巧用圖像表征解決化學問題

朱 勇

（江陰市青陽中學 江蘇 江陰 214401）

視覺文化日益受到關注的今天，圖像已逐漸取代文字，成為傳達信息最重要的手段之一，在教育傳播領域也表現出同樣的趨勢。圖像雖然不像文字描述、數值顯示那樣直接傳達某一方面的信息，但它能提供給我們大量多方位、多角度的總體性信息。如果在化學教學中巧用圖像表征方式，可以有效地提高學生分析問題、解決問題的能力，同時還能培養和發展學生的創造能力。

一、為什么要用圖像表征解決化學問題

1．化學學科的特點

化學學科的知識是以化學基本概念、化學反應原理和化學實驗操作技能為支柱的網狀結構， 語言描述、數值顯示和圖像顯示是學習化學時的三種表征形式。化學基本概念和化學反應原理基本是通過語言描述呈現，它可以在不進入具體數值的詳細分析下給人們提供一般信息概況。但化學是一門以實驗為基礎的科學，很多化學反應的原理、現象和結論需要通過具體的數值來表示化學反應的詳細情況，無論是語言描述還是數值顯示，提供的化學信息都比較單一，缺乏全面性和總體性。圖像表征則可以一次性提供給我們化學反應或化學現象的大量的、過程性和總體性的信息。例如監測某地區的雨水，分析當地污染情況，通過圖像可以一次性提供各時間段降雨強度、雨水的pH值，雨水中的主要污染物等信息，有利于對當地環境污染進行整體性和開放性的研究，這是語言描述和數值顯示無法一次性就達到的。

在化學學習和研究中必然要用到上述三種表征形式，從人類認知的層面來看，圖像表征具有兩個根本特征： 一是可以直接提供跨越諸多抽象層次的信息；二是可以給研究者提供對象的大量信息［1］。化學學科與其他學科聯系密切， 所呈現的知識覆蓋面廣，而且知識點多、細、瑣碎。在化學學習和研究中運用圖像表征，不僅可以對現有單一的、零散的知識進行整合重組，形成知識網絡，而且還能將這些多層次的抽象知識轉化為可以直接得到的，并能立即反饋應用的知識，有利于創新思維的形成。

2．圖像表征對學生思維發展的作用

圖像表征并不是原封不動地將原有知識進行同化，而是通過知識間的本質關系和意義，歸納抽象出同一層次的結構性知識，因而將看似無關的知識形成了邏輯上的必然聯系。授之以魚不如授之以漁，如何讓學生自動地利用大腦中已有的知識儲備，快速有效地解決實際問題，圖像表征即可以很好地驅動大腦中的知識。

（1）圖像表征使信息集中化

根據物質的組成對物質進行分類，可以將物質分為混合物和純凈物， 純凈物又可以分為單質和化合物，單質還可以分為非金屬單質和金屬單質，化合物還可以分為無機化合物和有機化合物……學生單靠文字識記有一定困難，通過圖像表征可以把諸多信息集中起來，形成知識網絡結構，利于學生構建知識體系，便于大腦調動利用。

（2）圖像表征使問題清晰化

化學實驗中面臨許多復雜問題，這些問題錯綜復雜而又環環相扣，迷惑性很大。學生遇到這樣的問題望而卻步。圖像表征可以對現有信息進行分析、篩選、加工，和學生大腦中已有的信息進行重組、建構，大大簡化了學生對模糊信息或不完整信息的破譯［2］。讓學生在“山窮水盡疑無路”中發現“柳暗花明又一村”。

（3）圖像表征使思維最優化

學生在遇到具體問題時，大腦中往往會形成多種方法，并對這些方法平行加工。但現有的知識儲備使得學生在同時處理多種信息的時候困難重重，也無法集中注意力去解決最關鍵的問題。圖像表征作為一個知識網絡儲存在大腦中，直接為學生提供了解決問題的“心理捷徑”，減輕思維的負擔，使思維最優化，大大提高了解決問題的效率。

二、圖像表征幫助學生解決問題的實施策略

1．學生“看圖”感知圖像表征的便利性

［例1］一定物質的量濃度溶液的配制中，關于容量瓶讀數誤差分析。

有關讀數的誤差分析學生很容易出錯， 有的學生甚至采用死記硬背的方法，什么“俯大仰小”之類的，但發現并不是“放之四海而皆準”，換成量筒或者其他儀器又會出錯。如果采用畫圖的方法，則可以處變不驚。

通過圖示可以發現溶液的凹液面與容量瓶的標準刻度線可謂“涇渭分明”，分析誤差變得很容易，準確性大大提高。學生通過看圖分析誤差，便利、準確、快速，也更容易接受，遇到量筒讀數的誤差分析、滴定管的讀數誤差分析，都可以采用這種方法，屢試不爽，對圖像產生了“好感”。

2．教師“畫圖”實現由抽象到具象的轉變

［例2］向硫酸鈉溶液中滴加氯化鋇溶液使SO42－沉淀完全，并將BaSO4過濾、洗滌干凈。

（1） 如何證明SO42－已沉淀完全？

（2） 如何洗滌沉淀？

（3） 如何判定沉淀已經洗滌干凈？

僅從抽象的文字描述來解決這道題目，學生常常無處下手，如果利用圖像則可以展現“實驗情境”，學生可以快速找出解決問題的方案。

Ⅰ．畫示意圖，再現“真實實驗”：

設問①： 如果硫酸鈉和氯化鋇恰好完全反應，那么得到什么溶液？

設問②：如果硫酸根離子未沉淀完全，那么所得溶液中應該含有哪些離子？

Ⅱ．畫沉淀洗滌裝置圖

設問③：我們用如圖所示的裝置來洗滌沉淀，沉淀應放在哪里洗滌？ 如何操作？

學生普遍沒有沉淀洗滌的實驗經歷，畫出洗滌沉淀的裝置圖，可以讓學生了解洗滌沉淀的過程，感受到實驗的真實性，為今后解決相似問題提供借鑒。

3．學生自我“畫圖”促進知識的內化

［例3］現 有300mL H2SO4和Na2SO4的混合溶液， 其中H2SO4為1．00mol／L，Na2SO4為0．800 mol／L。若 要 使H2SO4變 為2．00 mol／L，Na2SO4變 為0．500 mol／L，則應在溶液中加入98．0%（密度為1．84 g／cm3）硫酸多少毫升？ 再加水稀釋至多少毫升？

Ⅰ．畫示意圖，再現實驗過程

Ⅱ．畫關系圖，找突破口

原本無法突破的一道題目，學生通過畫圖發現變化過程中并沒有涉及到硫酸鈉， 抓住變化前后硫酸鈉的物質的量不變， 可以很快求出變化后混合溶液的體積，所加濃硫酸的體積V1也迎刃而解。學生通過畫圖，找出問題的關鍵所在，體驗了成功的喜悅，促進了知識的內化和升華，對學生思維的拓展也起到推動作用。

4．文字描述和圖像表征相得益彰

［例4］在學生已經知道氯水的成分后，老師在課堂上演示了一個趣味實驗：把一朵帶露的紅玫瑰放到盛有干燥氯氣的集氣瓶中。紅玫瑰很快變成 “白”玫瑰。學生對此進行了猜測。

猜測一：氯氣具有漂白性，能使紅玫瑰褪色

猜測二：氯氣與玫瑰上的水分作用，產生的鹽酸使紅玫瑰褪色

（1）你認為哪種猜測是正確的？ 如果你不同意以上兩種猜測，請給出你的猜測。

（2）請你設計實驗方案，證明你的觀點。（提供的實驗用品有：帶露的玫瑰、風干的玫瑰、鹽酸、干燥的氯氣、氯水、蒸餾水，實驗儀器自選。）

實驗方案：________________________________。

這樣一道探究性實驗題， 如果單用語言描述，繁瑣而且可能表達不清，如果用示意圖來回答，則簡潔明了。

反之，通過示意圖也可以將干燥的氯氣、氯水在性質上的差異在大腦中轉化為語言描述，通過學生之口講述出來，提高學生的語言文字表達能力。文字描述和圖像表征相輔相成，相得益彰。

三、反思

1．教師教學中重視畫圖，做好示范引導作用

蘇霍姆林斯基在《給教師的建議》一書中說過：“教學中要教會學生把應用題‘畫出來’……”。教學中教師要做好示范引導， 把圖像表征的方法教給學生，如同給學生提供了一個知識的“最近發展區”，提供給學生一種思維方式，讓學生去模仿學習，不斷提高。

2．教師積極鼓勵學生畫圖，讓畫圖成為習慣

學生體會到了圖像表征的便利性和重要性， 逐漸產生了畫圖的需要，教師要及時抓住學生的心理需求，鼓勵學生在問題解決過程中嘗試去畫圖，不斷感悟，在一次次成功的體驗中感受圖像帶來的好處， 從而產生主動畫圖的需要，讓畫圖成為一種良好的習慣。

［1］劉高岑．科學研究中的圖像表征方法及其創新功能［J］．科學學研究，2012，（12）：1782

［2］張向葵，華煒．圖式：發展學生創新能力的奠基石［J］．當代教育論壇，2003，（12）：54－56