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

初中學生化學反應(yīng)三重表征思維整體設(shè)計實踐

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

鑒于三重表征是一個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)初中學生三重表征思維的教學應(yīng)把三重表征當作一個整體和立足于整個初中化學教學內(nèi)容對其進行設(shè)計，并進行了相應(yīng)的實踐。

初中化學；三重表征；整體設(shè)計；教學實踐

“從‘宏觀——微觀——符號’三種表征水平上認識和理解化學知識，并建立三者之間的內(nèi)在聯(lián)系，是化學學習特有的思維方式”，［1］即稱之為三重表征思維。三重表征是一個整體，“如果學生能整合三重表征進行學習，那么其會提升自身對化學概念的理解，提高化學學習的水平”。［2］初中化學是化學教育的啟蒙階段，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，如化學反應(yīng)的表示方式經(jīng)歷了文字表達式、符號表達式和化學方程式等階段，而對化學反應(yīng)微觀實質(zhì)解析的實例則很少。因此，培養(yǎng)初中學生三重表征思維的教學，一要根據(jù)初中化學的內(nèi)容特點，把三重表征當作一個整體，引導學生從“宏觀——微觀——符號”三種水平上認識和理解化學知識，并建立三者之間的內(nèi)在聯(lián)系；二要立足于整個初中化學教學內(nèi)容，將有利于三重表征思維形成的教學內(nèi)容組成一個教學系統(tǒng)，從分析各階段化學知識對培養(yǎng)三重表征思維的價值和學生心智發(fā)展歷程出發(fā)，對其進行整體設(shè)計。文章就培養(yǎng)初中學生化學反應(yīng)三重表征思維的整體設(shè)計作一些探討。

一、整體設(shè)計文字表達式教學

身邊的化學物質(zhì)是化學學習的開端，也是培養(yǎng)學生化學反應(yīng)三重表征思維的開始。本章集中學習了氧氣、二氧化碳、水的性質(zhì)和用途，所出現(xiàn)化學反應(yīng)用文字表達式表示，并在文字表達式下方標注物質(zhì)的化學式。文字表達式是化學反應(yīng)的“中文”表達，簡潔地反映了化學反應(yīng)的反應(yīng)物、生成物和反應(yīng)條件，是對化學反應(yīng)宏觀表征的一種濃縮，是書寫化學方程式的基礎(chǔ)。因此，教學中不要把文字表達式孤立化，而要提供機會、創(chuàng)造條件增加學生對化學反應(yīng)宏觀表征的體驗，引導學生建立化學反應(yīng)宏觀表征與文字表達式的聯(lián)系，同時，兼顧與化學符號的聯(lián)系，促進反應(yīng)文字表達式的記憶與理解，為化學方程式的書寫打下基礎(chǔ)。

案例1實驗室用高錳酸鉀制取氧氣的反應(yīng)原理的教學設(shè)計

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生成的氣體。

③問題思考：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，讓學生觀察其顏色和狀態(tài)。

⑥學生書寫高錳酸鉀加熱分解的文字表達式。

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式的聯(lián)系

設(shè)計說明：通過①②③④⑤豐富高錳酸鉀分解的宏觀表征。通過⑥建立高錳酸鉀分解宏觀表征與反應(yīng)文字表達式之間的聯(lián)系。通過⑦將這種表征方式外顯化，實現(xiàn)高錳酸鉀加熱分解宏觀表征與文字表達式之間聯(lián)系在學生頭腦中的內(nèi)化。

二、整體設(shè)計有關(guān)水的知識內(nèi)容教學

教材在第2、3、4章中都出現(xiàn)了有關(guān)水的知識，第2章通過水的分解和化合說明了水的組成；第3章通過水分解的微觀示意圖，從微觀層面上詮釋了化學反應(yīng)的實質(zhì)，說明了分子與原子的區(qū)別；第4章從水分解化學方程式書寫中說明了有氣體放出的反應(yīng)要在生成氣體的右邊用“↑”標明。這三章分別從宏觀、微觀和符號三個層面表征了水分解的反應(yīng)，教學中，筆者與一線教師一道將三者串在一起進行整體設(shè)計，實踐中發(fā)現(xiàn)，對促進學生化學反應(yīng)三重表征思維方式的形成起到了很好的效果。

案例2化學反應(yīng)三重表征思維形成的整體設(shè)計

環(huán)節(jié)一水的組成

①教師演示電解水的實驗，學生觀察、描述實驗現(xiàn)象。

②師生一起檢驗生成物。

③學生書寫反應(yīng)的文字表達式。

④回憶第1章中“加熱葡萄糖、砂糖、面粉”實驗中的啟示（通過化學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從電解水的實驗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式的聯(lián)系

環(huán)節(jié)二原子

①回憶電解水的實驗現(xiàn)象，并寫出電解水反應(yīng)的文字表達式。

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

③問題引導：水通電時，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嗎？

④問題引導：在拆解的過程中，為什么要用到兩個水分子的模型呢？

⑤學生討論教材中的“交流與討論”欄目內(nèi)容。

⑥PPT展示圖3內(nèi)容。

圖3 電解水的微觀表征與化學反應(yīng)的實質(zhì)

環(huán)節(jié)三化學方程式的書寫

①請學生描述電解水的實驗現(xiàn)象。請根據(jù)所學的知識寫出能表示電解水這一反應(yīng)的方式。

②展現(xiàn)學生書寫的情況如下：

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評價以上哪一種方式能從定性和定量方面準確地描述化學反應(yīng)，并評價其優(yōu)缺點。

④從學生說的只有“d”情況能準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)，要求學生把微觀示意圖轉(zhuǎn)化成化學符號，然后告訴學生這個就是表示電解水的化學方程式。

⑤討論：水電解的化學方程式中蘊含著哪些意義？

⑥PPT展示圖4內(nèi)容。

圖4 電解水的三重表征

設(shè)計意圖：在水的組成的教學中，通過實驗，體驗電解水反應(yīng)的宏觀表征，并將宏觀表征融入到反應(yīng)的文字表達式中。在原子的教學中，以電解水的宏觀現(xiàn)象和反應(yīng)的文字表達式為基礎(chǔ)，借助微觀模型，學生在拆解、組裝的過程中，使抽象的、不可視微觀過程直觀化，實現(xiàn)對化學反應(yīng)微觀實質(zhì)的建構(gòu)，同時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PPT外顯化。在化學方程式的書寫中，學生在微觀示意圖轉(zhuǎn)化成化學方程式的過程中，實現(xiàn)了微觀到符號的連接，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、微觀過程等都有機地融合在化學方程式中。

三、運用三重表征，整體設(shè)計化學教學

經(jīng)過上述以電解水為中心，從宏觀、微觀、符號及其三者之間的內(nèi)在聯(lián)系上認識電解水的反應(yīng)，學生雖然初步建立了化學反應(yīng)三重表征的思維方式，但學生對三重表征間的聯(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)的教學過程中，教師要有運用三重表征整體設(shè)計教學的意識，從三重表征典型實例出發(fā)，如鐵的冶煉原理、溶液的均一性和導電性、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)計教學，幫助學生形成用三重表征的思維方式學習和理解化學知識的方法，提高化學學習的水平。

案例5鐵的冶煉反應(yīng)原理的教學設(shè)計

問題導入：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)，就可以實現(xiàn)。

演示實驗：一氧化碳與氧化鐵的反應(yīng)。

實驗觀察：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)”的微觀動畫視頻。

問題思考：從上述的視頻中可以發(fā)現(xiàn)，一個一氧化碳分子只能結(jié)合一個氧原子，同時轉(zhuǎn)化為二氧化碳，氧化鐵中的氧原子被三個一氧化碳分子奪去之后生成了鐵。那么，這個過程如何用化學方程式表示。

問題思考：①從這個化學方程式，你能提取出相應(yīng)的微觀與宏觀信息嗎？②試寫出Fe3O4與CO反應(yīng)的化學方程式，并說說它的宏觀和微觀含義。

板書設(shè)計：

圖5 鐵的冶煉反應(yīng)原理的三重表征

設(shè)計意圖：通過比較鐵的氧化物與鐵的元素組成，猜想鐵的冶煉原理，運用實驗證實猜想，并體驗鐵的冶煉反應(yīng)原理的宏觀表征，然后將宏觀實驗現(xiàn)象背后蘊含的微觀本質(zhì)轉(zhuǎn)化為驅(qū)動性問題“產(chǎn)生上述現(xiàn)象的微觀本質(zhì)是什么”，讓學生想象鐵冶煉的微觀過程，再播放“一氧化碳與氧化鐵反應(yīng)”的微觀動畫，突破學生對微觀表征的相異構(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，學生在書寫化學方程式和揭示化學方程式意義的過程中，將該反應(yīng)的宏觀表征和微觀表征都統(tǒng)一到符號中。最后，要求學生寫出Fe3O4與CO反應(yīng)的化學方程式，并從方程式出發(fā)，要求學生描述該反應(yīng)的宏觀現(xiàn)象和揭示其微觀本質(zhì)，強化了化學方程式在宏觀表征和微觀表征的中介作用，實現(xiàn)三重表征有效融合與轉(zhuǎn)化。

“在過去的30年，化學三重表征已經(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，我國化學教育工作者對高中階段三重表征思維培養(yǎng)策略的實踐研究較多，而對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（九年級上冊）和建構(gòu)初期（九年級下冊）的關(guān)鍵時期。［4］初中化學的啟蒙性質(zhì)，決定了培養(yǎng)三重表征思維策略有別于高中階段，有其自身的獨特性，課題組教師將繼續(xù)關(guān)注培養(yǎng)初中學生三重表征思維的研究，為提升初中化學教學質(zhì)量提供一種參考。

［1］林秋成.利用三重表征訓練提高學生問題解決能力的實踐研究［J］.化學教與學,2014（9）.

［2］［3］張丙香,畢華林.化學三重表征的含義及其教學策略［J］.中國教育學刊,2013（2）.

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

（責任編輯：張賢金）

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