初中學(xué)生化學(xué)反應(yīng)三重表征思維整體設(shè)計(jì)實(shí)踐

鄧錦松 吳海濱（.連城縣教師進(jìn)修學(xué)校，福建連城36600；.連城縣塘前學(xué)校，福建連城36600）

初中學(xué)生化學(xué)反應(yīng)三重表征思維整體設(shè)計(jì)實(shí)踐

鄧錦松1吳海濱2
（1.連城縣教師進(jìn)修學(xué)校，福建連城366200；2.連城縣塘前學(xué)校，福建連城366200）

鑒于三重表征是一個(gè)整體以及初中教材表征物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化的方式有一定的階段性和順序性，提出培養(yǎng)初中學(xué)生三重表征思維的教學(xué)應(yīng)把三重表征當(dāng)作一個(gè)整體和立足于整個(gè)初中化學(xué)教學(xué)內(nèi)容對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)踐。

初中化學(xué)；三重表征；整體設(shè)計(jì)；教學(xué)實(shí)踐

“從‘宏觀——微觀——符號(hào)’三種表征水平上認(rèn)識(shí)和理解化學(xué)知識(shí)，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”，［1］即稱之為三重表征思維。三重表征是一個(gè)整體，“如果學(xué)生能整合三重表征進(jìn)行學(xué)習(xí)，那么其會(huì)提升自身對(duì)化學(xué)概念的理解，提高化學(xué)學(xué)習(xí)的水平”。［2］初中化學(xué)是化學(xué)教育的啟蒙階段，決定了教材（滬教版，下同）表征物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化的方式有一定的階段性和順序性，如化學(xué)反應(yīng)的表示方式經(jīng)歷了文字表達(dá)式、符號(hào)表達(dá)式和化學(xué)方程式等階段，而對(duì)化學(xué)反應(yīng)微觀實(shí)質(zhì)解析的實(shí)例則很少。因此，培養(yǎng)初中學(xué)生三重表征思維的教學(xué)，一要根據(jù)初中化學(xué)的內(nèi)容特點(diǎn)，把三重表征當(dāng)作一個(gè)整體，引導(dǎo)學(xué)生從“宏觀——微觀——符號(hào)”三種水平上認(rèn)識(shí)和理解化學(xué)知識(shí)，并建立三者之間的內(nèi)在聯(lián)系；二要立足于整個(gè)初中化學(xué)教學(xué)內(nèi)容，將有利于三重表征思維形成的教學(xué)內(nèi)容組成一個(gè)教學(xué)系統(tǒng)，從分析各階段化學(xué)知識(shí)對(duì)培養(yǎng)三重表征思維的價(jià)值和學(xué)生心智發(fā)展歷程出發(fā)，對(duì)其進(jìn)行整體設(shè)計(jì)。文章就培養(yǎng)初中學(xué)生化學(xué)反應(yīng)三重表征思維的整體設(shè)計(jì)作一些探討。

一、整體設(shè)計(jì)文字表達(dá)式教學(xué)

身邊的化學(xué)物質(zhì)是化學(xué)學(xué)習(xí)的開(kāi)端，也是培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)反應(yīng)三重表征思維的開(kāi)始。本章集中學(xué)習(xí)了氧氣、二氧化碳、水的性質(zhì)和用途，所出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)用文字表達(dá)式表示，并在文字表達(dá)式下方標(biāo)注物質(zhì)的化學(xué)式。文字表達(dá)式是化學(xué)反應(yīng)的“中文”表達(dá)，簡(jiǎn)潔地反映了化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)物、生成物和反應(yīng)條件，是對(duì)化學(xué)反應(yīng)宏觀表征的一種濃縮，是書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式的基礎(chǔ)。因此，教學(xué)中不要把文字表達(dá)式孤立化，而要提供機(jī)會(huì)、創(chuàng)造條件增加學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)宏觀表征的體驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生建立化學(xué)反應(yīng)宏觀表征與文字表達(dá)式的聯(lián)系，同時(shí)，兼顧與化學(xué)符號(hào)的聯(lián)系，促進(jìn)反應(yīng)文字表達(dá)式的記憶與理解，為化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)打下基礎(chǔ)。

案例1實(shí)驗(yàn)室用高錳酸鉀制取氧氣的反應(yīng)原理的教學(xué)設(shè)計(jì)

①向?qū)W生巡展高錳酸鉀，并介紹高錳酸鉀是常用的消毒劑。

②加熱少量的高錳酸鉀固體，用帶火星的木條檢驗(yàn)生成的氣體。

③問(wèn)題思考：加熱高錳酸鉀之后的固體剩余物是什么，是一種物質(zhì)還是兩種物質(zhì)？

④播放“分離高錳酸鉀分解剩余物”的微課。

⑤巡展錳酸鉀和二氧化錳，讓學(xué)生觀察其顏色和狀態(tài)。

⑥學(xué)生書(shū)寫(xiě)高錳酸鉀加熱分解的文字表達(dá)式。

⑦PPT展示圖1內(nèi)容。

圖1 高錳酸鉀加熱分解的宏觀表征與文字表達(dá)式的聯(lián)系

設(shè)計(jì)說(shuō)明：通過(guò)①②③④⑤豐富高錳酸鉀分解的宏觀表征。通過(guò)⑥建立高錳酸鉀分解宏觀表征與反應(yīng)文字表達(dá)式之間的聯(lián)系。通過(guò)⑦將這種表征方式外顯化，實(shí)現(xiàn)高錳酸鉀加熱分解宏觀表征與文字表達(dá)式之間聯(lián)系在學(xué)生頭腦中的內(nèi)化。

二、整體設(shè)計(jì)有關(guān)水的知識(shí)內(nèi)容教學(xué)

教材在第2、3、4章中都出現(xiàn)了有關(guān)水的知識(shí)，第2章通過(guò)水的分解和化合說(shuō)明了水的組成；第3章通過(guò)水分解的微觀示意圖，從微觀層面上詮釋了化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，說(shuō)明了分子與原子的區(qū)別；第4章從水分解化學(xué)方程式書(shū)寫(xiě)中說(shuō)明了有氣體放出的反應(yīng)要在生成氣體的右邊用“↑”標(biāo)明。這三章分別從宏觀、微觀和符號(hào)三個(gè)層面表征了水分解的反應(yīng)，教學(xué)中，筆者與一線教師一道將三者串在一起進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，對(duì)促進(jìn)學(xué)生化學(xué)反應(yīng)三重表征思維方式的形成起到了很好的效果。

案例2化學(xué)反應(yīng)三重表征思維形成的整體設(shè)計(jì)

環(huán)節(jié)一水的組成

①教師演示電解水的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生觀察、描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

②師生一起檢驗(yàn)生成物。

③學(xué)生書(shū)寫(xiě)反應(yīng)的文字表達(dá)式。

④回憶第1章中“加熱葡萄糖、砂糖、面粉”實(shí)驗(yàn)中的啟示（通過(guò)化學(xué)變化可以變成其他物質(zhì)，但反應(yīng)物及生成物中應(yīng)含有同種元素）。

⑤從電解水的實(shí)驗(yàn)中可以得出水的組成嗎？你的依據(jù)是什么？

⑥PPT展示圖2內(nèi)容。

圖2 電解水宏觀表征與文字表達(dá)式的聯(lián)系

環(huán)節(jié)二原子

①回憶電解水的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并寫(xiě)出電解水反應(yīng)的文字表達(dá)式。

②問(wèn)題引導(dǎo)：構(gòu)成水、氧氣、氫氣這三種物質(zhì)的微粒是什么？你能畫(huà)出它們的微觀示意圖嗎？

③問(wèn)題引導(dǎo)：水通電時(shí)，水分子是怎樣變成氫分子和氧分子的呢？你能夠用水分子、氧分子、氫分子模型展示出來(lái)嗎？

④問(wèn)題引導(dǎo)：在拆解的過(guò)程中，為什么要用到兩個(gè)水分子的模型呢？

⑤學(xué)生討論教材中的“交流與討論”欄目?jī)?nèi)容。

⑥PPT展示圖3內(nèi)容。

圖3 電解水的微觀表征與化學(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)

環(huán)節(jié)三化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)

①請(qǐng)學(xué)生描述電解水的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。請(qǐng)根據(jù)所學(xué)的知識(shí)寫(xiě)出能表示電解水這一反應(yīng)的方式。

②展現(xiàn)學(xué)生書(shū)寫(xiě)的情況如下：

a．水在通電的條件下生成氧氣和氫氣。

b．水■→■■■■■通電氫氣+氧氣

c．H2O■→■■■■■通電H2+O2

③評(píng)價(jià)以上哪一種方式能從定性和定量方面準(zhǔn)確地描述化學(xué)反應(yīng)，并評(píng)價(jià)其優(yōu)缺點(diǎn)。

④從學(xué)生說(shuō)的只有“d”情況能準(zhǔn)確地從定性和定量方面描述電解水的反應(yīng)，但很麻煩出發(fā)，要求學(xué)生把微觀示意圖轉(zhuǎn)化成化學(xué)符號(hào)，然后告訴學(xué)生這個(gè)就是表示電解水的化學(xué)方程式。

⑤討論：水電解的化學(xué)方程式中蘊(yùn)含著哪些意義？

⑥PPT展示圖4內(nèi)容。

圖4 電解水的三重表征

設(shè)計(jì)意圖：在水的組成的教學(xué)中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)電解水反應(yīng)的宏觀表征，并將宏觀表征融入到反應(yīng)的文字表達(dá)式中。在原子的教學(xué)中，以電解水的宏觀現(xiàn)象和反應(yīng)的文字表達(dá)式為基礎(chǔ)，借助微觀模型，學(xué)生在拆解、組裝的過(guò)程中，使抽象的、不可視微觀過(guò)程直觀化，實(shí)現(xiàn)對(duì)化學(xué)反應(yīng)微觀實(shí)質(zhì)的建構(gòu)，同時(shí)也完成電解水的宏觀表征到微觀表征的轉(zhuǎn)化與融合，并將這種融合通過(guò)PPT外顯化。在化學(xué)方程式的書(shū)寫(xiě)中，學(xué)生在微觀示意圖轉(zhuǎn)化成化學(xué)方程式的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)了微觀到符號(hào)的連接，并在討論電解水方程式的含義和PPT的展示中，將電解水的宏觀現(xiàn)象、微觀過(guò)程等都有機(jī)地融合在化學(xué)方程式中。

三、運(yùn)用三重表征，整體設(shè)計(jì)化學(xué)教學(xué)

經(jīng)過(guò)上述以電解水為中心，從宏觀、微觀、符號(hào)及其三者之間的內(nèi)在聯(lián)系上認(rèn)識(shí)電解水的反應(yīng)，學(xué)生雖然初步建立了化學(xué)反應(yīng)三重表征的思維方式，但學(xué)生對(duì)三重表征間的聯(lián)系還不穩(wěn)固，三重表征之間的切換也不熟練。因此，在后續(xù)的教學(xué)過(guò)程中，教師要有運(yùn)用三重表征整體設(shè)計(jì)教學(xué)的意識(shí)，從三重表征典型實(shí)例出發(fā)，如鐵的冶煉原理、溶液的均一性和導(dǎo)電性、酸堿的性質(zhì)和中和反應(yīng)等，創(chuàng)造性地使用教材，整體設(shè)計(jì)教學(xué)，幫助學(xué)生形成用三重表征的思維方式學(xué)習(xí)和理解化學(xué)知識(shí)的方法，提高化學(xué)學(xué)習(xí)的水平。

案例5鐵的冶煉反應(yīng)原理的教學(xué)設(shè)計(jì)

問(wèn)題導(dǎo)入：工業(yè)上如何將鐵的化合物（Fe2O3、Fe3O4）轉(zhuǎn)化為鐵（Fe2O3、Fe3O4→Fe）。

猜想：尋找一種能將鐵的氧化物中的氧元素奪去的物質(zhì)，就可以實(shí)現(xiàn)。

演示實(shí)驗(yàn)：一氧化碳與氧化鐵的反應(yīng)。

實(shí)驗(yàn)觀察：紅棕色粉末變成黑色物質(zhì)，澄清石灰水變渾濁，黑色粉末能被磁鐵吸引。

問(wèn)題思考：產(chǎn)生上述現(xiàn)象的微觀本質(zhì)是什么？

播放視頻：播放“一氧化碳與氧化鐵反應(yīng)”的微觀動(dòng)畫(huà)視頻。

問(wèn)題思考：從上述的視頻中可以發(fā)現(xiàn)，一個(gè)一氧化碳分子只能結(jié)合一個(gè)氧原子，同時(shí)轉(zhuǎn)化為二氧化碳，氧化鐵中的氧原子被三個(gè)一氧化碳分子奪去之后生成了鐵。那么，這個(gè)過(guò)程如何用化學(xué)方程式表示。

問(wèn)題思考：①?gòu)倪@個(gè)化學(xué)方程式，你能提取出相應(yīng)的微觀與宏觀信息嗎？②試寫(xiě)出Fe3O4與CO反應(yīng)的化學(xué)方程式，并說(shuō)說(shuō)它的宏觀和微觀含義。

板書(shū)設(shè)計(jì)：

圖5 鐵的冶煉反應(yīng)原理的三重表征

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)比較鐵的氧化物與鐵的元素組成，猜想鐵的冶煉原理，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)證實(shí)猜想，并體驗(yàn)鐵的冶煉反應(yīng)原理的宏觀表征，然后將宏觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后蘊(yùn)含的微觀本質(zhì)轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題“產(chǎn)生上述現(xiàn)象的微觀本質(zhì)是什么”，讓學(xué)生想象鐵冶煉的微觀過(guò)程，再播放“一氧化碳與氧化鐵反應(yīng)”的微觀動(dòng)畫(huà)，突破學(xué)生對(duì)微觀表征的相異構(gòu)想，建立起鐵的冶煉反應(yīng)原理宏觀現(xiàn)象與微觀本質(zhì)的聯(lián)系，之后，學(xué)生在書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式和揭示化學(xué)方程式意義的過(guò)程中，將該反應(yīng)的宏觀表征和微觀表征都統(tǒng)一到符號(hào)中。最后，要求學(xué)生寫(xiě)出Fe3O4與CO反應(yīng)的化學(xué)方程式，并從方程式出發(fā)，要求學(xué)生描述該反應(yīng)的宏觀現(xiàn)象和揭示其微觀本質(zhì)，強(qiáng)化了化學(xué)方程式在宏觀表征和微觀表征的中介作用，實(shí)現(xiàn)三重表征有效融合與轉(zhuǎn)化。

“在過(guò)去的30年，化學(xué)三重表征已經(jīng)逐漸成為最有影響力、最富有創(chuàng)造性的思想之一”。［3］目前，我國(guó)化學(xué)教育工作者對(duì)高中階段三重表征思維培養(yǎng)策略的實(shí)踐研究較多，而對(duì)初中階段的研究則很少。初中階段是三重表征思想形成的奠基期（九年級(jí)上冊(cè)）和建構(gòu)初期（九年級(jí)下冊(cè)）的關(guān)鍵時(shí)期。［4］初中化學(xué)的啟蒙性質(zhì)，決定了培養(yǎng)三重表征思維策略有別于高中階段，有其自身的獨(dú)特性，課題組教師將繼續(xù)關(guān)注培養(yǎng)初中學(xué)生三重表征思維的研究，為提升初中化學(xué)教學(xué)質(zhì)量提供一種參考。

［1］林秋成.利用三重表征訓(xùn)練提高學(xué)生問(wèn)題解決能力的實(shí)踐研究［J］.化學(xué)教與學(xué),2014（9）.

［2］［3］張丙香,畢華林.化學(xué)三重表征的含義及其教學(xué)策略［J］.中國(guó)教育學(xué)刊,2013（2）.

［4］楊梓生.對(duì)“宏觀——微觀——符號(hào)”三重表征思維及其培養(yǎng)的認(rèn)識(shí)［J］.中小學(xué)教材教學(xué)，2015（7）.

（責(zé)任編輯：張賢金）

福建省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2015年度課題“培養(yǎng)初中生定量觀的教學(xué)研究”（項(xiàng)目編號(hào)：FJJK15-495）。