基于学科理解的微粒间作用力认知体系建构  

作  者:
杨军 

作者简介:
杨军,江苏省通州高级中学(江苏 南通 226300)。

原文出处:
化学教与学

内容提要:

微粒间作用力是学生理解物质结构、性质与变化本质联系的重要节点。文章针对当前教学中存在的概念割裂、概念抽象、理解困难等问题,以“海水晒盐”为情境,通过整合教材内容、设计渐进式教学框架,探讨如何在高中化学必修阶段初步建构微粒间作用力的认知体系。教学中引导学生从宏观现象认识微观本质,帮助学生区分化学键与分子间作用力的强弱及本质,并建立微粒间作用力与物质性质的联系。实践表明,基于情境的任务驱动式教学能有效提升学生的微观探析和模型认知素养,为后续选择性必修模块的学习奠定基础。


期刊代号:G37
分类名称:中学化学教与学
复印期号:2026 年 01 期

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  物质的性质与变化本质上是微观粒子间相互作用的外在表现。理解微粒间作用力,是学生建立“结构决定性质”学科观念的主要认知节点。然而,当前教学中普遍存在概念碎片化问题,如人教版化学教材将化学键与分子间作用力分散在不同学段,导致高达63%的学生认为“化学键是原子间的实物连接”,甚至将离子键的形成简单等同于“电子转移的数学游戏”。这种割裂式的知识呈现方式,阻碍了学生对化学键本质的深层理解。化学学科理解不仅仅只是对化学知识的理解,还包括对具有化学学科特质的思维方式和方法的理解。[1]它强调从学科本质出发,超越机械记忆,聚焦“静电作用”这一核心原理,揭示离子键、共价键与分子间作用力的统一性;建立“宏观现象—微观模型—符号表征”的认知链条,形成网络化知识体系;将抽象概念锚定于真实情境,发展问题解决能力。

  笔者以“海水晒盐”为整合情境,融合建构主义“同化—顺应”机制与认知负荷理论,设计四阶段螺旋式教学框架,从感知作用力强弱(实验驱动)到建模化学键本质(数据推理),最终实现知识迁移(解释晶体性质差异)。通过实验探究、动态模拟与分层任务,帮助学生突破“微粒不可见”的认知壁垒,在“宏观—微观—符号”三重表征的互动中,初步建构微粒间作用力的认知体系,为选择性必修阶段的深度学习奠定基础。

  一、教学问题诊断:教材编排与教学实践的困境

  (一)教材内容的分裂性编排

  在教学实践中,核心概念的知识发展历程是教学的学科逻辑基础。通过对人教版初、高中化学教材的梳理,笔者发现微粒间作用力及相关概念的编排考虑到学生的认知水平在不同学段存在差异,将“微粒间作用力”系统概念开展渐进式教学,但前后时间跨度比较大,导致学生难以建立起彼此间的联系,对“微粒间作用力”的常见类型、强弱、本质及应用没有形成总体认识。

  (二)教学实施的割裂性现状

  《普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)》在教学与评价建议中明确指出,结构决定性质是化学学科的核心观念,是宏观辨识与微观探析思维方式的具体表现形式。[2]“微粒间作用力”是一个概念系统[3],是联系物质结构与性质的一个重要的主题。学生在初中已经认识到宏观物质是由原子、分子和离子这些微观粒子构成的,但是认知水平只停留在这些微粒的简单堆积层面,没有微粒间相互作用的概念。[4]分子、原子、离子是如何构成形形色色的物质的?这是高一学生最朴素的问题之一。目前,关于微粒间作用力的教学存在以下问题。

  (1)过度强调离子键与共价键的对立,忽视基于静电作用的统一性。教学中教师过分强调金属元素与非金属元素性质存在很大差异,未能揭示离子键、共价键的本质是静电作用,把离子键与共价键的形成描述成毫无联系甚至是对立的过程,导致两者完全割裂,违背辩证统一、量变引起质变的哲学思想,难以将后续的金属键纳入化学键的认知体系中,过渡晶体概念的提出也存在认知障碍。

  (2)化学模型使用不当引发对化学键的误解。教学中教师使用化学模型(分子的球棍模型、晶体模型等)将学生的认知从宏观水平转化到微观水平,但由于宏观物体间的作用力与微观粒子间的作用力本质不同,部分学生会在学习的过程中形成错误的理解,如“化学键是一种原子间的相互作用,完全不同于肌腱、模型中的连接件”。

  (3)缺乏跨学段整合,导致后续概念衔接困难。以人教版化学教材为例,不同的微粒间作用力分别编排于不同的学段,大多数教师在教学中未能有效整合教材内容,未梳理各微粒间作用力之间的联系,未挖掘微粒间作用力的本质,导致学生认为“各微粒间作用力是相互独立的,化学键与分子间作用力、共价键与离子键、范德华力与氢键之间是没有联系的”,导致“金属键”“过渡型晶体”“超分子”等概念的衔接困难。

  (三)学生认知的障碍与迷思

  高一学生具备初步的微粒观和变化观,了解物质是由原子、分子或离子构成的,了解构成物质的微粒之间存在一定的作用力;知道物质性质与微观结构相关,但无法具体说明如何关联;对原子如何结合成分子缺乏理解,尚未建立起对微粒的结构、微粒间的作用与化学性质关联的认识。

  高一学生存在微观想象力不足、多因素交互分析能力弱、符号表征与模型脱节等问题。他们虽然能进行简单的逻辑推理和因果分析,但对复杂概念(化学键的本质)易产生单一归因(认为“所有金属与非金属结合都通过电子转移”);对微观粒子相互作用(静电引力、电子云重叠)的想象存在困难,需借助可视化工具辅助理解;难以将宏观物质的熔点、导电性与离子键、共价键建立联系;对“化学键是强相互作用”缺乏直观感受,易与分子间作用力混淆。由于学生不注重学科理解,这容易形成不完全符合科学定义的概念[5],即“迷思概念”。我校高一学生化学键辨析正确率仅42%,主要迷思为“电子完全转移”(63%)。化学键涉及微观粒子相互作用(静电作用、电子云重叠),若教师直接讲授理论,学生易产生“学不会”的心理暗示,导致学习动力减弱。

  二、学科理解导向的教学框架设计

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