化學(xué)概念原理教學(xué)中“四重表征”教學(xué)模式構(gòu)建與發(fā)展

福建省永安市第一中學(xué)(366038)

鐘美金●

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化學(xué)概念原理教學(xué)中“四重表征”教學(xué)模式構(gòu)建與發(fā)展

福建省永安市第一中學(xué)(366038)

鐘美金●

化學(xué)概念原理教學(xué)是化學(xué)教學(xué)中的重難點，對于化學(xué)概念原理的教學(xué)如何采用較為合理的教學(xué)模式便是需要思考的問題.本文先對“四重表征”教學(xué)模式進行了介紹 .并以“電解原理”教學(xué)為例，說明化學(xué)概念原理教學(xué)中“四重表征”教學(xué)模式構(gòu)建與發(fā)展.

化學(xué)概念原理；四重表征；教學(xué)模式

化學(xué)概念原理是通過對運用比較、歸納與綜合的方法將化學(xué)現(xiàn)象與化學(xué)事實進行加工，最終反映出化學(xué)之中的本質(zhì).對于高中化學(xué)教學(xué)來說，概念原理教學(xué)的有效性直接決定化學(xué)教學(xué)的質(zhì)量，在新課標(biāo)的實施情況下，對于化學(xué)概念原理的教學(xué)如何采用較為合理的教學(xué)模式便是需要思考的問題 .

化學(xué)“四重表征”是指宏觀現(xiàn)象、微粒作用、符號系統(tǒng)、曲線圖像等知識的外在呈現(xiàn)形式，、宏觀表征指的是顏色、狀態(tài)、氣味、用途等宏觀現(xiàn)象的表征；微觀表征是指動畫模擬微粒組成和結(jié)構(gòu)、微粒間運動和相互作用的微觀層面的表征；符號表征是指化學(xué)式、結(jié)構(gòu)式、電子式、化學(xué)方程式等符號層面的表征；曲線表征是指將化學(xué)反應(yīng)中的數(shù)據(jù)變化以定量的曲線形式在坐標(biāo)軸中記錄下來， 是將宏觀表征和微觀表征聯(lián)系起來的橋梁.

如何運用“四重表征”教學(xué)模式培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)基本觀念？

一、問題的提出

在教學(xué)電化學(xué)原理后進行測試，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生對其中的一道題答題情況較差，得分率僅為0.2.

題目：某同學(xué)設(shè)計了一個甲醇燃料電池，并用該電池電解200mL一定濃度NaCl與CuSO4混合溶液，其裝置如圖：

(1)寫出甲中通入甲醇這一極的電極反應(yīng)式____.寫出電解過程中乙池鐵電極的現(xiàn)象____.

(2)理論上乙中兩極所得氣體的體積隨時間變化的關(guān)系如丙圖所示(氣體體積已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積)，寫出在t1后，石墨電極上的電極反應(yīng)式____，原混合溶液中NaCl的物質(zhì)的量濃度為____mol/L，CuSO4的物質(zhì)的量濃度為____mol/L.(假設(shè)溶液體積不變)

(3)在t2時所得溶液的pH約為____；電解至t3時，消耗水的質(zhì)量為____g.

通過對學(xué)生的測試結(jié)果及交談情況分析，總結(jié)出有以下幾點原因：一是、學(xué)生沒有掌握好電化學(xué)的基本原理，不能正確地書寫出原電池、電解池的電極反應(yīng)；二是、當(dāng)電解質(zhì)溶液中有多種陽離子和陰離子時，學(xué)生按陰陽離子的放電順序，只考慮了一種離子，忽略了其他離子；三是、不理解圖像丙中的曲線變化趨勢，起點、拐點、終點表示的意思.四是、學(xué)生不能很好的運用元素守恒、得失電子守恒的方法去解決有關(guān)電化學(xué)的計算； 從這些問題可以看出學(xué)生對電化學(xué)的基本原理及實驗現(xiàn)象(宏觀表征)，電解過程中電解質(zhì)溶液中離子的運動情況及離子濃度變化(微觀表征)，電化學(xué)方程式、電極方程式(符號表征)和所給圖像(曲線表征)之間的對應(yīng)關(guān)系認(rèn)識不清、理解不透.追根究地，是學(xué)生沒有以元素觀、微粒觀、轉(zhuǎn)化觀、守恒觀等化學(xué)基本觀念為指導(dǎo)去分析、解決相關(guān)的問題.

二、運用化學(xué)“四重表征”解決問題

筆者針對以上試題測試中學(xué)生暴露出的問題，引導(dǎo)學(xué)生用“四重表征”教學(xué)模式對該題進行分析，嘗試以元素觀、微粒觀、轉(zhuǎn)化觀、守恒觀分析解決問題.

0-t1段：

宏觀表征：隨著電解進行陽極石墨附近有黃綠色氣體生成，陰極鐵棒表面有紅色的固體析出.

曲線表征：曲線Ⅰ0-t1一直為零無氣體生成，說明曲線Ⅰ為陰極關(guān)系圖.曲線Ⅱ0-t1生成氣體的體積逐漸增大至224mL，說明曲線Ⅱ為陽極關(guān)系圖,且t1時刻出現(xiàn)了拐點，說明Cl-完全反應(yīng).根據(jù)元素守恒則原混合溶液中NaCl的物質(zhì)的量濃度為0.1mol/L.

t1-t2段：

微觀表征：此時乙池中陽極附近的Cl-完全反應(yīng)，OH-開始放電，溶液中H+濃度逐漸增大.乙池中陰極附近還是Cu2+繼續(xù)放電，Cu2+濃度逐漸減少.

宏觀表征：隨著電解進行陽極石墨附近有無色無味氣體生成，陰極鐵棒表面有紅色的固體析出.

t2-t3段：

微觀表征：此時乙池中陽極附近的OH-繼續(xù)放電，陰極附近H+開始放電.

宏觀表征：乙池中的陰陽極均有無色無味的氣體生成.

可以得知消耗水的總物質(zhì)的量為0.01mol+0.03mol=0.04mol，其質(zhì)量為0.72g.

本題采用“四重表征”教學(xué)，讓學(xué)生通過元素觀、微粒觀、轉(zhuǎn)化觀、守恒觀等化學(xué)基本觀念從不同的角度對知識進行建構(gòu)，提高分析、解決問題的能力.

三、“四重表征”教學(xué)模式在化學(xué)概念教學(xué)中的建構(gòu)

“四重表征”的教學(xué)模式能夠引導(dǎo)學(xué)生合理且快速地理解化學(xué)的核心概念、解構(gòu)到化學(xué)實驗的本質(zhì)與原理，從而提升學(xué)生的化學(xué)知識水平. 筆者結(jié)合“電解概念原理”教學(xué)實踐具體談?wù)勅绾芜\用“四重表征”教學(xué)模式進行化學(xué)概念原理的建構(gòu).

1.創(chuàng)設(shè)實驗情境，進行宏觀表征的教學(xué)

實驗①將兩根碳棒分別插進裝有CuCl2溶液的U形管兩端，浸入2min后，觀察現(xiàn)象.

實驗②用導(dǎo)線連接兩根碳棒后，并接上電流計，再分別插入裝有CuCl2溶液的U形管兩端，觀察電流計指針是否偏轉(zhuǎn)和兩級的變化.

實驗③在裝有CuCl2溶液的U形管兩端，插入兩根碳棒作電極，并接上電流計，連通12V的直流電源，把濕潤的淀粉碘化鉀試紙放在與直流電源正極相連的電極附近，2min后，觀察U形管內(nèi)兩級、溶液顏色、試紙顏色的變化和電流計指針是否偏轉(zhuǎn).

教師引導(dǎo)學(xué)生歸納：①②都無現(xiàn)象，③中與電源負(fù)極相接的碳棒上有一層紅色的固體析出，說明有銅生成；與電源正極相接的碳棒上有氣泡產(chǎn)生，并有刺激性氣味，能使?jié)駶櫟牡矸鄣饣浽嚰堊兯{(lán)，說明有氯氣生成；電流計指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明電解質(zhì)溶液導(dǎo)電；溶液顏色逐漸變淺，說明Cu2+濃度逐漸變小.

設(shè)計意圖：實驗教學(xué)是為學(xué)生提供宏觀體驗的最直接方法，“連環(huán)式”的對比實驗在學(xué)生的頭腦中形成“宏觀表征”的表象，自然引入到新知識教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生觀察、分析實驗現(xiàn)象的能力，為后面教學(xué)奠定了基礎(chǔ).

2.原因分析、使用微觀動畫模擬，進入微觀表征的教學(xué)

教師追問：(1)通電前，氯化銅溶液里主要存在哪些離子？這些離子的運動情況怎樣？

(2)通電后，這些離子的運動情況有什么改變？

(3)當(dāng)離子定向運動到電極表面上時，發(fā)生了什么變化？

教師動畫模擬，引導(dǎo)學(xué)生觀察溶液中離子的運動情況.

學(xué)生討論、整理、敘述：(1)通電前，氯化銅溶液電離出自由移動的銅離子和氯離子.

(2)通電后，在電場的作用下，銅離子和氯離子發(fā)生定向移動，銅離子移向與電源負(fù)極相連的電極，氯離子移向與電源正極相連的電極.

(3)銅離子得電子發(fā)生還原反應(yīng)，氯離子失電子發(fā)生氧化反應(yīng).設(shè)計意圖：通過動畫模擬“電解氯化銅溶液的微觀反應(yīng)過程”，實現(xiàn)“宏觀表征”到“微觀表征”的轉(zhuǎn)換，讓學(xué)生在頭腦中形成“微觀表征”的表象，學(xué)會從微觀的角度解釋宏觀現(xiàn)象.

3.書寫有關(guān)的電極方程式，進入符號表征教學(xué)

教師歸納電解的原理、電解池形成的條件等.

設(shè)計意圖： 通過書寫電極方程式，引導(dǎo)學(xué)生借助“符號表征”來描述產(chǎn)生化學(xué)現(xiàn)象的本質(zhì)， 宏觀表征、微觀表征、符號表征三者的有機結(jié)合幫助學(xué)生構(gòu)建化學(xué)概念的形成過程.

4.結(jié)合圖像、數(shù)據(jù)進入深層次的曲線表征的教學(xué)在對化學(xué)概念原理進行定性的學(xué)習(xí)后，還要結(jié)合圖像、數(shù)據(jù)進行定量的分析，能夠簡單分析曲線趨勢等變化規(guī)律，加深對反應(yīng)原理的理解.如筆者文章一開始提到的例題，在教學(xué)中將“宏觀-微觀-符號-曲線”進行有機的結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生分析圖像和處理數(shù)據(jù)的能力.

采用化學(xué)“四重表征”教學(xué)模式， 引導(dǎo)學(xué)生從宏觀、微觀、符號、曲線的角度對知識進行意義建構(gòu)，并建立“四重表征”之間的內(nèi)在聯(lián)系，有利于學(xué)生對概念原理的理解與記憶，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決化問題的能力.“四重表征”之間可以根據(jù)知識體系結(jié)構(gòu)和實際教學(xué)內(nèi)容來選取不同的轉(zhuǎn)換順序，任何一種表征的薄弱都會引起不同表征間的轉(zhuǎn)換困難.

[1]王春“四重表征”教學(xué)模式在化學(xué)概念教學(xué)中的應(yīng)用于思考[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考2014(11)11-13

[2]楊潔,錢揚義.“四重表征”在“化學(xué)反應(yīng)速率”教學(xué)中的價值——由2007-2012年高考題得到的啟示[J].化學(xué)教學(xué),2012,(11):58-62.DOI:10.3969/j.issn.1005-6629.2012.11.022.

[3] 韋新平.基于SOLO分類理論的化學(xué)“四重表征”教學(xué)研究——以“濃度對化學(xué)平衡的影響”為例[J].化學(xué)教學(xué),2013,(10):31-33,49.DOI:10.3969/j.issn.1005-6629.2013.10.010.

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