基于微观探析和模型建构理念的物质的量教学设计.pdf

年 月云南化工 第 卷第 期 ，：基于微观探析和模型建构理念的物质的量教学设计徐锐，康健，黄理渊，马卫国，王永利 （肇庆学院环境与化学工程学院，广东肇庆 ；蒲城县第三高级中学，陕西渭南 ）摘要：“物质的量”是高中化学的核心概念，该内容难懂抽象，多数学生只会应用却不能理解其内涵。为帮助学生更好的去理解和掌握该内容，结合微观探析和模型建构的理念对“物质的量”及其相关概念进行讲授，通过具体的教学，将抽象内容具体化，引导学生从宏观的视角去类比分析微观模型中的问题，帮助学生搭建学习化学的思维框架，启发和培养学生构建模型的思维方式。关键词：微观探析；模型建构；物质的量；教学设计中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，；，）：“”，“”，：；“物质的量”及其相关概念一直以来都是高中化学学习的难点内容之一，该内容比较抽象，因此学生不容易理解。如果教师对相关化学史、知识演变和最新动态不了解，就会导致不能很好地进行逻辑推理从而导致学生不能很好的理解“物质的量”相关知识 。通常情况下，很多教师在授课这部分内容时，没有把定义“物质的量”的原因、数值和单位的来源等逻辑关系讲清楚，也没有关注定义“阿伏伽德罗常数”的最新动态。学生学习这部分知识时，往往没有理解，稀里糊涂就过去了，多次练习后才会应用。因此，让学生真正知道为什么要定义“物质的量”、“物质的量”的含义、“摩尔质量”与“相对原子（或分子）质量”的关系，并在理解的基础上应用“物质的量”计算是非常必要的。教学案例设计说明本文从“微观探析”的角度出发，将“类比推理”的教学策略与“模型构建”的理念相结合，以阶梯式驱动问题为授课主线，对“物质的量”的教学过程重新设计：以科研和生产中，当称一定质量的物品、量一定体积的溶液，就需要知道其中所含物质的微粒数例，引出“物质的量”内容讲解；以珠宝商用板数珠的生活实例，打包数数的思想，也就是“集合”的思想，引出“物质的量”的定义；用生产生活中打包计算（例如一盒回形针、一包纸巾等）一些物体的数目，来比喻打包计算微观粒子数目，引出并介绍“阿伏伽德罗常数”的由来；引导并向学生展示“原子（或分子）的质量在数值上等于相对原子（或分子）质量、单位为克”的推理过程，建构数学模型。教学过程设计基于微观探析和模型建构理念的物质的量的教学过程设计如表 所示。年 月云南化工 第 卷第 期 ，表 教学过程设计一览表第 课时物质的量的单位 摩尔教师活动学生活动设计意图教学环节一：课程引入【问题引入】请同学们分别从宏观和微观的角度来描述下列化学方程式 ：宏观：微观：？【过渡】在初中我们是利用质量去计算两种或几种物质之间的相互反应物和生成物的量。但在我们的科研和生产过程中，在称出物质的质量或量出溶液体积的时候，需要去知道这里面的微粒数有多少。【思考】连接宏观可测量物质和微观难测量粒子之间的桥梁是什么？思考并回答：宏观：碳和 氧气 生 成 二 氧化碳；微观：一个碳原子和一个氧气分子生成一个二氧化碳分子。通过具体化学方程式引导，使学生感受到初中化学的化学方程式计算，只能表达质量，不清楚微粒数。引出科研和生产生活中，称一定物质的质量或量一定溶液的体积，需要知道其中的微粒数。从而理解需要定义一个新的国际基本单位的重要性，在宏观与微观之间建立起一个桥梁。教学环节二：问题探究【课件展示】水的密度为 ，一个水分子的质量是 。【问题 】一滴水（约 ）中有多少个水分子呢？请同学们计算。【答案】个水分子。【讲解】这个数字意味着一滴水让 亿人去数，每人每分钟数 个，日夜不停地数，需要 万年才能数完。可见这个数字有多么惊人。计算 大 概 的 数 量 级，得出答案为 个水分子。联系实际，通过对一滴水中水分子数的计算，使同学们切实体会到水分子非常之小、数目非常庞大，所以直接用水分子的数目计算非常不方便。【教师演示】准备一瓶矿泉水，演示喝一口水。【问题 】一瓶水中有多少水分子？学生现有的知识无法解决问题 。创设情景设置问题，了解数大量水分子的不方便之处，形成认知冲突。【问题 】为了解数水分子的方法，现在来看一看珠宝商是如何快速数出大量的翡翠珠子的。学生感知生活情境。介绍生活中的例子，使学生对新知识的学习更感兴趣。【展示动图】珠宝商家用数珠板快速数出一定数量的（颗）珠子。【讲解】像珠宝商这样打包数数的思想，一板珠子 个，一板一板地多次数就能数清楚大量珠子。我们把这种对体积较小，数目较大的数数方式，像珠宝商这样打包数，就是“集合”的思想。【提问】在日常生活中还有哪些用品是利用了集合的思想呢？学生交流并回答：一包纸巾 张，一盒回形针 个，一袋大米 ，一件牛奶 盒等。引导学生联系实际生活场景，打包计算物体数量，为微观粒子定义“物质的量”的模型做铺垫。【教师引导】仿照数翡翠珠子的思想，水分子应该怎么去数呢？【概念引出】可以将微粒按照一定数目进行打包，类比成为一“板”水分子，像这种含有一定数目微观粒子的集合体，叫做“物质的量”。思考数水分子的方法，用生活化的场景理解“物质的量”的定义。利用珠宝商数珠的方法，类比“物质的量”打包数微观粒子的思想，使学生有了建构模型的初步认识。年 月云南化工 第 卷第 期 ，表（续）第 课时物质的量的单位 摩尔教师活动学生活动设计意图【概念讲解】“物质的量”是七个基本物理量之一，例如同学们熟悉的“长度”，是用来衡量物体的长短，“质量”是用来衡量物体的轻重，“物质的量”是衡量微观粒子的多少。回到最开始的问题，连接宏观可测量物质和微观难测量粒子数之间的桥梁是什么呢？抽问学生：其实就是“物质的量”。对比七个国际基本物理 量，认 识 并 理 解“物质的量”的基本思想和应用范围。让学生理解“物质的量”是七个国际基本物理量之一，使学生知道“物质的量”的重要意义及使用方法。【回忆示例】一盒回形针 个，一包纸巾 张，一板翡翠珠子 颗。【问题 】一“板”水分子是多少呢？【展示国际定义】年，第 届国际计量大会规定：任何粒子所含的粒子数与 中所含的碳原子数相同。年，第 届国际计量大会，决定不再以任何物质作为标准，而是以常数（约为 ）的方式定义“物质的量”。【引出结论】一“板”水分子，其实就是我们所说的 水分子，约等于 。类比一“板”的数值，并 理 解 国 际 上 对 一“摩尔”的定义。在宏观与微观之间建立起桥梁，用生活中用品打包数的方式，类比运用到一“板”水分子中，从而引 出 最 新“物质的量”的国际定义，解决一“板”水分子具体数目的问题。【提问】同学们知道这一“摩尔”数值有多大吗？【具体感知 】如果把 个直径为 的硬币排成一行（），可以来回于地球与太阳之间（地球到太阳的距离为 ）多少次呢？通过计算，答案约是 亿次。学生计算并回答。通过实际例子的练习，让学生体会 微粒数量之大。【具体感知 】（）如果把 粒米（大米约有 粒）给全球 亿人吃，每人每天吃一斤（），要吃多久呢？（给数据让同学们计算。）答案是 万年；（）全世界几千年的产量（以 年全球稻谷产量 为例）有没有这么多呢？请同学们计算。结论是：（计算出结果为 亿 ）全世界几千年的产量都没有这么多！体会 数值的实际大小。通过具体计算，使学生更加理解定义“物质的量”的重要性。【提问】摩尔能不能用于数宏观物体？学生回答：不能用于数宏观物体，只能用于数微观粒子。形成“摩尔只能用于数微观粒子的数目”的观念。【例题】判断以下说法是否正确：硬币（）稻谷（）细菌（）【说明】摩尔是用来衡量微观粒子（如分子、原子、质子、中子、电子等）数目的单位，不能用于宏观物体。学生回答：这些说法都是不正确的。通过例题，进一步强调“摩尔”的适用范围，不能用在宏观物体，即使细菌也是大量分子、原子的集合，不是微观粒子。教学环节三：整理归纳【小结 】一、物质的量）定义：表示含有一定数目粒子的集合体。）符号：）单位：摩尔，简称摩，符号为 ）标准：国际上规定，粒子集合体所含的粒子数，约为 个。为纪念意大利的阿伏伽德罗，这个数又称为阿伏伽德罗常数。明确“物质的量”的定义、符号及单位。讲解定义，建构模型。二、阿伏伽德罗常数）定义：任何粒子所含的粒子数叫做阿伏伽德罗常数。）符号：）单位：（每摩尔）数值：精确值、近似值 （可以与 类比）明确“阿伏伽德罗常数”的定义、符号及单位。将“阿伏伽德罗常数”与 类比，使学生认识到科学家还在继续测定“阿伏伽德罗常数”的准确值，只是数值近似约为 。年 月云南化工 第 卷第 期 ，表（续）第 课时物质的量的单位 摩尔教师活动学生活动设计意图【思考】物质的量（）、阿伏伽德罗常数（）与粒子数（）之间的关系？【引导】“板”“摩尔”个水分子“板”“摩尔”个水分子从以上关系中，同学们思考粒子数等于谁与谁的积呢？学生思考并得出下列关系式：；通过思考题以及教师的提示，得出“物质的量”、“阿伏伽德罗常数”、粒子数三者之间的关系，建 立 数 学模型。教学环节四：延伸推理【问题】如果翡翠珠子的数量很大的时候，我们用板数起来也很麻烦，这个时候我们要怎么快速的去数出大量的珠子呢？【故事介绍】年冬季的某一天，在江西省观西村的山上，汉朝墓地 海昏侯墓被村民发现，考古队专家对墓穴发掘和整理后，发现了十吨左右的铜钱，考古人员花费了半年左右才将这些铜钱数完，可见数量之多。假设铜钱未被氧化变色或分解，你怎样快速地大概数出这些铜钱的数量呢？（思考后抽问。）具体做法：可以先数出 枚铜钱，称出质量，以 为一个集合体，用铜钱的总质量除以这 枚铜钱集合体的质量，就求得了铜钱的总数。观看故事，思考方法。（抽问学生可能回答正确或不正确，教师再说出方法。）通过故事介绍，启发学生思维，将此类比到数出大量珠子的问题中。将质量与数量联系了起来。联系实际把抽象的问题具体化，方便学生理解。【提问】现在你们能否解决【问题 】如何数出一瓶水中 分子个数呢？【引导建构模型】数珠模型：大量珠子总个数 大量珠子总质量一板珠子质量 个 板类比数珠模型，构建数水分子模型：瓶水 分子总个数 瓶水的总质量“摩尔”水的质量 个“摩”学生回答：称重。在教师的带领下建构模型。构建数珠模型和数水分子模型，通过数水分子模型，解决问题 。通过实际问题建构宏观模型，类比迁移到建 构 微 观模型。【提问】在“瓶水中 分子总个数”的表达式中，未知量是哪一个呢？“摩尔”水的质量。通过简单的提问，让学生明白建构模型的意义。【引导】要知道“摩尔”水的质量是多少，可以从我们刚刚学习的国际定义，还有在初中学习的相对原子质量来解决。回忆初中化学对相对原子质量的定义。感受知识的衔接。年 月云南化工 第 卷第 期 ，表（续）第 课时物质的量的单位 摩尔教师活动学生活动设计意图初中对相对原子质量的计算：某原子的相对原子质量 个该原子的质量个 原子质量 例如：的相对分子质量 个 分子的质量个 原子质量 根据上式可以得到：个 分子的质量 的相对分子质量 个 原子质量 过渡到水的相对分子质量。还原一个水分子质量计算的数学表达式。感知整个推导 的质量的结果（包括数据和单位）的过程。展示推理过程。以“最近发展区”理论为依据，在旧知识上找到生长点，使学生清楚“任意微粒的质量等于该微粒的相对质量，单位为 ”，形成理解记忆。的质量=1 H2O+BFNA=182.65710-23g121g102.6571223-g=18 g “18”“g”分子、分母上的两个：“”约掉、两个“”约掉，剩下“”和其中一个“”。通过相对原子质量或相对分子质量的定义，证据推理，得到 某物质在数值上等于相对原子质量或相对分子质量，单位是克。【概念引出】任意微粒的质量=1 A1+BFNA=A1+,UUBF 12C BF 1/12+BF+BFCCg1212112“A1+,UUBF“g”1=A1+,UUBFUUgU【得出结论】任何粒子的质量以克为单位时，其数值都与该粒子的相对原子质量或相对分子质量相等。通过类比迁移到所有的 摩尔微观粒子质量上的数值和对应单位，理解“摩尔质量”的推导过程。通过推导过程，培养了学生的逻辑思维能力，使学生对“宏观辨识与微观探析”得到了具体的落实。【小结 】三、摩尔质量）定义：单位物质的量的物质所具有的质量。）符号：）单位：或 ）摩尔质量与相对原子（分子）质量的关系：联系 在数值上相等。区别 概念不同；单位不同摩尔质量的单位为 ；相对原子（分子）质量的单位为 ，一般不写出。（）表达式：明确“摩尔质量”的定 义、符 号、单 位，以及“摩尔质量”与“相对质量”的区别和联系，抓住本节课的重点内容和重点知识，抓住要点记忆。让知识“由厚变薄”，使学生理解和记忆更加准确，对概念的把握更清晰，建构起“物质的量”相关知识的完整模型。教学环节五：课堂练习【当堂巩固】课本 例题变形：（相对分子质量为 ）物质的量是多少？通过所学表达式计算，得出结果。在课堂上及时练习和反馈，巩固知识，充分利用遗忘曲线的优势。教学环节六：总结归纳【问题 】讨论微粒数、质量、物质的量之间到底含有的关系？在此建立一个连接微观世界与宏观世界的一个小式子 。【总结】本节课学习了物质的量，知道它是连接宏观物质和微观粒子之间的桥梁。学生回顾知识，得到如下关系式：回顾本节课的知识，掌握好本节课的两个重点关系式，为以后学习“气体摩尔体 积”、“物质的量浓度”与“物质的量”之间的关系打下基础 ，明确各物理量的含义。【课堂练习】下列说法中正确的是：物质的量就是物质的质量 摩尔是一种基本物理量 摩尔是物质的量的单位 摩尔是指含有微粒数的多少回顾概念，完成练习。通过实际练习，把学过的知识用于实践，让学生对物质的量的定义、使用范围、计算方法等的记忆和理解更加深刻。年 月云南化工 第 卷第 期 ，表（续）第 课时物质的量的单位 摩尔教师活动学生活动设计意图【课后作业】课本 第 题、第 题。完成课后练习。课后再巩固，符合遗忘曲线的记忆规律。板书设计：关键知识的简洁板书，可以使学生形成视觉记忆（视觉记忆比听觉记忆的保持率高），也 方 便 学 生 作 相 应笔记。总结本文运用了微观探析的思维方式，为学习化学学科提供全新的视角，让学生通过具体事例过渡到抽象的概念，加深对化学知识的理解，从而提高学生分析和解决化学问题的能力 。同时运用了思想模型中的数学模型，引导学生建构数珠模型和数硬币模型，为学生建立起一个现实的理论框架，使学生更容易去理解本堂课的知识点；在充分理解概念的基础上，通过数学计算模型的推导，学生能深刻理解“摩尔质量”的来由。在“新课引入”环节，引导学生分别从宏观、微观两个方面去描述化学反应方程式 ，让学生感知到在不同的体系中，对于同一个反应，有不同的描述方式，回顾了初中化学的知识。通过对生活的观察，利用珠宝商快速数珠子的实例建立模型，类比迁移到数水分子模型中，以“集合”的思想引出“物质的量”，使学生将抽象不易理解的微观知识，结合到宏观可视的生活案例中，真正以“宏微结合”的思想做到了理论联系实际，让学生意识到对知识的学习，不能脱离生活而单独存在。“宏微结合”的实际教学，有利于学生体会化学与生活的融合，有利于学生掌握学好化学学科知识的规律，也有利于学生学会和掌握合理、有效的认知方法 。结论从“微观探析”和“模型建构”的理念出发，开展“物质的量”的相关教学，重视培养学生的能力，达成了立足于课堂教学，发展核心素养的教学目的；同时使微观的知识变得具体化，教师能达成引导学生理解知识，收获知识的目标。本文突破了“物质的量”概念引入，以及根据“相对原子质量”的定义推导、讲解“摩尔质量”的由来过程的难点，使学生对这两个概念的掌握更加透彻。从学生的认知基础出发，巧妙地设置问题引导学生自主思考并与同学交流，采用设问和类比启发的方法，引导学生结合生活实际联想，并运用迁移规律掌握重难点内容，以知识为本，构建“宏观辨识与微观探析”、“证据推理与模型认知”的核心素养。参考文献：代飞 基于概念形成史的教学 “物质的量的单位 摩尔”教学设计 化学教育（中英文），（）：王品双，陈彩霞 物质的量 教学设计 郧阳师范高等专科学校学报，（）：徐曼玲，朱永飞 高中化学“物质的量”项目式教学设计 南宁师范大学学报（自然科学版），（）：王楠 基于“宏观辨识与微观探析”的化学教学策略与实践研究 通辽：内蒙古民族大学，张慧琴，吴俊明 刍议化学科学及化学教学的“宏微结合”化学教学，（）：收稿日期：基金项目：年度广东省本科高校教学质量与教学改革工程建设项目【高校化学实验“”教学模式的探究与实践】（）；年度肇庆学院课程思政改革示范项目【有机化学团队】（）；年度肇庆学院质量工程及教学改革项目【两种背景下化学实验“”教学模式的探究与实践】（）。作者简介：徐锐（），女，贵州遵义人，学士，主要研究教育教学。通讯作者：王永利（），男，内蒙古兴安盟人，教授，博士，主要研究应用化学。：