建立三重表征：初中化學(xué)用語教學(xué)的現(xiàn)實突圍

汪定用

化學(xué)用語既是初中化學(xué)的核心知識，又是學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的重要分化點。新課程改革十多年來，一線教師對化學(xué)用語的教學(xué)重視程度遠不及科學(xué)探究，化學(xué)用語教學(xué)的實際水平仍然顯得比較陳舊，需要重新審視和現(xiàn)實突圍。

一、現(xiàn)實反觀：意義失落的化學(xué)用語

化學(xué)用語是用來表示物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、變化規(guī)律的化學(xué)符號及術(shù)語，是對化學(xué)現(xiàn)象的一種本質(zhì)抽象。初中階段學(xué)生需要掌握的化學(xué)用語主要包括元素符號、化學(xué)式和化學(xué)方程式等，在實際教學(xué)中化學(xué)用語的教學(xué)常常存在以下不良現(xiàn)象。

1.作為記憶的知識

為了分散化學(xué)用語學(xué)習(xí)的難點，在化學(xué)用語教學(xué)之前就過早地讓學(xué)生記憶一些元素符號、化學(xué)式等，這對學(xué)生來說是囫圇吞棗式的枯燥記憶。在化學(xué)用語教學(xué)中，過度強調(diào)書寫技能與規(guī)則，淡化符號產(chǎn)生的意義和本質(zhì)內(nèi)涵，學(xué)生缺乏對化學(xué)用語內(nèi)在意義的理解，難以與化學(xué)用語建立良好情感。在化學(xué)用語復(fù)習(xí)與鞏固的教學(xué)中，單一地用重復(fù)練習(xí)的方法來進行強化，把化學(xué)用語局限在符號簡單識記的層次上。

2.作為孤立的知識

把化學(xué)用語僅僅作為記憶的知識來學(xué)習(xí)，本身也就切割了符號與其意義的聯(lián)系，這是孤立化學(xué)用語的一個體現(xiàn)，另一方面化學(xué)用語與其宏觀現(xiàn)象、微觀本質(zhì)之間不能進行轉(zhuǎn)換是深層次孤立化學(xué)用語的表現(xiàn)，比如說水的化學(xué)式“H2O”，學(xué)生如果不能將H2O與作為宏觀物質(zhì)的水和作為微觀構(gòu)成的水分子及其結(jié)構(gòu)特點聯(lián)系起來，那么H2O還僅僅是一個孤立的符號而已，仍然沒有建立起宏觀表征、微觀表征與符號表征之間的聯(lián)系，也就不能形成有效的化學(xué)用語思維。

二、實踐突圍：三重表征認(rèn)知圖式的建立

從宏觀、微觀和符號三種表征水平上來認(rèn)識和理解化學(xué)知識并建立三者之間的內(nèi)在聯(lián)系是化學(xué)學(xué)習(xí)特有的思維方式，即稱之為三重表征思維方式。國內(nèi)外研究表明，化學(xué)學(xué)習(xí)的最大困難是化學(xué)用語學(xué)習(xí)，而不能將化學(xué)符號和具體的宏觀物質(zhì)與微觀物質(zhì)聯(lián)系起來是導(dǎo)致化學(xué)學(xué)習(xí)困難的主要原因，因此，以化學(xué)用語為中心，建立三重表征認(rèn)知圖式是化學(xué)用語教學(xué)實踐突圍的根本之路，以下以人教版“化學(xué)方程式”第一課時教學(xué)為例具體闡述。

1.價值轉(zhuǎn)向：從單一符號技能轉(zhuǎn)向觀照符號意義

人教版教材把“化學(xué)方程式”安排在第五單元“質(zhì)量守恒定律”的課題之中，以前面幾個單元中“氧氣的性質(zhì)”“水的電解”等宏觀反應(yīng)和微觀上分子、原子的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)以及化學(xué)用語上元素符號、化學(xué)式為基礎(chǔ)，屬于綜合性和抽象性的知識，對學(xué)生來說有相當(dāng)大的學(xué)習(xí)難度。具體原因之一在于學(xué)生剛剛進入化學(xué)學(xué)習(xí)，對相關(guān)塊面的知識還缺乏自然順暢的聯(lián)系，例如宏觀上的物質(zhì)與化學(xué)式之間，宏觀上的物質(zhì)與微觀上的粒子之間對應(yīng)性連接不夠順暢，使得具有綜合性的化學(xué)方程式學(xué)習(xí)變得困難。原因之二在于學(xué)生接觸的具體化學(xué)反應(yīng)的事實和微觀反應(yīng)解析的實例很少，甚至還只屬于個例認(rèn)知水平，這對抽象性化學(xué)方程式學(xué)習(xí)也造成了困難。

然而，化學(xué)方程式是初三學(xué)生認(rèn)識化學(xué)的新視窗和制高點，是進一步走進化學(xué)學(xué)科的關(guān)鍵節(jié)點，化學(xué)方程式的教學(xué)需要把握其價值定位?；瘜W(xué)方程式是用化學(xué)式來表示化學(xué)反應(yīng)的式子，其要素包括化學(xué)式、化學(xué)計量數(shù)、反應(yīng)條件及表示沉淀或氣體的箭頭，應(yīng)該說構(gòu)成比較簡單，但是如同漢字一樣，在筆畫上很簡單，而表達的內(nèi)涵又極其豐富。主要包括兩個方面：一是本體意義上體現(xiàn)的關(guān)于反應(yīng)物、生成物及反應(yīng)條件的信息，各物質(zhì)的質(zhì)量比例關(guān)系的信息，各粒子個數(shù)比例關(guān)系的信息等等；二是與宏觀表征、微觀表征相互轉(zhuǎn)換上的意義，即符號的化學(xué)方程式與真實的化學(xué)反應(yīng)或與微觀想象之間的轉(zhuǎn)換，這也就是形成三重表征認(rèn)知圖式上的意義。如果說第一方面的意義是內(nèi)在的、相對靜態(tài)的，那么第二方面的意義可以說是與外部聯(lián)系的、動態(tài)的。這些意義就是化學(xué)方程式教學(xué)的價值所在，是化學(xué)方程式教學(xué)的邏輯起點和基調(diào)?；瘜W(xué)方程式教學(xué)要由單一符號技能教學(xué)轉(zhuǎn)向觀照其意義的教學(xué)，從而讓學(xué)生建立初步的符號情感和符號思維。對此，化學(xué)方程式的教學(xué)設(shè)計可以以符號意義為背景底色，從具體反應(yīng)事實引入化學(xué)方程式，通過典型化學(xué)方程式的結(jié)構(gòu)與意義的解讀形成化學(xué)方程式認(rèn)識，再依托多角度的情境對話建構(gòu)化學(xué)方程式的三重表征。這樣在符號意義的背景下，整個教學(xué)過程成為一個內(nèi)在緊密關(guān)聯(lián)的整體。

2.素材優(yōu)化：豐富和發(fā)展學(xué)生經(jīng)驗

研究表明，影響學(xué)生三重表征中單維轉(zhuǎn)換上的差異的因素有：對某一知識表征自身的掌握程度。倘若缺乏對宏觀、微觀、符號表征中任一表征中的相關(guān)知識或能力，都影響到學(xué)生進行兩兩表征之間的轉(zhuǎn)換以及三重表征之間的轉(zhuǎn)換；建立不同表征間某些內(nèi)在對應(yīng)關(guān)系；對問題表征的深度不同。對問題本身包含的信息進行深度加工，提取有效的部分，將有助于不同表征間的轉(zhuǎn)換。

對應(yīng)于以上因素，所選擇的化學(xué)方程式教學(xué)素材一方面是指向化學(xué)方程式本身的掌握程度，另一方面是促進化學(xué)方程式與宏觀表征、微觀表征間的轉(zhuǎn)換。具體的素材教學(xué)設(shè)計上，提供三類素材，一是提供鮮活的素材，為抽象的化學(xué)方程式學(xué)習(xí)提供具體而真實的情景，以確立知識發(fā)生和發(fā)展的“錨”。這樣的素材為教學(xué)導(dǎo)入階段的“碳在氧氣中燃燒的演示實驗”，以及教學(xué)后程中的“鎂條在二氧化碳中燃燒”的演示實驗。二是提供補充性的圖片素材，以增進知識的掌握程度和促進表征間的轉(zhuǎn)換。在教材素材的基礎(chǔ)上，在化學(xué)方程式形成和鞏固教學(xué)中增加了氫氣燃燒、甲烷燃燒、黑火藥爆炸等圖片素材。三是對重要情境進行精細(xì)化加工，提供推動教學(xué)內(nèi)在進展的關(guān)鍵性素材。例如氫氣燃燒以及甲烷燃燒情境中反應(yīng)微觀粒子素材的介入，再如鎂在二氧化碳中燃燒情境中，其化學(xué)方程式的首先推出而引發(fā)的對該化學(xué)反應(yīng)的認(rèn)識等，這些都是推動符號表征與宏觀表征、微觀表征相互轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵性素材。

3.方式創(chuàng)生：三重表征間的交互

在教學(xué)方式上，本堂課以化學(xué)方程式與宏觀世界、微觀世界三者間的交互為基本形式。具體來說體現(xiàn)在教學(xué)的三個進程之中，一是體現(xiàn)在教學(xué)開始環(huán)節(jié)中，即通過演示碳在氧氣中燃燒的實驗，引導(dǎo)學(xué)生用符號來表示宏觀反應(yīng)，這是宏觀表征向符號表征的轉(zhuǎn)換，從而引出化學(xué)方程式，并體會到化學(xué)方程式中“=”的意義。二是體現(xiàn)在教學(xué)的主體環(huán)節(jié)即化學(xué)方程式內(nèi)涵意義的形成中。先讓學(xué)生嘗試書寫氫氣的化學(xué)方程式，辨析不用“ H2+O2 H2O”“ H2+O H2O”等表示的原因，認(rèn)識化學(xué)方程式是用化學(xué)式表示化學(xué)反應(yīng)的式子及化學(xué)計量數(shù)。接下來讓學(xué)生嘗試畫出與氫氣燃燒的化學(xué)方程式對應(yīng)的微觀粒子示意圖，這是符號表征向微觀表征的轉(zhuǎn)換，是難度較大的一個認(rèn)知跨越。然后順勢讓學(xué)生思考“如果介入相對分子質(zhì)量這個概念后，各物質(zhì)間質(zhì)量具有怎樣的關(guān)系”，這是微觀表征向宏觀表征的轉(zhuǎn)換，也預(yù)示著化學(xué)方程式涵義基本形成。三是體現(xiàn)在教學(xué)的鞏固與拓展環(huán)節(jié)中。首先讓學(xué)生說“S+O2 SO2 ”的涵義和讀出化學(xué)方程式，然后讓學(xué)生說出陌生反應(yīng)“2Mg+CO2 2MgO+C”的涵義，并推測其反應(yīng)現(xiàn)象，隨后演示實驗來檢驗學(xué)生的預(yù)測。本環(huán)節(jié)中讓學(xué)生推測現(xiàn)象并實驗驗證的目的是培養(yǎng)學(xué)生由符號表征聯(lián)想宏觀表征的意識和能力，也就是培養(yǎng)符號思維。其次出示甲烷燃燒前后的微觀示意圖（見圖1），讓學(xué)生寫出化學(xué)方程式，這是微觀表征向符號表征的轉(zhuǎn)換。最后以黑火藥的配方問題來拓展教學(xué)，即讓學(xué)生思考“據(jù)史書記載，我國古代的煉丹家在長期的煉制丹藥過程中，意外發(fā)現(xiàn)將硝石、硫磺和木炭按一定比例混合會發(fā)生爆炸，由此誕生了中國古代四大發(fā)明之一的黑火藥，然而，古人們經(jīng)歷了數(shù)百年的實踐探索方得黑火藥的配方。其實，黑火藥的爆炸是一個化學(xué)反應(yīng)，請問你可以通過什么辦法破譯出黑火藥的配方”。接下來出示黑火藥燃燒的化學(xué)方程式“2KNO3+S+3C K2S+N2 +3CO2 ”和相關(guān)相對原子質(zhì)量，學(xué)生破譯配方。這是一個以符號表征為中心的三重表征交互的問題解決過程，是學(xué)生對符號表征的綜合性體驗。

關(guān)于三重表征的交互，張丙香、畢華林在研究德維塔克等的三重表征關(guān)系圖的基礎(chǔ)上提出了新的關(guān)系圖（見圖2）。該圖顯示，宏觀世界是真實的，符號是表征的，微觀世界是真實的但是也有表征的成分，因此用不同的顏色來表示。每1種表征水平和其他2種表征水平都有交集，3種表征水平也有共同的交集，交集部分說明知識的表征水平間具有內(nèi)在聯(lián)系。從內(nèi)部表征的角度看，交集部分意味著學(xué)生能在它所包含的不同表征水平之間進行信息轉(zhuǎn)換，交集中表征水平越多，交集面積越大，說明概念理解越深刻也越豐富。從外部表征的角度看，表征形式越豐富，越有利于對知識的理解。

化學(xué)方程式具有明顯的3種表征水平，教學(xué)中以三重表征間的交互為基本方式就是不斷擴大交集的面積，從而讓化學(xué)方程式這個化學(xué)用語真正在學(xué)生頭腦中活起來，深刻起來，讓化學(xué)用語從單一記憶的知識轉(zhuǎn)化為啟蒙學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)的智慧，這樣的教學(xué)是本質(zhì)性的化學(xué)用語教學(xué)。