基于“宏观辨识与微观探析”素养发展的实验教学

沈伟云

摘要：“宏观辨识与微观探析”是化学核心素养的重要组成部分。实验是化学教学的基础，结合初中化学实验，提出了“联系实验现象、建立微观反应模型，拓展实验探究、分析微观科学本质，推断实验习题、加强宏微之间联系，质疑实验异常、开展宏微深度学习”等教学策略。

关键词：宏观辨识与微观探析；核心素养；化学；实验

文章编号：1008-0546（2021）11-0091-02中图分类号：G632.41文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.11.023

*本文系2019年浙江省教育科学规划课题立项“基于理性思维培养的初中科学实验教学研究”编号：2019SC221阶段性成果。

化学是一门从原子、分子水平研究物质组成、结构、性质、转化及其应用的基础学科[1]，实验是初中化学的基础，“宏观辨识与微观探析”是从分子、原子层次对物质结构、性质、能量转变等及其相互关系的基本认识，既是化学学科重要的观念，又是化学问题解决的思维视角。[2]“宏观辨识与微观探析”是中学化学核心素养的重要组成部分，是化学学科最具特色的思维方式和观察视角。

但目前初中化学课程标准仍在沿用2011版，尚未明确提出化学核心素养教学体系，又加上初中化学内容少、浅，有关“宏观辨识与微观探析”素养培养方面的教学研究还有待深入。初中阶段的化学学习具有启蒙性、基础性，是形成化学观念、概念、技能等化学素养的关键时期。为此，基于化学实验的视角，渗透“宏观辨识与微观探析”素养的培养，是一项非常有必要和价值的教学实践与探索。

一、联系实验现象，建立微观反应模型

微粒观是学生形成化学基本观念的核心，通过微粒观的教学，有助于学生建构从微观视角思考宏观世界的化学观。教师可通过初中化学实验引导学生结合化学宏观现象，建构微粒模型去分析化学反应实质，促进学生微粒观的形成。

如水的电解，其宏观现象是产生能燃烧并且产生淡蓝色火焰的H2以及能使带火星木条复燃的O2，而且H2和O2的体积比为2∶1，为了分析水电解的实质，教师可引导学生建立水电解的模型，如图1所示。从微观视角分析，即水分子在通电条件下分解成氧原子、氢原子，然后再由氧原子结合成氧分子，氢原子结合成氢分子。

又如在初中化学实验中，钠在氯气中燃烧的电子得失、硫在氧气中燃烧、制作甲烷的分子模型等等都可通过建构微粒模型，分析物质组成、化学反应等宏观现象。

通过引导学生建构化学物质、化学反应的模型，促使学生从微观视角看待化学反应现象，培养学生基于微粒观，解释或者预测化学反应的能力。教师可引导学生通过绘画或者搭建、拆分、重组、展示微粒模型等学习活动，使学习内容生动有趣、具体形象，培养学生“宏观—微观—符号”三重表征的思维方式。

二、拓展实验探究，分析微观科学本质

科学探究既是一种重要的学习方式，也是化学学习的重要内容。化学课程标准指出，化学探究的教学仅凭课堂教学是不够的，应将其延伸到课外综合实践活动中去。教师可引导学生在教材实验基础上进一步拓展探究，引导学生分析化学反应的微观实质，探究化学科学本质。

如教材中对于酸碱中和反应的实验是在NaOH稀溶液中滴加1滴酚酞溶液，变红色，再滴加盐酸，直至红色刚好褪去来反映反应发生。仅从宏观实验现象的变化来判断，没有基于微观视角思考。

为此，教师可作如下拓展：对Ba（OH）2溶液与HCl溶液混合实验进行拓展探究。

怎样证明H+、OH-发生反应呢？

实验操作：在装有6mL Ba（OH）2溶液的试管中加入6mL稀盐酸，等分为2份。教师设置问题：（1）若要说明溶液中不存在大量的OH-，该如何操作？经学生讨论得出：滴入几滴酚酞试液，若观察到溶液呈无色，则说明不存在OH-；（2）若要说明H+参加了反应又该如何操作？有学生提出，往混合液中滴加几滴石蕊试液，观察到变红色，说明溶液中存在H+。有学生提出异议，这不能证明盐酸中的H+参加了反应。经讨论，进一步的探究方案如下：①把足量的镁片放入盛有另一份混合液的试管中。②取3mL水和3mL相同质量分数的稀盐酸加入另一支试管中，放入同样的镁片，观察到第①步产生气体速度比第②步慢，由此可证明原混合液中的H+参加了反应。

教材实验是从宏观角度来判断酸和碱反应了，中和发生。而该实验通过拓展探究，基于微观视角从H+、OH-离子的角度来说明酸与碱反應的实质是H+与OH-发生反应生成了水，培养了学生从微观视角解释问题的能力。

三、推断实验习题，加强宏微之间联系

“宏观一微观”思维方式作为一种统摄性的、突出学科特点的整体性思维方式为人们提供了观察和分析问题的基点和视角[4]。化学实验推断试题，是常见的一类试题，教师可根据溶液反应的宏观现象，推断离子组成，进而加强宏观与微观之间的关系。

溶液之间的化学反应常常会出现沉淀、气体等宏观现象，究其实质，是离子之间的结合。通过引导学生解析实验推断问题，不仅有助于培养学生“证据推理和模型认知”的科学思维，也有利于促进学生“宏观辨识与微观探析”素养的发展。

四、质疑实验异常，开展宏微深度学习

实验异常是化学教学的“挫折”，往往会阻碍化学结论规律的顺利得出，但又是重要的不可忽视的教学资源，有利于学生批判性思维的发展。实验异常往往指宏观现象，初中阶段其解释一般停留在宏观层面，若基于微观视角进行分析，不仅有助于增强学生的宏微表征能力，也有利于开展化学的深度学习。

如将一小块钠投入到硫酸铜溶液中，出现钠熔化燃烧，发生嘶嘶声音，游走，生成蓝色沉淀等现象。为什么钠与硫酸铜溶液没有发生置换反应生成铜呢？

化学的特征是引导学生基于微观视角认识物质的性质及其变化。在对实验异常现象进行分析时，教师也要积极鼓励学生基于微观角度进行思考，究其原因，发展学生“宏观辨识与微观探析”的核心素养。

化学从本质上来说是一门实验科学，三重表征的学习也离不开实验。约翰斯顿认为，在解释微观世界和理论之前，一定要让学生有一定的宏观认识，并且这种宏观认识的材料提供得越多，越有利于学生的学习[5]。作为初中学生，逻辑思维能力还较为薄弱，从宏观辨识转换到微观表征，还存在一定的困难，为此，通过实验，丰富学生宏观表征体验，增强学生的感性认知，然后教师要有意识引导学生将宏观现象与微观结构联系起来，促进学生“宏观辨识与微观探析”素养的发展，提高学生化学核心素养。

参考文献

[1]韩梅.高中化学学科中的社会责任素养内涵及课程内容指向探析——以必修课程为例[J].化学教学2020（2）：9-13

[2]吴星.对高中化学核心素养的认识[J].化学教学，2017（5）：4-5

[3]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018

[4]张园园.化学学科“宏观-微观”思维方式研究[D].济南：山东师范大学，2007

[5]张丙香，毕华林.化学三重表征的含义及其教学策略[J].中国教育学刊，2013（2）：73-76