運用微粒運動圖示教學法 引導學生用微觀結構 解釋宏觀現象

湯永海

在《義務教育小學科學課程標準》中，物質領域板塊的“空氣”單元出現了“空氣能否被壓縮”這一宏觀分辨現象，運用了“從微觀結構看物質形態變化”的圖示教學法。引導學生認識物質特性，從微觀結構來理解是一種必要的方式，即使在小學階段也需要培養學生對物質微觀世界的想象力。本文通過搜尋物質單元隱含微觀結構的教學環節，整合宏觀與微觀的內涵關系，在學生認知能力的基礎上，運用微粒運動圖示教學法，引導學生用微觀結構解釋宏觀現象，為學習物質科學打好基礎。

一、教學分析

（一）微觀認知的局部呈現

對低中年級小學生而言，由于認知年齡的局限，對微觀世界的認知甚少，在科學學習中能對生活中的宏觀現象，如刮風下雨、日月星辰等做出直觀描述，就已經很不錯了，很難會有微觀世界的考慮和認知。

微觀結構的形成是建立在大量宏觀現象的基礎上的，不可能是憑空想象，也不能通過大量記憶知識自發形成。因為宏觀與微觀這兩方面在學生的頭腦中往往是孤立的、碎片的，不可能在短時間內形成有機的聯系。對微觀世界的認知和微觀結構的建立，是一個逐步滲透、逐漸完善的過程。對低中年級學生來講，似乎有點拔高。但教材中卻已經出現了需要用微觀結構來解釋的任務，對學生現階段認知水平與學習任務要求出現了矛盾。當然，我們并不是要求學生現在就清晰認知物質的微觀結構，而是需要用符合學生認知特點的方式，來解釋或解決現在的任務，使其更容易接受和理解。

（二）微粒圖示教學法的直觀顯現

鑒于對物質微觀結構的概念建立難度較高、過程較長，筆者建議小學階段用微粒圖示法來輔助學生的學習過程。將物質的狀態變化想象成一個個微粒的運動變化，在分析與比較基礎上，通過線條、箭頭、位置等標識直觀形象地建立事物之間的關系，讓學生清楚地“看見”自己的所思所想，將內隱的思考過程外顯為“可視化”狀態，從而推動學生的思維從低年級的具體形象思維向高年級的抽象邏輯思維發展。

二、運用微粒運動圖示教學法，建立宏觀與微觀的關聯

“水”單元的封面主圖，是水在自然界循環的場景圖，這肯定是個宏觀的圖示。但是，仔細看會發現：從森林和河流上升的寓意水蒸氣的箭頭，既是宏觀的空間運動，也是微粒運動的呈現;從天空云層中下落的雨點，也是微粒運動的呈現。所以說，水在自然界不斷上升下降的循環變化，既是宏觀反映也是微觀呈現。

加強學生微觀結構認知，必須在研究教材的基礎上，匠心獨運，需要利用一幅圖、一個問題、一個小小的模型等教學方式，來引起學生對微觀知識的興趣。圖示法在課堂教學中操作易行，它直觀、簡捷、形象、具體，以圖示的形式進行表達，將學生頭腦中的圖像簡潔畫出來，并以此了解學生的認知程度。

（一）顆粒大小——建立微粒結構意識

《在水能溶解多少物質》一課的教學，就可以為學生建立物質顆粒從大到小變化的微粒觀。例如石塊敲碎變小石子，小石子碾碎變沙子，沙子再變小就成粉末了，粉末再精細研磨就成為納米級顆粒。物質的顆粒大小雖然改變了，甚至變成了肉眼不可見的微小顆粒，但是物質肯定還存在，這就是物質的微粒狀態。通過小小的活動，喚醒學生對物質的微觀認識，也為后面的學習打下伏筆。

在“水”單元第一課《水到哪里去了》教學中，有兩杯水經過2～3天后比較的實驗，開口的杯子水面下降，蓋薄膜的杯子水面幾乎不變，薄膜上出現水珠。在這個分析構成中，可以讓學生來畫一畫水減少的現象。學生的畫法大致有以下三種（如圖1）：

從圖1的現象圖示來看，我們發現學生的表達方式各種各樣，但都明確水從杯口擴散出去了，而且總趨勢都是往上，只是表達運動路線有直線、曲線等不同方式。這時，教師可以要求學生用圖1的微粒圖示來統一表達，用小顆粒表示水的微粒，很多小顆粒表示水從杯口出去了。這樣的水微粒分布圖示法，更能體現水以微粒形式擴散在空氣中慢慢減少的過程，將水蒸發的不可見過程變成了可見的形態。

（二）顆粒位置——呈現微粒分布狀態

在表示物質在水中的溶解情況時，微粒運動的圖示法就非常直觀和實用，對理解溶解與不溶解起到關鍵的作用。糖能溶解在水中均勻分布，就用大小和間距都相同的顆粒表示;油不能溶解在水中，就用顆粒緊密排列在水面附近;沙不能溶解在水中，就用顆粒堆積在水底。由圖2的圖示法可知，不僅能將糖溶解的不可見性和均勻分布的狀態直觀地顯示出來，而且連不溶解的油、沙的分布位置和狀態也能準確表達。

在分離鹽和沙的實驗中，設計了讓學生畫一畫分離前后的物質狀態。因為有兩種物質存在，就讓學生用白圈表示鹽，用黑點表示沙。既要用圖示法表示出兩種物質分離前后的分布位置，還要表示出分布狀態是集中某處還是均勻分布各處。學生因為有了之前的微粒畫圖經驗，也能準確畫出分離前的鹽、沙混合堆積，也能畫出分離后鹽的均勻分布與沙的沉在水底。

（三）顆粒距離——解釋微粒狀態變化

在比較空氣和水能否被壓縮的實驗中，我們能清楚地觀察到空氣可以被壓縮，而水不可以被壓縮。學生固有經驗應該是水也能被壓縮，因為水與空氣具體更多相似性：無色無味透明、沒有固定形狀、會流動。

在解釋能否被壓縮的特性時，課文用了微粒結構的圖示法來解釋，對學生來講是比較直觀的，更容易接受。運用微粒運動圖示法，我們可先來畫一畫空氣和水在容器中的分布狀態，然后再來分析被壓縮的可能性。由圖3可知，左圖的空氣微粒結構松散，分布無規律，微粒間距離比較大，沒有固定的物體表面;右圖的水微粒結構緊密，分布整齊有規律，微粒間距離小，有清楚的水的表面。這樣就容易理解，一個松軟的東西容易被壓縮，而一個緊實的東西往往不容易被壓縮。教材對空氣微粒運動的解釋，就是小圈圈表示物質的顆粒，通過物質顆粒間的距離變化來表示壓縮前后物質分布狀態的變化，從而出現容易被壓縮和不容易被壓縮的兩種情況。請特別留意，教材中對空氣被壓縮過程的示意圖，就是用“〇”表示空氣顆粒。E5085AEB-3F26-496B-A606-66DA58201A74

同樣的方法，可以幫助學生理解水的三態變化，其實就是水的微粒的距離變化的結果：水的微粒距離越大、越松散，就形成了氣體狀態;水的微粒距離縮小，呈現一定的排列規律，就變成了液體狀態;如果水的微粒距離極小，相互間緊密擠在一起，那就是固體狀態硬邦邦的冰了。

（四）顆粒分布——思考微粒運動效果

看《我們來做熱氣球》一課，學生在這個單元已經學習了熱空氣會變輕上升的知識，但是對于熱空氣的分布狀態卻還沒有形成相應的微?？臻g分布的差異認識，因而在完成熱氣球升空后的理性分析中，還是出現了各種版本的理解。有將熱空氣畫在熱氣球入口周圍且貼著氣球皮的;將熱空氣全部上升到熱氣球最頂部的;有將熱空氣升到了氣球頂部，稍微散開些的;有將微粒數量明顯增加，表示里面熱空氣大量增加，但是體積只是略有增加的……其實，學生問題的暴露，關鍵就是還沒有搞清楚熱空氣發生的變化是跟誰比較，發生了哪些變化。正確的理解應該是熱空氣當然是越多越容易升空，但是熱空氣越多體積就越大，熱空氣在分布上比冷空氣要更松散，就是微粒間的距離應該更大。所以熱氣球中的熱空氣微粒應該是數量更多、間距更大才對，這是相對于熱氣球外面的冷空氣而言的。

所以，我們只需要在學生圖示（見圖4）的熱氣球圖片上上增加一個熱氣球外圍空氣微粒分布的背景就可以了，讓學生知道熱空氣是相對氣球外的冷空氣比較的，在與冷空氣比較之后，發現空氣微粒在空間分布上相互間距離更大、數量更多，從而體積更大了，熱氣球才會獲得更大浮力而上升。

三、教學思考

運用微粒運動圖示教學法，能讓學生逐步建立一種物質的微觀認知，從而強化用微觀結構解釋宏觀現象的意識。在小學階段，我們將會涉及“微小的世界”單元，探尋微小生物的存在，認識動植物細胞的微觀結構，這也是對微觀認知的培養。將來，學生會更細化為物質微粒結構的認識。在教學中，教師需要把握教材章節的知識特點，做到“見宏思微，以宏窺微”，逐步滲透和形成微觀意識。

將實驗探究活動轉化成學生用微粒運動的圖示教學法解釋過程，能幫助學生建立起“物質是由微粒構成，微粒很小，是會運動的，有間隙的，微粒間又是相互作用的”微粒觀，為培養學生宏觀微觀結合的素養提升起到貫通的作用。今天我們所運用的微粒運動圖示教學法，是為將來的微觀世界學習打基礎的。

總之，在科學探究學習中，培養學生的微粒觀是必要的，能結合現階段的認知水平，用微粒運動的圖示教學法進行個人觀點的呈現，這是學生微粒觀形成的有效途徑，有助于培養學生具有微觀結構的想象力。E5085AEB-3F26-496B-A606-66DA58201A74