曹英

摘要：基于“宏觀一微觀一符號(hào)”的教學(xué)理論可有效強(qiáng)化學(xué)生對(duì)學(xué)科內(nèi)容的思考和理解，以基于該理論解構(gòu)化學(xué)反應(yīng)中的能量變化這一內(nèi)容的教學(xué)為例，在教學(xué)實(shí)踐中設(shè)計(jì)五個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生經(jīng)歷宏觀觀察、微觀探析與符號(hào)表征的過程，可以有效培育學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：“宏-微-符”教學(xué)理論;能量變化

文章編號(hào)：1008-0546（2018）10-0072-03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

一、“宏-微-符”的內(nèi)涵與必要性

表征是現(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)的核心概念之一，它指信息在人腦中記載和呈現(xiàn)的方式。宏觀表征是指物質(zhì)在物理和化學(xué)變化中表現(xiàn)出來的可以直接觀察到的宏觀現(xiàn)象在人頭腦中的反映。如通過觀察可以知道鐵在氯氣中燃燒產(chǎn)生棕褐色煙，加水后溶液呈棕黃色，通過感知還可以知道鐵在氯氣中燃燒會(huì)放熱。宏觀表征是一種最豐富的感性認(rèn)識(shí)且具有再現(xiàn)性，可以為微觀領(lǐng)域的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。微觀表征主要是指有關(guān)物質(zhì)的微觀組成和結(jié)構(gòu)、微觀粒子的運(yùn)動(dòng)及相互作用等微觀屬性在學(xué)習(xí)者頭腦中的反映;學(xué)生微觀表征的形成，需要通過想象來完成，教師通過講解、模型展示、多媒體手段等來幫助學(xué)生想象和理解。如氯化鈉晶體是由鈉離子和氯離子構(gòu)成的，以及電子云的形狀、伸展方向，有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)等，教師可以通過展示模型或?qū)W生動(dòng)手搭建模型來幫助學(xué)生想象和理解川。

“宏-微-符”理論是解讀高中化學(xué)教學(xué)的重要思想理論（見下圖）：從知識(shí)角度來看，該理論指出了高中化學(xué)研究對(duì)象為宏觀世界與微觀世界，同時(shí)借助于化學(xué)研究范式下的符號(hào)來表示研究所得;從學(xué)生學(xué)習(xí)的角度來看，該理論指出了學(xué)生在化學(xué)學(xué)習(xí)中的三種思維加工與知識(shí)表征方式，這對(duì)于教師理解學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)過程是大有裨益的[2]。

二、基于“宏-微-符”的教學(xué)設(shè)計(jì)程序

物理變化和化學(xué)變化過程中的發(fā)光、發(fā)熱或顏色變化等宏觀現(xiàn)象，能夠通過直觀感知或化學(xué)儀器測(cè)量出來。教學(xué)中以具體實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的宏觀現(xiàn)象人手，引導(dǎo)學(xué)生分析宏觀現(xiàn)象背后的微觀本質(zhì)。從微觀角度解釋實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的宏觀現(xiàn)象的本質(zhì)原因，為了直觀、簡(jiǎn)潔地表達(dá)出實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的宏觀現(xiàn)象，采用化學(xué)語言如符號(hào)、方程式等進(jìn)行表示。

三、例談基于“宏-微-符”理論的教學(xué)設(shè)計(jì)——以“化學(xué)反應(yīng)中的能量變化”為例

1.學(xué)習(xí)內(nèi)容與要求

本節(jié)課為上科版高一上第4章“剖析物質(zhì)變化中的能量變化”中“4.2化學(xué)變化中的能量變化”，學(xué)科教學(xué)基本要求上為“單元5物質(zhì)變化中的能量變化”中的“5.2化學(xué)反應(yīng)與能量變化”。

（1）內(nèi)容水平

學(xué)習(xí)水平A、B、C、D分別對(duì)應(yīng)知道、理解、運(yùn)用和綜合。

（2）具體要求

3.教學(xué)過程

教學(xué)環(huán)節(jié)1：宏觀—實(shí)驗(yàn)感知

[教師]化學(xué)與我們的生活息息相關(guān)，我們不僅可以利用化學(xué)反應(yīng)來制備我們所需的物質(zhì)，還可以利用化學(xué)反應(yīng)中的能量變化來為我們的生活和生產(chǎn)服務(wù)。我們通過幾個(gè)實(shí)驗(yàn)來感知化學(xué)反應(yīng)中的能量變化（表2）。

[學(xué)生]按要求動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，并以不同方式感知化學(xué)反應(yīng)中的能量變化。

[教師]展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果：隨機(jī)選取學(xué)生們的實(shí)驗(yàn)，用溫度傳感器連接到電腦上，點(diǎn)擊收集數(shù)據(jù)，觀察溫度變化曲線圖，形象地展示出化學(xué)反應(yīng)過程中溫度的變化。

教學(xué)環(huán)節(jié)2：建構(gòu)概念

[教師]通過以上三個(gè)實(shí)驗(yàn)我們得知化學(xué)反應(yīng)有些放熱，有些吸熱，怎么來描述化學(xué)反應(yīng)中的熱量變化呢？請(qǐng)大家閱讀教材82頁。

[學(xué)生]閱讀教材，思考。

[教師]請(qǐng)大家舉例學(xué)過的哪些反應(yīng)是放熱反應(yīng)？

[學(xué)生]舉例并歸納常見的放熱反應(yīng)：燃燒反應(yīng)、中和反應(yīng)、活潑金屬和酸反應(yīng)、氧化鈣和水等。

[教師]補(bǔ)充引導(dǎo)：大家還記得“滴水生煙”這個(gè)實(shí)驗(yàn)嗎？

[學(xué)生]回顧第二章“開發(fā)海水中的鹵素資源”相關(guān)知識(shí)，鋅粉和碘在水作催化劑的條件下反應(yīng)，產(chǎn)生紫煙，說明反應(yīng)放熱，放出的熱量使碘升華。

[教師]美麗“凍”人，有些愛美的女孩子，冬天的時(shí)候會(huì)貼暖寶寶，不但美麗，還不凍人，大家有沒有關(guān)注過暖寶寶其中的化學(xué)原理呢？

[學(xué)生]鐵粉和空氣中的氧氣還有水反應(yīng)：

4Fe（OH）₂+2H₂O+O₂-4Fe（OH）₃

[教師]從反應(yīng)類型角度，加以總結(jié)，常見的放熱反應(yīng)有哪些？

[學(xué)生]常見的放熱反應(yīng)：燃燒反應(yīng)、中和反應(yīng)、活潑金屬和酸反應(yīng)、大多數(shù)化合反應(yīng)。

[教師]大多數(shù)化合反應(yīng)為放熱反應(yīng)（C與CO₂反應(yīng)等除外）。

[教師]請(qǐng)大家舉例學(xué)過的哪些反應(yīng)是吸熱反應(yīng)？

[學(xué)生]常見的吸熱反應(yīng)：大多數(shù)分解反應(yīng)（除“火山反應(yīng)”——重鉻酸鏤分解等除外）：Ba（OH）₂·8H₂O和NHCl反應(yīng);少數(shù)化合反應(yīng)。

[教師]重鉻酸錢分解等為放熱反應(yīng);C、CO、H₂還原金屬氧化物為吸熱反應(yīng);少數(shù)化合反應(yīng)（如C與CO₂反應(yīng)）為吸熱反應(yīng)。

教學(xué)環(huán)節(jié)3：微觀-理論探析

[教師]為什么化學(xué)反應(yīng)會(huì)放熱或吸熱呢？請(qǐng)大家閱讀教材83頁。

[學(xué)生]閱讀教材，思考。反應(yīng)熱的宏觀本質(zhì)為反應(yīng)物總能量與生成物總能量的差值。

L教師]從化學(xué)變化的實(shí)質(zhì)，探析反應(yīng)熱的微觀本質(zhì)是什么呢？以氫氣和氯氣化合生成氯化氫為例。

[學(xué)生]化學(xué)變化的實(shí)質(zhì)是反應(yīng)物中化學(xué)鍵的斷裂與生成物中化學(xué)鍵的形成。H-H鍵和Cl-Cl鍵斷裂吸收能量，H-Cl鍵形成釋放能量。故微觀本質(zhì)為舊鍵斷裂吸收能量與新鍵生成放出能量的差值。

教學(xué)環(huán)節(jié)4：符號(hào)-問題表征

[教師]化學(xué)反應(yīng)過程中的熱量變化如何以化學(xué)用語的形式表征出來呢？

[學(xué)生]閱讀教材，給出熱化學(xué)方程式的概念。

[教師]模擬游戲“美女找茬”，以下為幾個(gè)熱化學(xué)方程式，“大家來找茬”，盡可能全面地找出熱化學(xué)方程式與化學(xué)方程式的不同之處。

H₂（g）+1/2O₂（g）-H₂O（g）+241.8kJ，

CaCO₃（s）-CaO（s）+CO₂（g）-178.27kJ，

C（s.金剛石）+O₂（g）→CO₂（g）+395.41kJ。

[學(xué)生]思考討論。

[教師]2H₂（g）+O₂（g）→2H₂O（g）+241.8kJ，對(duì)不對(duì)？為什么？從宏觀和微觀兩個(gè)角度分別作出解釋。

[學(xué)生]思考討論。

[教師]化學(xué)方程式中化學(xué)讓量數(shù)可表示什么含義？

[學(xué)生]思考討論。

[教師]為什么書寫時(shí)有這么多要求？每個(gè)要求的原因是什么？

[學(xué)生]思考討論，歸納總結(jié)。

①注明物質(zhì)的狀態(tài)（s、l、g、aq）。

②可不寫“↑”和“↓”，可不寫反應(yīng)條件。

③化學(xué)方程式后注上反應(yīng)熱，放熱用“+”，吸熱用“一”，并注明單位;化學(xué)計(jì)量數(shù)不同，反應(yīng)熱也不同，兩者成正比。

④化學(xué)計(jì)量數(shù)僅表示物質(zhì)的量，不表示微粒個(gè)數(shù)，可以寫成整數(shù)或分?jǐn)?shù)。

值）存在同素異形體的要注明其同素異形體的名稱。

教學(xué)環(huán)節(jié)5：實(shí)際應(yīng)用

[教師]熱化學(xué)方程式的應(yīng)用

1.判斷物質(zhì)的穩(wěn)緞性——物質(zhì)能量越低，越穩(wěn)定。

已知25℃、101kPa下，石墨、金剛石燃燒的熱化學(xué)方程式分別為：C（石墨）+O₂（g）→CO₂（g）+393.51kJ;C（金剛石）+O₂（g）→CO₂（g）+395.41kJ，據(jù)此推理，_______較穩(wěn)定。

2.判斷化合反應(yīng)生成物質(zhì)的熱穩(wěn)定性。

H₂（g）+F₂（g）-2HF（g）+271.1kJ

H₂（g）+Cl₂（g）→2HCl（g）+184.6kJ

H₂（g）+Br₂（g）→2HBr（g）+72.8kJ

H₂（g）+I₂（g）2HI（g）-53kJ

[教師]不論是利用第二章所學(xué)鹵化氫熱穩(wěn)定性遞變規(guī)律還是第三章化學(xué)鍵的知識(shí)，我們都能判斷出鹵化氫熱穩(wěn)定性由大到小的順序。能不能從今天所學(xué)知識(shí)出發(fā)，得出相應(yīng)結(jié)論？

[學(xué)生]思考回答。物質(zhì)化合時(shí)，生成等物質(zhì)的量的生成物時(shí)，放出熱量越多，生成物的熱穩(wěn)定性越大。

[教師]如何使燃料充分利用？

[學(xué)生]思考回答。

[教師]請(qǐng)大家閱讀教材86頁和87頁。

四、“宏-微-符”理論對(duì)化學(xué)教學(xué)的啟示

結(jié)合化學(xué)學(xué)科特征提出的“宏-微-符”理論，既吻合了學(xué)生的認(rèn)知方式，又體現(xiàn)出化學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)。在學(xué)科核心素養(yǎng)培育的背景下，教師應(yīng)將“宏一微一符”思想滲透到日常教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生形成“宏觀一微弓見一符號(hào)”相結(jié)合的化學(xué)思維習(xí)慣。學(xué)生經(jīng)由“宏一微一符”理論所演繹出的這樣一個(gè)有效的教學(xué)過程，在高中化學(xué)學(xué)習(xí)過程中是可以高效形成化學(xué)核心素養(yǎng)的。

參考文獻(xiàn)

[1]范江文.重視“宏-微-符”三重表征，突破化學(xué)式的學(xué)習(xí)困難[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2015（11），25-26

[2]楊金芳.“宏微符”三重表征下的氣體摩爾體積教學(xué)[J].教師通訊，2017（14）：51

[3]上海市教育委員會(huì)教學(xué)研究室.上海市高中化學(xué)學(xué)科教學(xué)基本要求[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2017：36