基于三重表征的“化學(xué)反應(yīng)的表示方法”教學(xué)設(shè)計

摘要：在“化學(xué)反應(yīng)的表示方法”一課中，采用了“識、明、破、練、解”策略組織教學(xué)：認識化學(xué)方程式，明確方程式的書寫規(guī)則，突破化學(xué)方程式的配平難點，練習(xí)書寫常見的化學(xué)方程式，理解化學(xué)方程式的含義，從而幫助學(xué)生把握化學(xué)學(xué)科的思維特點——“三重表征”思維，實現(xiàn)認識的科學(xué)化和規(guī)范化。

關(guān)鍵詞：宏觀；微觀；符號；三重表征；化學(xué)方程式；教學(xué)設(shè)計

文章編號：1005–6629（2016）12–0041–05 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

從“宏觀—微觀—符號”三種水平上認識和理解化學(xué)知識，并建立三者之間的內(nèi)在聯(lián)系，是化學(xué)學(xué)科不同于其他學(xué)科的思維方式。

如何培養(yǎng)學(xué)生的“三重表征”思維方式？2015年11月11日，張家港市第17屆課改經(jīng)驗交流會在暨陽湖實驗學(xué)校舉行，筆者上了一節(jié)研討課，課題是“化學(xué)反應(yīng)的表示方法”，這是上教版初三化學(xué)第四章第三節(jié)“化學(xué)方程式的書寫與應(yīng)用”第一課時的教學(xué)內(nèi)容。在教學(xué)中，筆者采用了“識、明、破、練、解”策略組織教學(xué)，幫助學(xué)生從“宏觀-微觀-符號”三種水平上認識和理解化學(xué)方程式，從而把握化學(xué)學(xué)科的思維特點。現(xiàn)以這節(jié)課為例，談?wù)勛约涸谶@方面的具體做法。

1 識：認識化學(xué)方程式

問題1 請同學(xué)們仔細觀察實驗，能獲取哪些客觀事實？

演示實驗1 用啟普發(fā)生器制取氫氣，驗純后點燃氫氣。將一只干冷的燒杯罩在火焰上方，觀察、描述實驗現(xiàn)象。

[生]客觀事實（宏觀現(xiàn)象）：氫氣在導(dǎo)管口燃燒，產(chǎn)生黃色火焰（這是由于玻璃的干擾），有水生成；用手觸摸燒杯外壁，感覺發(fā)燙，說明氫氣燃燒產(chǎn)生大量的熱。

問題2 用磁釘在黑板上演示氫氣在空氣中燃燒的微觀本質(zhì)

[生]微觀本質(zhì)：

問題3 請你用適當(dāng)?shù)姆椒ū硎練錃馊紵姆磻?yīng)過程

[生]表示方法有三種：

問題4 想一想：這三種表示方法中，哪種方法最好？為什么？

[生]方法3最好。因為方法1不是國際通用的表示方法，方法2不符合質(zhì)量守恒定律，方法3既是國際通用的表示方法，又符合質(zhì)量守恒定律。

[師]像這樣用化學(xué)式來表示化學(xué)反應(yīng)的式子叫化學(xué)方程式。請你從宏觀、微觀兩個角度說一說，該化學(xué)方程式表示的含義？

[生]宏觀含義：氫氣和氧氣點燃時生成水。

微觀含義：每2個氫分子和1個氧分子反應(yīng)生成2個水分子。

說明：化學(xué)方程式是化學(xué)用語的重要組成部分，它不僅是化學(xué)知識的重要組成部分，而且是學(xué)生逐步認識物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)和變化規(guī)律，進行一系列化學(xué)思維活動和表達的基礎(chǔ)。初中是化學(xué)教學(xué)的啟蒙階段，學(xué)生第一次學(xué)習(xí)化學(xué)方程式及其寫法，筆者以學(xué)生熟悉的化學(xué)反應(yīng)（氫氣在空氣中燃燒）為情境，引導(dǎo)學(xué)生從“宏觀-微觀-符號”三個視角研究這一反應(yīng)：觀察實驗、描述現(xiàn)象（宏觀表征）→用磁釘表示反應(yīng)的微觀過程（微觀表征）→用合適的方式表示這一反應(yīng)（符號表征）。這樣設(shè)計教學(xué)的目的有兩個：一是認識化學(xué)方程式，明確“化學(xué)計量數(shù)”的含義及其表示方法；二是引導(dǎo)學(xué)生初步建立“三重表征”之間的整體聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生“三重表征”的思維方式。

2 明：明確方程式的書寫規(guī)則

問題5 想一想：剛才書寫氫氣燃燒的化學(xué)方程式時，你的根據(jù)有哪些？

[生]根據(jù)（1）實驗事實（客觀事實）：氫氣燃燒只有水生成。

根據(jù)（2）質(zhì)量守恒定律：化學(xué)反應(yīng)前后原子的種類、原子的個數(shù)都不變，因而要配平化學(xué)方程式。

問題6 議一議：書寫氫氣燃燒化學(xué)方程式的步驟是怎樣的？

（在學(xué)生交流、教師引導(dǎo)下，師生一起歸納書寫化學(xué)方程式的基本步驟。）

[生]一寫：正確書寫反應(yīng)物、生成物的化學(xué)式和反應(yīng)條件（如：點燃、△、高溫、光照、通電、催化劑等）。

二平：在化學(xué)式前配上適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)計量數(shù)，使反應(yīng)前后原子個數(shù)相等。

[師]演示實驗（如圖3所示）：觀察A、B裝置中實驗現(xiàn)象，并書寫反應(yīng)的化學(xué)方程式。

（教師適當(dāng)引導(dǎo)，幫助學(xué)生明確有氣體或沉淀生成的化學(xué)反應(yīng)，怎樣書寫化學(xué)方程式。并進一步完善化學(xué)方程式的書寫步驟。）

四查：檢查化學(xué)式書寫是否正確、條件是否準確、是否配平。

問題7 在書寫化學(xué)方程式時，為什么一定要注明反應(yīng)條件？

[師]投影圖4、圖5，組織學(xué)生交流討論：兩個反應(yīng)的相同點、不同點是什么？

[生]相同點：反應(yīng)物都是二氧化碳和水。不同點：由于反應(yīng)條件不同，導(dǎo)致生成物不同。

[師]由此可見，物質(zhì)是可以轉(zhuǎn)化的，但是，物質(zhì)轉(zhuǎn)化需要一定條件。即使相同的反應(yīng)物，由于反應(yīng)條件不同最終導(dǎo)致了生成物不同。因而，書寫化學(xué)方程式時一定要注明反應(yīng)條件。

說明：關(guān)于化學(xué)方程式的書寫，常規(guī)教學(xué)往往是教師講規(guī)則、學(xué)生記規(guī)則，教師舉例、學(xué)生練習(xí)。試圖通過習(xí)題訓(xùn)練強化重點知識，反而忽視了學(xué)生的積極參與，忽略了學(xué)生的情感體驗，給學(xué)生深刻理解學(xué)習(xí)內(nèi)容帶來了障礙。情境教學(xué)的倡導(dǎo)者Brown，Colin，Dugid認為：“知識只有在它們產(chǎn)生及應(yīng)用的情境中才能產(chǎn)生意義。知識絕不能從它本身所處的環(huán)境中孤立出來，學(xué)習(xí)知識的最好方法就是在情境中進行。[1]”義務(wù)教育化學(xué)課程標準明確要求：“有針對性地選擇學(xué)習(xí)情境素材，引導(dǎo)學(xué)生從真實的學(xué)習(xí)情境中發(fā)現(xiàn)問題，展開討論，提出解決問題的思路。[2]”因此，筆者創(chuàng)設(shè)了氫氣燃燒的實驗情境，組織學(xué)生思考、交流書寫化學(xué)方程式過程中的真實感受，從而歸納出書寫化學(xué)方程式的兩個步驟（一寫、二平）。如何書寫有氣體或沉淀生成的化學(xué)方程式呢？筆者再以教材第43頁“圖2-15二氧化碳的制備”為情境，在教師演示實驗、學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，進一步完善有氣體或沉淀生成時化學(xué)方程式的書寫方法。另外，通過引導(dǎo)學(xué)生對比分析圖4、圖5所示的兩個化學(xué)反應(yīng)，培養(yǎng)學(xué)科觀念：物質(zhì)是可以轉(zhuǎn)化的，但是，轉(zhuǎn)化需要一定條件。再次強調(diào)了書寫化學(xué)方程式時一定要注明化學(xué)反應(yīng)的條件。

3 破：突破化學(xué)方程式的配平難點

[師]組織學(xué)生分組實驗（如圖6所示），點燃氣體打火機，用一只干冷的燒杯罩在火焰上方；另換一只內(nèi)壁涂有澄清石灰水的燒杯罩在火焰上方，觀察實驗現(xiàn)象。

[生]學(xué)生歸納配平方法：最復(fù)雜化學(xué)式的化學(xué)計量數(shù)確定為“1”，單質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)留在最后配，然后運用觀察法配平化學(xué)方程式即可。

說明：教學(xué)就要“把知識打開”，讓學(xué)生親歷知識產(chǎn)生、發(fā)展、提煉、應(yīng)用的過程。在初中階段，配平方程式是書寫化學(xué)方程式的難點。在以往教學(xué)中，教師積累了許多方程式的配平方法，如：最小公倍數(shù)法、奇偶法等等，掌握這些配平方法有助于學(xué)生正確書寫化學(xué)方程式。但是，有時方法越多反而禁錮了學(xué)生的思維，束縛了學(xué)生的手腳，加重了學(xué)生的學(xué)習(xí)負擔(dān)。因此，筆者引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)配平方法的基礎(chǔ)上，運用觀察法配平方程式，從而以不變應(yīng)萬變。

4 練：練習(xí)書寫常見的化學(xué)方程式

問題9 根據(jù)下列信息（或要求）書寫相應(yīng)的化學(xué)方程式

（1）如圖7所示進行實驗，觀察實驗現(xiàn)象，書寫相應(yīng)的化學(xué)方程式。

（2）如圖1所示（實驗已經(jīng)演示），啟普發(fā)生器中發(fā)生的反應(yīng)，生成物除了氫氣之外，還有硫酸鋅。

（3）如圖8所示進行實驗，觀察實驗現(xiàn)象。已知該反應(yīng)的生成物有三種：氯化鈉、常溫下最常見的一種液體和常用作滅火劑的一種氣體。

[師]演示實驗，燒杯中放有點燃的蠟燭和純堿，再加稀鹽酸（如圖9所示），進一步確定碳酸鈉與稀鹽酸反應(yīng)有二氧化碳氣體生成，同時通過教師的演示實驗，增強了教學(xué)的趣味性。

說明：揚州市廣陵區(qū)教育局教研室王國崢老師認為：符號教學(xué)“文本化”、意義理解“空洞化”、書寫規(guī)范“缺失化”是造成學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)符號的主要障礙。他認為采用簡單的“符號”記憶法，讓學(xué)生直接記憶化學(xué)方程式是最低效的方法，不僅加重了學(xué)生的學(xué)習(xí)負擔(dān)，而且會使化學(xué)方程式教學(xué)走向“死胡同”[3]。著名化學(xué)教育家劉知新教授曾精辟地概括了化學(xué)符號教學(xué)的基本原則：“名實結(jié)合、名實互現(xiàn)、名實發(fā)展”。他指出，在化學(xué)用語教學(xué)中要堅持“三要”：一是要讓學(xué)生“把化學(xué)用語與化學(xué)事實或概念結(jié)合起來，形成正確的聯(lián)想”；二要盡量使具體物質(zhì)、具體反應(yīng)、化學(xué)概念和原理借助于化學(xué)用語來抽象概括，減少不必要的假借；三要突出化學(xué)用語的意義，在學(xué)生初步掌握了化學(xué)用語之后又進而結(jié)合物質(zhì)及其變化使之具體化、深刻化，達到運用于發(fā)展的目的[4]。

化學(xué)實驗是促進“名實結(jié)合、名實互現(xiàn)、名實發(fā)展”的最佳載體。在教學(xué)中，筆者創(chuàng)設(shè)了四個真實的實驗情境：一是學(xué)生觀察啟普發(fā)生器中發(fā)生的反應(yīng)（如圖1），二是在硫酸銅溶液中滴加氫氧化鈉溶液（如圖7），三是在碳酸鈉溶液中加入稀鹽酸（如圖8），四是在盛有點燃的蠟燭和純堿的燒杯中加稀鹽酸（如圖9），學(xué)生在觀察、描述實驗現(xiàn)象的基礎(chǔ)上書寫化學(xué)方程式。其中，圖7所示的反應(yīng)，在質(zhì)量守恒定律教學(xué)中學(xué)生已經(jīng)知道了反應(yīng)物和生成物。圖1所示的反應(yīng)，只需給出生成物即可。圖8所示的反應(yīng)，教師提供了生成物的基本信息，但是需要學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識進一步作出判定。這樣，由易到難、從簡單到復(fù)雜的循序漸進式教學(xué)，符合學(xué)生的認知規(guī)律。更重要的是，使感性的直觀實驗與理性的內(nèi)在規(guī)律理解相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生從“理解化學(xué)”的視角掌握其本質(zhì)，更有利于學(xué)生掌握所學(xué)知識。

5 解：理解化學(xué)方程式的含義

問題10 請從定性和定量的視角，描述氫氣燃燒的化學(xué)方程式的含義。

[生]從定性的角度講：該化學(xué)方程式不僅表示了一個客觀事實，還能從微觀上解釋一個化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)和規(guī)律；從定量的角度講：它表示了反應(yīng)物與生成物之間的定量關(guān)系，4克的氫氣和32克的氧氣點燃時反應(yīng)，生成36克的水。

說明：從宏觀和微觀、定性和定量不同視角深入理解化學(xué)方程式的內(nèi)涵，幫助建立“宏觀—微觀—符號”三重表征之間的整理聯(lián)系（如圖10所示），在此基礎(chǔ)上讓學(xué)生獲得真實體驗：化學(xué)方程式是反映物質(zhì)組成、性質(zhì)、轉(zhuǎn)化關(guān)系的最佳工具，它具有確定性、簡潔性和統(tǒng)一性，使人們得以擺脫大量的記憶和模糊不清的語言糾纏，讓思維能夠?qū)Ｗ⒂谖镔|(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和化學(xué)反應(yīng)性能等問題，更加清晰、簡約和專業(yè)化[5]。

學(xué)習(xí)和研究化學(xué)，不僅要從宏觀現(xiàn)象上對物質(zhì)的性質(zhì)和變化進行觀察和描述，而且要從微觀結(jié)構(gòu)上進行解釋，以把握事物的本質(zhì)和規(guī)律，還要運用化學(xué)符號進行表達和交流。在“化學(xué)反應(yīng)的表示方法”教學(xué)中，筆者創(chuàng)設(shè)真實的實驗情境組織教學(xué)——引導(dǎo)學(xué)生從宏觀現(xiàn)象上觀察、描述，從微觀結(jié)構(gòu)上解釋以及用化學(xué)方程式表達、交流物質(zhì)的性質(zhì)和變化，幫助學(xué)生把握化學(xué)學(xué)科的思維特點——“三重表征”，實現(xiàn)認識的科學(xué)化和規(guī)范化[6]。

參考文獻：

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[2]中華人民共和國教育部制定.義務(wù)教育化學(xué)課程標準[S].北京：北京師范大學(xué)出版社.2012：36.

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[4][5]吳俊明.對化學(xué)語言及其教學(xué)的再認識[J].化學(xué)教學(xué)，2015，（7）：3～8.

[6]王寶斌.著力發(fā)展核心素養(yǎng)[J].教育研究與評論，2015，（11）：93.