宏观辨识与微观探析的教学实践

杨海丽 来书贤

摘  要：从学生学习物质的量易错点入手，分析问题的根源是微粒观的缺失。如何进行物质的量的学习呢？利用微粒模型图，化学实验重建微粒观，通过科学史，真实情景，有层次的问题设计，演绎推理等方法最终实现宏观辨识与微观探析的有机结合，实现物质的量学习的突破。

关键词：微粒观;宏观辨识;微观探析;物质的量

中学化学核心素养把“宏观辨识与微观探析”放在首位，可见其重要性。化学课堂是促进学生化学核心素养形成和发展的重要载体，若要实现化学核心素养，设计和组织教学时，就要以核心素养为导向的进行教学。物质的量在学生学习中一直难接受，难理解，难想象，所以本文以其课堂教学为例，通过对物质宏观辨识，进而微观探析，切实落实抽象空洞的概念教学于课堂中。

一、宏观辨识和微观探析解析

宏观辨识与微观探析就是学习化学，通过察看、辨识一定条件下物质的形态及变化的宏观现象，初步掌握物质及其变化的分类方法，并能运用符号表征物质及其变化。能从物质的微观层面理解其组成、结构和性质的联系，形成“结构决定性质，性质决定应用”的观点。对于物质的宏观辨识与微观探析是中学化学学科素养中最基础的素养。

二、物质的量学习现状分析

“物质的量”是苏教版高中化学《必修1》主题1物质的分类和转化之后的一节内容。对于刚刚步入高中的学生物质的量是一个陌生、抽象，空洞的事物，该概念又是针对微观粒子，看不见摸不着，并且无直观的实验演示。针对学生特别容易出现的问题归结如下：

1“蜻蜓点水”——认识不够深入

问题1 “1个CO2含1个C原子，1mol CO2含1个C原子”，这是学生初学物质的量时常见的错误认识，可见没有真正掌握物质的量的定义是“表示含有一定数目粒子的集合体”。

2“囫囵吞枣” ——宏、微观分不清楚

问题2 “1摩尔氧含有6.02×1023个O;1mol 硫酸中含有2× 6.02×1023个H+”

学生在化学用语上明显出现指代不清：1摩尔氧是原子还是分子？硫酸是宏观概念，是有硫酸分子组成，而不是含有H+，显然对构成物质的微粒分不清楚。

3 “空中楼阁”——原有的知识和经验不足

问题3  18g水中含有的电子数和中子数均为18NA

不少学生不知道原子中电子数与质子数的关系，无从下手计算;多数学生对这些微粒观的认识仅处于记忆层面，很难实现认知上的内化。

4“浅尝辄止”——定量观欠缺

问题4 现有CO、CO2、O3三种气体，它们含有的氧原子个数之比为1∶2∶3，则这三种气体的物质的量之比为（） A.1∶1∶1 B.1∶2∶3 C.3∶2∶1 D、6∶3∶2

本题学生普遍觉得非常困难，弄不清原子数与分子数之间的关系，知道相同物质的量的CO、CO2、O3三种气体，氧原子数之比为1∶2∶3;根据n=N/NA推断，粒子的数目之比等于物质的量之比。）初中化学计算的单一性则是建构以“物质的量”为核心的计算失败的更直接的客观原因。

总结上述问题，学生学习物质的量的主要问题所在就是微粒观的缺失。学好化学，就要从微观层面认识物质，以符号形式描写物质，在不同层面创造物质。所以，建立微粒观是重中之重。

三、微粒观是分析物质的基础

化学是研究物质的一门科学，物质都是由不同微观粒子构成的。要研究或理解具体物质的化学问题时，就要全面深入微观世界去分析、解释、论证，用微粒观去解决具体物质的化学问题。

1.建立微观粒子模型图

物质是由肉眼看不到的分子、原子和离子等微观粒子构成的，如何引导学生从宏观世界步入充满神奇色彩的微观世界，利用微观粒子的特征及量的关系，建立微观粒子模型图，是化学学科特有的直观思维方式。

例如下列示意图中，白球代表氢原子，黑球代表氦原子，方框代表容器，容器中间有一个可以上下滑动的隔板。其中能表示等质量的氢气与氦气的是（）

2. 重視“宏观-微观-符号”相结合

化学是一门宏观与微观相统一的学科。教学中通过实物的观察、联想、猜测、数据、动手操作、模型、示意图等信息和活动，引导学生从宏观、微观、符号三者相结合的视角认识物质，从而建立起微粒观。例如金属铜，它是单个的铜原子聚集而成。我们熟悉的食盐（氯化钠）是由许许多多的钠离子和氯离子聚集构成的。这样不仅培养学生从直观形象的宏观物质世界过渡到抽象的微观世界，还能用微观粒子解释宏观物质构成的思维方式。

3.化学实验是宏观与微观结合的节点

对看不见摸不着的微粒，学生很难理解.如何帮助学生从微粒出发对宏观世界的化学现象进行理解？通过化学实验来探究微观粒子的变化，帮助学生更加形象地认识抽象事物，加深对微观粒子的理解.学生通过对实验现象的观察，运用宏观与微观的联系，对微观反应过程的想象、推理使学习活动变得真实，深入。这样的学习，学生才能够充分把握物质的性质和变化规律，为知识系统的形成打下坚实的基础。

四、课堂教学中如何做到“宏观辨析，微观探析”

要弄清楚宏观事物必先搞清它的微观结构。在化学教学时，要时刻把握两者的关联，创造真实情景，让学生去模拟感受微观世界。对于物质的量的学习，本人采用下列教学措施，使得抽象的概念学习更加直观化，形象化。

环节一 追寻科学史—促概念形成

初学物质的量时，很多学生感到无法建立起和“物质的量”的联系。有的学生反映物质的量不就是物质的质量或者数量吗？质量和数量不都有各自的单位吗？何必再来一个摩尔？学生大量的问题导致教学内容难以推进。究其原因，主要是初中“微粒观”的过低要求导致物质的量导入失败的客观原因。如果我们不从微观入手，另辟蹊径，引领学生还原历史情境，从历史的角度认识并了解物质的量，从科学家探索物质的奥秘过程入手，从宏观入手，带领学生去思考如何把宏观的物质和微观的原子、分子结合起来，统一认识？这样的引入物质的量这个概念，可能较符合学生的认知水平，更容易接受这个陌生的事物

环节二 设置问题组，实现宏微转化

通过设计驱动性的问题，即具有一定深度和難度、学生仅凭已有的知识又不能完全解决的问题，用组合、铺垫或设台阶等方法来降低问题的难度，驱动学生用相关的微粒知识正确解释宏观现象，使其原有的微粒观在应用中得到巩固和发展。通过一系列的问题，从宏观到微观，层层深入，找到宏观连接微观层面的桥梁——物质的量，使得学生心里真正的接受“物质的量”。

思考并讨论：

1、如何通过实验方法测知一桶硬币的数量？

2、用什么作为计量微观粒子数的单位呢？

3、宏观与微观这两个不同的研究领域之间我们如何才能建立科学的联系？

4、1摩尔的微观物质中有多少个粒子？

5、为什么物质的量是描述微观粒子的物理量？

6、等摩的物质所含的微粒数与其状态有无关系？

7、物质的量与微粒数之间如何换算？

对问题5可以采用反证法，加深学生对微观粒子的理解

请计算：若將6.02×1023 美元，分給地球上的人，按地球约6×109人 计，每个人可分得（）美元？

学生通过计算可见，宏观物质就是再小，如果用摩尔做单位来描述它们都显得太大了。所以，物质的量及其单位摩尔都只能用于描述微观粒子。因为摩尔数值很大，物质的量只能表述微观粒子，对宏观是无意义的。

环节三 创设真实情境，实现宏微结合

微观知识抽象，纯理论的教学使学生更难理解，要帮助学生真正从宏观步入微观，形成从微观的角度认识物质世界的视角，确实是一个难点。如果在教学过程中，立足于学生已有的生活经验，基于真实情境进行化学学习，使学生产生更多美好的情感，体会化学研究、解决问题的方法，帮助学生更好地理解微观知识，进而理解宏观现象，可以有效地提升学生的科学素养。

例如在“物质的量”概念引入教学中，通过银行工作人员清点大量硬币的案例，将物质的量的概念迁移到生活情境中 “假如你是一名银行的工作人员，面对如此繁多的硬币，要如何计数呢？”让学生动脑思考、动手实践，充分发挥其潜能，使其不仅学习了“物质的量”的知识，也学习了分析问题的方法。又以“假设老师现在有1克金子，而大家手里有一亿个金原子，从价值上考虑，大家愿意和我换吗？”将宏观质量与微观粒子原子联系起来学习摩尔质量的概念。知识只有在真实的情境中呈现，才能有效地激发学习者的认知需要。教学中应创设丰富多彩的宏观现象来启发学生的微观思维。

环节四 演绎推理—定性转向定量

抽象的教学内容，可以给学生呈现资料，通过计算获得数据更有说服力。例如阿佛加得罗常数和摩尔质量的获得

【数据资料】若称出12C原子质量为1.993×10-26kg，请算出12克碳含有多少个碳原子？

由于：碳原子数=12克/一个碳原子质量

科学规定：12克碳-12含有的碳原子数就为阿佛加得罗常数。 学生有了这个推理过程，对阿佛加得罗常数的得来就有了清楚的认识，由此延伸到物质的量概念就容易多了。

物质的量通过摩尔质量的引入，把定性的宏观质量研究转向定量的微观粒子的研究。摩尔质量有什么数值规律？

引导学生进行了以下推导：以一个碳-12 原子质量的1/12作为标准，任何一种原子的平均原子质量跟一个碳-12 原子质量的1/12的比值，设 m（a）表示一个 a 原子或分子的质量，m（12C）表示一个12C 的质量则有：

科学规定：1 摩尔碳-12原子的质量为 12 g，于是 m（12 C）×N A =12 g/mol =Ar（a）

可得到结论：即摩尔质量的单位为 g/mol时，在数值上等于该物质的相对原子质量或相对分子质量。

综观以上推理，学生对 1 摩尔的质量标准规定有了更加深入的认识，这个基础的根源则是相对原子质量的定义，形成了摩尔质量的数值规律，给计算带来了很大的方便。

在这个阶段的教学中，单纯的运算不是主要目的，根本目的在于通过物质的量引导学生在宏观与微观之间建立联系，养成利用物质的量这一视角去观察日常生活中的物质及其变化的思维习惯，对常见的宏观现象辨识能从微粒集体的层面作出相应的探析。

环节五. 建立微观层面的定量关系

物质的量是基于微观粒子变化的研究，同时又涉及到计算，既是微观层面，又是定量层次，此时帮助学生从宏观物质的质量到微观粒子的物质的量的思维转换是关键的关键。教学中，可以从学生熟悉的电解水入手，根据直观的图示，让学生从两个方面描述水的分解反应。

宏观：36份质量的水分解为4份质量的氢气与32份质量的氧气;

宏观：质量之比为H2：O2：H2O=1：8：9

微观：分子数之比为H2：O2：H2O=2：1：2

物质的量之比为H2：O2：H2O=2 N A：N A：2 N A

从学生原有的前认知“质量”顺利过渡到“物质的量”，为我们定量认识化学反应提供了一个新的视角。这样不仅培养学生从微观角度认识，解释宏观现象的思维方式，还形成宏观现象与微观解释的思维途径，加深对守恒的基本思想的理解。

总之，宏观辨识与微观探析在物质的量教学中恰当的应用，减少抽象、空洞的微观粒子给学生的陌生感，从真实的生活情境出发，让学生感受到生活与微观世界的联系，并且学会了用微观粒子探究物质反应的实质。所以，培养学生“见宏思微，以微窥宏”的思维方式，在化学教学中不仅要重视构建微粒观，更要用微粒观看世界，探究微观世界的奥秘，这也有助于培养学生综合分析和应用科学知识，解决自然、社会、生活中的种种问题。

参考文献

[1]  魏樟庆新课程高中化学“微粒性”观念的建构[J]化学教育，2008，（10）：14

[2]  王祖浩主编.化学必修 I南京：江苏教育出版社，2014.5