经验总结，往往缺乏教学实验的实证研究。

三、研究与建议

通过文献梳理，可以看出目前中学化学微粒观的研究范围涉及中学化学微粒观的内涵界定、学习进阶、整体测查、影响因素以及教学策略等，基于以上分析，对今后中学化学微粒观的相关研究提出如下启示和思考。

1.明确微粒观的内涵构成

从上述研究中可见，对于微粒观的内涵，广大学者主要从内容属性视角或思维属性视角进行认识，但存在着一些问题，如微粒观的概念内涵比较繁杂混乱、内容属性和思维属性相割裂等。因此，后续研究可尝试将内容属性视角和思维属性视角相统一，构建微粒观的内涵实质、内容属性、思维属性、活动表现的整合模型，对微粒观的内涵构成进行系统刻画，从而为中学化学微粒观的理论研究发展提供有益借鉴。

2.优化微粒观的进阶模型

目前微粒观进阶模型的构建，大多数倾向用知识掌握水平简单反映微粒观的发展层次，只有少数研究是以思维为进阶变量。后续研究可考虑以知识和思维的整合为进阶变量，多维度刻画学生微粒观的发展层级。此外，多数研究者构建的进阶模型缺乏对行为表现的刻画和实证检验。因此，后续研究可关注各进阶层级的水平描述，将微粒观的认识要点外显为学生的行为表现，并将学生的行为表现与发展层级匹配，同时在实证检验中加以调整。

3.完善微粒观的测查工具

目前已有不少研究对中学生的微粒观发展状况进行了测查，但是其测评研究方法较为单一，共同点是：以微粒观的认识要点为测查内容框架，缺少对微粒观纵向发展水平的测查;以经典测量理论为依据进行测量建构，存在传统经典测量理论的“样本依赖性”和“工具依赖性”等缺点。因此，后续研究需进一步完善微粒观的测查工具。譬如，可尝试根据学习进阶理论和项目反应理论开发微粒观的测试工具。

4.探索微粒观的影响因素

目前，各個研究主要从学生、教师、区域等3个层面对影响微粒观发展的因素进行讨论，但并未清晰地论述它们与微粒观发展之间的关系。由此可见，还需更多的研究来确认这些因素对微粒观发展的影响并寻找其影响机理。此外，考虑到已有研究主要采用“自上而下”的方式探究微粒观的影响因素，后续研究可尝试采用扎根理论的“自下而上”研究路径，通过半结构化访谈、开放式问卷等方式探索其他可能存在的影响因素。

5.基于实证提出微粒观的教学策略

梳理现阶段的研究后发现，有关微粒观教学策略的提出，多数是基于经验上的建议和教学实践总结，只有少数研究是基于真实的教学干预实验。因此，后续研究应开展基于实证的教学研究，检验微粒观不同教学策略的有效性;同时基于实证结果对微粒观教学的理论基础进行讨论或补充，最终得出更系统的理论体系。

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