通過(guò)“三個(gè)情景”談“三重表征”在化學(xué)教學(xué)中的重要性

王愛(ài)華

摘要：選取了兩個(gè)人數(shù)相同的平行班級(jí)，以銅與濃硫酸的反應(yīng)、甲烷的空間結(jié)構(gòu)、銅-石墨硝酸銀溶液的原電池的三個(gè)情景教學(xué)為背景，探究了三重表征在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的重要作用。結(jié)果顯示，教師在日常教學(xué)設(shè)計(jì)中多從宏觀-微觀-符號(hào)角度出發(fā)，組織課堂教學(xué)，不但可以促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握，同時(shí)還可以培養(yǎng)學(xué)生從不同的表征的角度去理解、消化知識(shí)的能力，讓學(xué)生從更深層次掌握知識(shí)。

關(guān)鍵詞：三重表征;三個(gè)情景;宏觀分析;微觀辮識(shí);符號(hào)表達(dá);實(shí)踐

文章編號(hào)：1008-0546（2021）04-0014-03 中圖分類(lèi)號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.04.004

1982年johnstone首次提出化學(xué)中的“三重表征”，他認(rèn)為學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)時(shí)，需要接觸宏觀一微觀一符號(hào)的三重表征[1]。

宏觀表征是指對(duì)物質(zhì)所進(jìn)行的外在可觀察的現(xiàn)象在學(xué)習(xí)者腦海中的反映?；瘜W(xué)學(xué)科中可以直接觀察到的現(xiàn)象主要是指物質(zhì)中可以直接觀察到的現(xiàn)象，即物質(zhì)屬性中的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的外在表現(xiàn)。學(xué)生通過(guò)觀察物質(zhì)的形狀、顏色、或者通過(guò)與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)所產(chǎn)生的一系列可觀察的現(xiàn)象如光、熱等來(lái)感知事物，在頭腦中形成圖像的如藍(lán)色的硫酸銅溶液，形成聲像的如不純的氫氣燃燒發(fā)生爆炸。形成動(dòng)作的如用手撕鋁箔等對(duì)物質(zhì)的多重感知反映，形成對(duì)物質(zhì)宏觀表征的認(rèn)識(shí)。

微觀表征是指不能通過(guò)直接觀察得到的物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、組成、反應(yīng)機(jī)理等微觀領(lǐng)域的屬性在學(xué)習(xí)者頭腦中的反映。學(xué)生通過(guò)教師的講解、模型展示或借助一定的多媒體、想象微觀水平上物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、組成及其變化運(yùn)動(dòng)來(lái)感知事物。在頭腦中形成圖像的如金剛石的結(jié)構(gòu)是空間四面體，石墨是層狀的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。語(yǔ)義的如原子是構(gòu)成物質(zhì)的一種粒子，形成邏輯的如分子由原子組成的。對(duì)物質(zhì)的多重感知反映，形成對(duì)物質(zhì)的微觀表征。

符號(hào)表征：是指由拉丁文和英文字母組成的符號(hào)和圖形符號(hào)在學(xué)習(xí)者頭腦中的反映。

很多研究表明，在化學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)生對(duì)宏觀表征和符號(hào)表征掌握相對(duì)較好，但對(duì)物質(zhì)的微觀表征和三重表征的聯(lián)系認(rèn)識(shí)不足。2017年新修訂的化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)明確提出了化學(xué)學(xué)科五大核心素養(yǎng)，“宏觀辨識(shí)和微觀探析”便是其中之一，要求學(xué)生在化學(xué)的學(xué)習(xí)中能從不同層次認(rèn)識(shí)物質(zhì)，能從宏觀和微觀的視角分析與解決問(wèn)題[2]。因此，本文通過(guò)三個(gè)相同情景，在兩個(gè)人數(shù)相同的平行班級(jí)的不同的教學(xué)，來(lái)談“三重表征”在化學(xué)教學(xué)過(guò)程中的重要性。

一、銅與濃硫酸的反應(yīng)的情景教學(xué)

1.A班

在A班首先演示了銅與濃硫酸的課本實(shí)驗(yàn)（圖1），隨后讓學(xué)生通過(guò)觀察得出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論（圖2）。

2.B班

在B班也演示了銅與濃硫酸的課本實(shí)驗(yàn)（圖3），引導(dǎo)學(xué)生留意觀察銅絲的變化，讓學(xué)生得出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論，展示學(xué)生的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論（圖4）。

通過(guò)展示，開(kāi)始繼續(xù)追問(wèn)，為何銅絲變黑？引導(dǎo)學(xué)生的思路有意傾向于氧化銅的生成。從主觀方面去引導(dǎo)學(xué)生做出客觀的判斷之后再次追問(wèn)，課本的反應(yīng)方程式為何這樣書(shū)寫(xiě)？如何得到？

學(xué)生通過(guò)兩個(gè)化學(xué)方程式的疊加，得出了課本中的化學(xué)方程式（圖5）。

3.7天之后開(kāi)始抽查兩個(gè)班學(xué)生對(duì)銅與濃硫酸反應(yīng)方程式的掌握情況

通過(guò)表1我們可以明顯看到，最終B班達(dá)成的效果要比A班達(dá)成的效果好很多。造成這個(gè)差異的就是在B班強(qiáng)調(diào)了微觀表征的重要性。從三重表征角度出發(fā)A班通過(guò)實(shí)驗(yàn)給學(xué)生建立了宏觀表征直接過(guò)渡到符號(hào)表達(dá)，感覺(jué)也順理成章。在B班通過(guò)實(shí)驗(yàn)給學(xué)生建立了宏觀表征，再通過(guò)現(xiàn)象分析可能反應(yīng)機(jī)理。在學(xué)生現(xiàn)有的主觀認(rèn)識(shí)上引導(dǎo)學(xué)生做出客觀的判斷，再運(yùn)用數(shù)學(xué)的數(shù)據(jù)處理原理獲得課本呈現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理。學(xué)生通過(guò)宏觀-微觀-符號(hào)，進(jìn)行三重表征的學(xué)習(xí)，可以從不同的層次認(rèn)識(shí)物質(zhì)，從而達(dá)成對(duì)實(shí)際問(wèn)題自主解決的能力。

二、對(duì)甲烷結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)

1.B班

在B班首先讓學(xué)生書(shū)寫(xiě)甲烷的電子式，確定學(xué)生確實(shí)掌握之后，要求學(xué)生寫(xiě)出甲烷的結(jié)構(gòu)式（圖6）。

隨后提問(wèn)甲烷可能的空間結(jié)構(gòu)是什么（圖7）？

追問(wèn)如果是這個(gè)結(jié)論成立，那么甲烷的二氯取代物有幾種（圖8）？

取出甲烷的模型，讓學(xué)生思考二氯取代物的有幾種（圖9）？

結(jié)論：因?yàn)榧淄榈亩热〈镏挥幸环N，所以甲烷不是平面結(jié)構(gòu)，而是空間結(jié)構(gòu)。

2.A班

在A班首先讓學(xué)生書(shū)寫(xiě)甲烷的電子式，確定學(xué)生確實(shí)掌握之后，要求學(xué)生寫(xiě)出甲烷的結(jié)構(gòu)式。隨后提問(wèn)甲烷可能的空間結(jié)構(gòu)是什么？

給每個(gè)學(xué)生球棒，讓學(xué)生自己動(dòng)手搭建甲烷的空間結(jié)構(gòu)（圖10）。

如果是Ⅰ成立，那么一氯取代、二氯取代、三氯取代分別有幾種？讓學(xué)生分別去搭建，得出答案。

如果是Ⅱ成立，那么一氯取代、二氯取代、三氯取代分別有幾種？讓學(xué)生分別去搭建，得出答案（表2）。

結(jié)論：判斷甲烷是平面結(jié)構(gòu)，還是空間結(jié)構(gòu)可以看二氯取代物的種類(lèi)。

3.7天之后開(kāi)始抽查兩個(gè)班學(xué)生對(duì)甲烷空間結(jié)構(gòu)的掌握情況

從表3的數(shù)據(jù)上分析，A班掌握的情況比B班掌握的情況好，甲烷俗稱(chēng)天然氣，天然氣是一個(gè)宏觀的物質(zhì)，學(xué)生對(duì)它主觀的認(rèn)識(shí)也是非常清楚的，畢竟天然氣已經(jīng)進(jìn)入了千家萬(wàn)戶(hù)。對(duì)甲烷的結(jié)構(gòu)辨識(shí)，是屬于微觀辨析。學(xué)生通過(guò)球棒模型的搭建，強(qiáng)化了微觀認(rèn)識(shí)。通過(guò)“三重表征”的學(xué)習(xí)，再在教師的引導(dǎo)下，把學(xué)生存在的主觀錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)化為客觀認(rèn)識(shí)，從而達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的效率。

三、原電池

1 .A班

在A班首先讓學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（圖11、圖12）。

引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得到電極反應(yīng)（圖13）。

2.B班

在B班首先讓學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（圖14、圖15）。

（1）產(chǎn)生電流的條件是什么？

（2）為何這個(gè)實(shí)驗(yàn)可以形成電流？

（3）你能畫(huà)成圖像嗎（圖16、圖17）？

結(jié)論：產(chǎn)生電流首要的條件是要有閉合的回路，外部是電子由負(fù)極定向移動(dòng)到正極，溶液中是銀離子定向移動(dòng)到正極，硝酸根定向移動(dòng)到負(fù)極，從而產(chǎn)生了閉合回路。正極有電子，銀離子得電子，從而正極有銀生成;負(fù)極失去電子，形成銅離子，溶液變藍(lán)。

3.7天之后開(kāi)始抽查兩個(gè)班學(xué)生對(duì)原電池中電流的方向、現(xiàn)象及其電極反應(yīng)書(shū)寫(xiě)的掌握情況

通過(guò)表4中的數(shù)據(jù)看到B班的掌握情況要比A班好，造成這個(gè)差異的就是在B班讓學(xué)生通過(guò)畫(huà)圖去理解原電池的形成機(jī)理。通過(guò)自主實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生有宏觀的辨識(shí)，通過(guò)畫(huà)圖讓學(xué)生更深層次地理解微觀粒子的如何運(yùn)動(dòng)造就了這樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。在此基礎(chǔ)上再引導(dǎo)學(xué)生完成電極方程式的書(shū)寫(xiě)。學(xué)生通過(guò)宏觀一微觀一符號(hào)，進(jìn)行三重表征的學(xué)習(xí)，對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握效果明顯要好很多。

在日常教學(xué)中，我們可以看到化學(xué)方程式的記憶成為了學(xué)生的難點(diǎn)，電化學(xué)平衡反應(yīng)等等這些都是教學(xué)的難點(diǎn)，也是學(xué)生難以掌握的內(nèi)容。之所以成為難題，是學(xué)生還不能從宏觀到微觀到符號(hào)之間自由地切換。所以教師在日常的教學(xué)過(guò)程中要重視“三重表征”的應(yīng)用，有宏觀表征的，要通過(guò)宏觀的現(xiàn)象讓學(xué)生思考可能的微觀世界的變化，有微觀表征的，要讓學(xué)生分析，這樣的特性可能呈現(xiàn)出來(lái)的現(xiàn)象有哪些，當(dāng)然不同的學(xué)生主觀認(rèn)識(shí)也往往不同，所以教師通過(guò)引導(dǎo)、互動(dòng)讓學(xué)生最終得出客觀的認(rèn)識(shí)，最后讓學(xué)生用符號(hào)正確地表達(dá)出來(lái)。加強(qiáng)宏觀一微觀一符號(hào)的教學(xué)模式，可以加強(qiáng)學(xué)生三重表征聯(lián)系的能力，有效地提高學(xué)生的掌握情況。

參考文獻(xiàn)：

[1]Johnstone A H.Why is science difficultto learn？Things areseldom what they seem[J].Joural of computer assisted learn-ing，1991，7（2）：75-83

[2]中華人名共和國(guó)教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：3-5