利用三重表征優(yōu)化“離子反應(yīng)”教學(xué)探討

林秋成

摘要：通過對“離子反應(yīng)”的問卷情況分析，了解學(xué)生的三重表征能力。在教學(xué)實踐過程中嘗試在“離子反應(yīng)”問題解決過程中引入三重表征訓(xùn)練，對提高學(xué)生的微觀想象力和定量分析能力進行了探討，提出了合理利用圖示形成問題解決模型，優(yōu)化三重表征能力，形成三重表征心智模型的教學(xué)設(shè)想。

關(guān)鍵詞：離子反應(yīng)；三重表征；三重表征心智模型；問題解決能力

文章編號：1008-0546（2017）04-0027-03 中圖分類號：G632.41 文獻標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.04.010

“離子反應(yīng)”研究的是水溶液中物質(zhì)微粒間的相互作用及其規(guī)律，在建立離子反應(yīng)知識體系過程中，要辨析的概念相當(dāng)多，如電解質(zhì)與非電解質(zhì)、強電解質(zhì)與弱電解質(zhì)、電離，同時在學(xué)習(xí)過程中經(jīng)常要與電荷守恒、離子共存情況分析、離子方程式正誤判斷、離子反應(yīng)條件分析及元素化合物知識建立聯(lián)系，這部分內(nèi)容涉及到大量微觀表征和符號表征，對學(xué)生而言存在相當(dāng)大的學(xué)習(xí)困難。造成這種現(xiàn)象的原因何在？本文就利用三重表征優(yōu)化“離子反應(yīng)”教學(xué)進行探討。

一、三重表征相關(guān)理論及“離子反應(yīng)”問卷

⒈ 三重表征及三重表征心智模型簡介

經(jīng)過三十多年的發(fā)展，約翰斯頓教授（A.H. Johnstone）提出的三重表征已經(jīng)成為化學(xué)教育研究的理論基礎(chǔ)。從宏-微-符三種表征水平上認(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，我們稱之為三重表征。[1]

三重表征的重要性決定了化學(xué)學(xué)習(xí)要從宏-微-符等方面對物質(zhì)及其變化進行多種感知，在學(xué)生的頭腦中形成化學(xué)三重表征心智模型。張丙香經(jīng)過研究提出，化學(xué)三重表征心智模型是個體對化學(xué)概念進行三重表征后在頭腦中形成的概念框架，影響著個體對外在事物進行描述、解釋和預(yù)測的行為與方式。三重表征具有內(nèi)部表征和外部表征兩重含義，表征心智模型屬于三重表征的內(nèi)部表征，學(xué)生的化學(xué)三重表征心智模型會不斷完善[2]。那么，在“離子反應(yīng)”教學(xué)過程中，我們怎樣幫助學(xué)生形成三重表征心智模型，優(yōu)化三重表征能力呢？

2. “離子反應(yīng)”三重表征問卷綜述

為了解離子反應(yīng)學(xué)習(xí)中學(xué)生具有的三重表征能力，我們進行了匿名問卷。在分析學(xué)生問卷中我們發(fā)現(xiàn)，許多學(xué)生認(rèn)為氯化氫溶于水會發(fā)生反應(yīng)，認(rèn)為H+和Cl-不能共存，對電離過程不能順利實現(xiàn)三重表征的轉(zhuǎn)換；學(xué)生不能理解兩兩反應(yīng)，對現(xiàn)象不知道有條理敘述，能準(zhǔn)確完成方程式，但是不會分析前后現(xiàn)象，離子方程式書寫錯誤，碳酸根寫成CO32+。

綜合分析可知，學(xué)生在離子反應(yīng)學(xué)習(xí)中，只有宏觀表征能力較強，微觀和符號表征能力較弱，三重表征的融合和轉(zhuǎn)換能力更弱。后期教學(xué)重點放在豐富同學(xué)們宏觀表征能力的基礎(chǔ)上，加強同學(xué)們想象力的培養(yǎng)，促進同學(xué)們微觀表征能力的形成，借助符號表征的橋梁作用，形成離子反應(yīng)概念系統(tǒng)，幫助學(xué)生形成三重表征心智模型，促進三重表征轉(zhuǎn)換能力的形成，優(yōu)化學(xué)生的離子反應(yīng)學(xué)習(xí)能力，提高教學(xué)效果。

二、三重表征訓(xùn)練融入“離子反應(yīng)”教學(xué)訓(xùn)練

⒈ 充分利用實驗，培養(yǎng)學(xué)生微觀世界的想象力

為了培養(yǎng)對微觀反應(yīng)進程的想象力，設(shè)計了以下幾組探究實驗，目的是循序漸進地培養(yǎng)學(xué)生借助宏觀現(xiàn)象想象微觀世界的想象力。探究實驗及表征訓(xùn)練內(nèi)容見表1。

通過典型的離子反應(yīng)之間對照分析和實驗探究，借助顏色變化、沉淀生成及溶解、氣體產(chǎn)生等特征各異的反應(yīng)，可以在同學(xué)們頭腦里面建立較豐富的化學(xué)反應(yīng)宏觀表征儲備，為同學(xué)們進行科學(xué)地微觀表征想象和準(zhǔn)確地完成符號表征打下基礎(chǔ)，為解決較為復(fù)雜的離子反應(yīng)定量問題和過程性問題提供了可能。

2. 學(xué)會量化分析，提高離子反應(yīng)問題解決能力

離子反應(yīng)之所以讓學(xué)生感到困難，一是因為反應(yīng)內(nèi)容概念多，內(nèi)容抽象，二是反應(yīng)過程中數(shù)量關(guān)系不會分析。我們可以充分挖掘離子反應(yīng)中隱藏的量化素材，培養(yǎng)學(xué)生思維能力和探究能力。學(xué)生只有具有量化分析能力，離子反應(yīng)的學(xué)習(xí)才能由定性拓展到定量，問題解決能力才能增強。為了幫助同學(xué)理解離子反應(yīng)中量的關(guān)系，加深對離子反應(yīng)的深層認(rèn)識，設(shè)計探究實驗二。

在上述探究二實驗1過程中，通過Ba2++SO42-[=]BaSO4↓與H++OH-[=]H2O各自獨立還是存在關(guān)聯(lián)？如果存在關(guān)聯(lián)，怎樣關(guān)聯(lián)？H++OH-+Ba2++SO42-[=]BaSO4↓+H2O、2H++2OH-+Ba2++SO42-[=]BaSO4↓+2H2O誰更符合事實，通過實驗就能找到答案。

分析圖像可知，當(dāng)pH=7和電導(dǎo)率近似為零幾乎是同時出現(xiàn)的！說明兩個反應(yīng)存在著聯(lián)系，OH-耗完時Ba2+也耗完，依據(jù)硫酸和氫氧化鋇的電離方程式，故正確的離子方程式只能是2H++2OH-+Ba2++SO42-[=]BaSO4↓+2H2O[3]。借助數(shù)字化手段顯示的離子反應(yīng)情況，讓我們深刻認(rèn)識到宏觀反應(yīng)現(xiàn)象中蘊含的微觀反應(yīng)本質(zhì)和數(shù)量關(guān)系，有助于我們認(rèn)識離子反應(yīng)中存在的客觀事實。

上述探究二實驗2過程中，通過酚酞這一將宏觀現(xiàn)象與微觀離子結(jié)構(gòu)相聯(lián)系的指示劑，使學(xué)生通過宏觀現(xiàn)象之間的聯(lián)系，真的“看見”了溶液中H+與CO32-反應(yīng)的階段性和過程性，通過對實驗微觀反應(yīng)過程的想象和理性思考，學(xué)生對實驗過程理解更加深入。通過不同典型離子反應(yīng)實驗呈現(xiàn)，借助離子方程式這一符號表征載體形成“宏微符”三重表征就會非常自然，不會覺得突兀。

3. 通過圖形表征，形成離子反應(yīng)問題解決模型

當(dāng)我們的頭腦里有足夠的離子反應(yīng)表征儲備，并不意味著我們的三重表征能力有了很大的提高，問題解決能力有了進步。要能熟練解決問題，需在頭腦里面形成合理的三重表征心智模型。利用這些心智模型適時把我們頭腦里面所具不同的表征形式（文字的、圖畫的、圖表的、實物的、符號的）按照我們的需要進行描述。有助于學(xué)生從三重表征的視角思考問題。在幫助同學(xué)們形成離子方程式書寫模型過程中，以 NaOH+HCl[=]NaCl+H2O 離子反應(yīng)方程式的書寫為例，其圖形表征過程如下所示：[5]

通過圖形表征，學(xué)生建立起具體的思維過程：

（1）分析 NaOH 和HCl在水中的存在形式：

NaOH[=]Na++OH- HCl[=]H++Cl-

（2） 分析離子間作用

（3）寫出離子方程式 H++OH-[=]H2O。

在離子反應(yīng)學(xué)習(xí)過程中，我們以離子方程式書寫這一核心知識點建立圖示，借助圖示將離子方程式書寫、電離方程式書寫這些典型的符號表征聯(lián)系到一起，幫助學(xué)生形成離子反應(yīng)概念系統(tǒng)，形成三重表征心智模型。將復(fù)雜的問題形象直觀化，建立有序思維，提高學(xué)生三重表征能力，形成離子反應(yīng)問題解決能力。

通過幫助同學(xué)們形成正確的問題解決原型，對原型問題的情景變化修正，學(xué)生內(nèi)部三重表征心智模型不斷由不完善變得完備，由不合理走向科學(xué)。在學(xué)生心智模型不斷完善的過程中，三重表征能力和問題解決題能力不斷優(yōu)化。

三、離子反應(yīng)教學(xué)情況總結(jié)及分析

半年教學(xué)實驗后，筆者班級“離子反應(yīng)”知識點得分率由開始的比對照班低7%，到后期比對照班高24%，班級均分由實驗前的低4分，到實驗后的高8分，總體取得了較好的效果。

通過研究看出，學(xué)生對離子反應(yīng)三重表征的質(zhì)量決定了心智模型的優(yōu)劣，對解題能力產(chǎn)生直接影響。解題能力存在差異的原因主要在于微觀表征，對離子反應(yīng)的微觀表征不足，導(dǎo)致學(xué)生不能將一種表征轉(zhuǎn)化為另一種表征，在兩種表征之間的關(guān)系建立聯(lián)系，從而導(dǎo)致學(xué)生在解題能力方面存在不足。本研究通過在“離子反應(yīng)”問題解決過程中引入三重表征訓(xùn)練，提高了學(xué)生宏觀-微觀-符號三重表征意識和能力，優(yōu)化了三重表征心智模型，對提高問題解決能力具有積極影響。

培養(yǎng)將宏觀現(xiàn)象與微觀結(jié)構(gòu)有意識建立聯(lián)系的能力。利用宏觀表征作為基礎(chǔ)支撐，促進微觀表征的有意義學(xué)習(xí)，促進學(xué)生對化學(xué)概念的有意義理解；合理使用微觀模擬，增強微觀世界的可視化，通過想象這一工具，豐富關(guān)于離子等微粒世界認(rèn)識，增強對微觀表征的理解。進行三重表征訓(xùn)練和注重學(xué)生三重表征思維方式的培養(yǎng)，把三重表征心智模型培養(yǎng)和提高學(xué)生問題解決能力進行自然銜接。

參考文獻

[1] 畢華林，黃婕，亓英麗.化學(xué)學(xué)習(xí)中“宏觀-微觀-符號”三重表征的研究[J].化學(xué)教育，2005，5

[2] 張丙香.高中生化學(xué)反應(yīng)三重表征心智模型的研究[D]. 濟南：山東師范大學(xué)，2013

[3] 保志明.運用實驗體現(xiàn)概念的建構(gòu)過程[J]. 中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2012，3

[4] 江敏.在實驗中展現(xiàn)化學(xué)的魅力[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考， 2011，10

[5] 方強.通過化學(xué)實驗和圖形表征建構(gòu)離子反應(yīng)的學(xué)習(xí)途徑[J].化學(xué)教學(xué)，2015，3