例談培養(yǎng)初中生化學(xué)“三重表征”思維的四個典型時期

黃華玲

化學(xué)的“三重表征”，從外部表征看，是指化學(xué)宏觀世界、微觀世界和符號世界知識的外在呈現(xiàn)形式，體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科從宏觀水平、微觀水平和符號水平對物質(zhì)進行研究的特點；而從內(nèi)部表征看，又是指這三種水平的知識在個體頭腦中的加工和呈現(xiàn)形式，體現(xiàn)了化學(xué)知識在學(xué)生頭腦中的建構(gòu)過程與結(jié)果。可見，三重表征是一種能體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科特征的思維方式（見圖1），它有利于學(xué)生更好地理解化學(xué)，對化學(xué)學(xué)習(xí)具有重要意義。如果學(xué)生具備了三重表征的思維方式并運用于化學(xué)學(xué)習(xí)，就能夠促進對知識的理解與提取，從而提高分析和解決化學(xué)問題的能力。對于初中生而言，教師如果結(jié)合初中化學(xué)教材的編排，抓住時機引導(dǎo)學(xué)生形成三重表征思維方式，借助宏觀表征、微觀表征和符號表征的聯(lián)系進行教學(xué)，將大大降低學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)的困難，提高學(xué)習(xí)的有效性，也有利于以后高中階段的可持續(xù)學(xué)習(xí)。

1.“物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”是初中生形成三重表征思維的鋪墊時期

初中生由于抽象思維薄弱，不易理解物質(zhì)的微觀世界，對于微觀知識大多數(shù)只是機械記憶，造成了知識僵化不靈活，是導(dǎo)致初中生三重表征思維障礙的主要原因。因此，培養(yǎng)初中生的三重表征思維先要在微觀知識的建構(gòu)上做好鋪墊。即引導(dǎo)學(xué)生理解和確立物質(zhì)由微觀粒子構(gòu)成的觀點，認識微觀粒子的性質(zhì)及其運動特點，形成正確而深刻的微觀表征。

首先，形成物質(zhì)由微粒構(gòu)成的意識。從包括生活現(xiàn)象、化學(xué)史實、科研成果和探究實驗等宏觀事例入手，引導(dǎo)學(xué)生去感知看不見但確實存在的微粒，并及時建立有利于學(xué)生理解微粒的概念與屬性的模型。進而利用微粒的模型引導(dǎo)學(xué)生理解物質(zhì)的構(gòu)成，提高學(xué)生分析物質(zhì)的構(gòu)成與解釋物質(zhì)的宏觀現(xiàn)象的能力。在一些具體的實例上，引導(dǎo)學(xué)生認識物質(zhì)的性質(zhì)與變化跟其構(gòu)成微粒的聯(lián)系。例如，比較水和過氧化氫的分子模型及性質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生把物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的異同歸因于其構(gòu)成分子的差別，形成“物質(zhì)的性質(zhì)主要是由物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定”的觀念。

然后，理解微粒在化學(xué)反應(yīng)中的運動情況。借助一些簡單的微粒模型引導(dǎo)學(xué)生直觀認識化學(xué)變化過程中有關(guān)微粒的變化。尤其要通過動手或動畫等立體化、動態(tài)化的教學(xué)手段來突出微粒變化的過程，使學(xué)生在頭腦中產(chǎn)生“分子分裂成原子，原子再重新組合成分子”的形象。例如，讓學(xué)生以氧原子和汞原子的模型組合成氧化汞分子的模型，并模擬“氧化汞分子分裂成氧原子和汞原子，每2個氧原子結(jié)合成1個氧分子，許多個汞原子聚集成金屬汞”的過程，使學(xué)生認識微粒間的重組。

最后，辨析微粒符號的意義。起初可能需要依靠必要的記憶來熟悉一些常見的、簡單的符號。如按照教材的安排逐步讓學(xué)生識記如氮氣、氧氣等物質(zhì)的化學(xué)式及相關(guān)的元素符號，為進一步的書寫和理解做好準備。接著就要結(jié)合微粒的模型來刺激學(xué)生對相應(yīng)符號意義的理解，引導(dǎo)學(xué)生明確符號在任一點（元素、物質(zhì)、分子、原子等）上的含義。最終就是借助微粒的模型或圖形，引導(dǎo)學(xué)生辨析微粒的種類和數(shù)量，學(xué)會用符號表示出來。

2.“水的組成”是初中生形成三重表征思維的入門時期

關(guān)于“水的組成”，主要是通過電解水的實驗研究水的組成、構(gòu)成及水分解的微觀過程，并確定水的化學(xué)式。它是學(xué)生初步學(xué)習(xí)了物質(zhì)構(gòu)成的知識后，首次從宏觀實驗入手深入研究物質(zhì)的微觀構(gòu)成，并根據(jù)物質(zhì)的微觀構(gòu)成寫出相應(yīng)物質(zhì)的化學(xué)符號。其中蘊含了完整的三重表征思維學(xué)習(xí)模式，可作為初中生形成三重表征思維的入門課。教師可按照三重表征思維的線索組織學(xué)習(xí)的過程（見圖2），引導(dǎo)學(xué)生初步了解按照宏觀、微觀、符號三個步驟去認知化學(xué)知識的方法。

先從電解水產(chǎn)生氣泡的實驗現(xiàn)象入手，觀測在兩極生成的氣體的體積比，并進行這兩種氣體的檢驗，引導(dǎo)學(xué)生獲得電解水過程的外在現(xiàn)象感知，形成對電解水過程的宏觀表征認識。然后，圍繞氫氣和氧氣的體積比進行分析，認識氣體體積比與相應(yīng)的微粒個數(shù)比的關(guān)系，從而確定水分子中氫原子和氧原子的個數(shù)比，即水分子的構(gòu)成。例如，由生成的氫氣和氧氣的體積比、氫氣和氧氣的密度計算出兩種氣體（元素）的質(zhì)量比，再用兩種元素的相對原子質(zhì)量計算出水分子中氫原子和氧原子的個數(shù)比。進而，建立水分子、氫原子和氧原子的模型，并模擬水分子分解的微觀過程。再根據(jù)水分子的構(gòu)成和原子及其個數(shù)的表示方法，確定水的化學(xué)式，以及用文字或符號的表達式表示電解水的反應(yīng)，實現(xiàn)從微觀到符號和從宏觀到符號的抽象。

3.“化學(xué)方程式”是初中生形成三重表征思維的突破時期

化學(xué)方程式是最典型的化學(xué)符號表征。多數(shù)學(xué)生能夠把宏觀上的反應(yīng)物、生成物、反應(yīng)條件及各物質(zhì)的狀態(tài)等等表示出來，但往往在配平化學(xué)方程式的時候遇到困難。也有不少的學(xué)生能配平化學(xué)方程式卻不能解釋方程式的意義。這些問題的原因是學(xué)生缺乏在宏觀表征、微觀表征和符號表征中進行結(jié)合、轉(zhuǎn)化的能力。這正是學(xué)生形成三重表征思維時需要突破的地方。教師可以從化學(xué)方程式的意義和書寫中引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)三重表征之間的轉(zhuǎn)化，提高學(xué)生三重表征思維的水平。

一是從化學(xué)方程式出發(fā)，提取相應(yīng)的宏觀意義和微觀意義。其中，宏觀意義具有鮮明、生動、具體等感性特點，是為學(xué)生所熟悉和理解的。而微觀意義，由于教師往往是引導(dǎo)學(xué)生孤立地分析化學(xué)式和化學(xué)計量數(shù)所代表的意義，使學(xué)生對微觀意義的理解顯得機械僵化。教師應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生在理解化學(xué)反應(yīng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合化學(xué)變化的微觀本質(zhì)引導(dǎo)學(xué)生動態(tài)地認識化學(xué)方程式的微觀意義。

二是在配平化學(xué)方程式中進一步揭示化學(xué)方程式的微觀意義。許多教師往往重視介紹和訓(xùn)練“最小公倍數(shù)”等配平的方法和技巧，而忽視了教材以氫氣和氧氣的反應(yīng)為例展示的微觀配平思路。這容易導(dǎo)致學(xué)生可能會用數(shù)學(xué)化的方法配平化學(xué)方程式，但不理解化學(xué)方程式所代表的含義，從而出現(xiàn)對化學(xué)方程式本質(zhì)的理解困難。因此，教師在引導(dǎo)學(xué)生配平化學(xué)方程式的過程中就要貫穿對化學(xué)反應(yīng)微觀本質(zhì)的思考。例如，分析反應(yīng)物的分子是分裂成哪些原子（或離子），這些原子（或離子）是以何個數(shù)比進行結(jié)合的，等等。

4.“復(fù)分解反應(yīng)”是初中生形成三重表征思維的深化時期

復(fù)分解反應(yīng)是初中化學(xué)重要的一類基本反應(yīng)，涉及的化學(xué)反應(yīng)具有靈活、多變的特點。學(xué)生不可能對于每一個反應(yīng)都通過實驗等比較形象的途徑來學(xué)習(xí)。因此，需要訓(xùn)練學(xué)生抓住復(fù)分解反應(yīng)的微觀本質(zhì)分析問題，深化三重表征思維，使學(xué)生可以在沒有具體實驗或具體物質(zhì)存在時，理清那些貌似相同實質(zhì)不同或貌似不同實有聯(lián)系的物質(zhì)之間的區(qū)別與聯(lián)系。如借助中和反應(yīng)，引導(dǎo)學(xué)生認識復(fù)分解反應(yīng)的本質(zhì)是離子之間的反應(yīng)，然后讓學(xué)生在其他的復(fù)分解反應(yīng)中進行模仿運用，就可以達到這樣的目的。

首先，按照教材的實驗組織探究活動，在試管中加入適量的（約2mL）氫氧化鈉溶液，滴入幾滴酚酞，變紅。然后再逐滴加入稀鹽酸，邊滴邊振蕩，直至溶液恰好變?yōu)闊o色，著重通過酚酞顏色的變化引導(dǎo)學(xué)生認識有新物質(zhì)生成，強化宏觀表征。接著，結(jié)合教材的示意圖，引導(dǎo)學(xué)生分析：氫氧化鈉中有鈉離子和氫氧根離子，酚酞遇到氫氧根離子變紅，而鹽酸中有氫離子和氯離子，并通過紅色消失的現(xiàn)象來認識氫氧根離子與氫離子結(jié)合生成了水這種新物質(zhì)，從而發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。最后，把以上反應(yīng)的過程用符號表示出來。第一步是寫出完整的化學(xué)方程式：NaOH + HCl = H2O + NaCl；第二步是把有關(guān)物質(zhì)用離子的形式表示出來：Na+ + OH- + H+ + Cl- = H2O + Na+ + Cl-；第三步是提煉中和反應(yīng)的本質(zhì)：OH-+H+=H2O。這樣，通過三重表證思維，學(xué)生較好地理解了酸堿反應(yīng)的本質(zhì)，知道反應(yīng)的本質(zhì)就是氫離子和氫氧根離子結(jié)合生成水。這時，再寫出其它的酸堿反應(yīng)，學(xué)生就容易上手了。

推廣到其它常見的復(fù)分解反應(yīng)，也可以這樣通過分析、認識它們反應(yīng)的本質(zhì)，從而把常見的復(fù)分解反應(yīng)理解透切，進而根據(jù)相應(yīng)反應(yīng)的微觀本質(zhì)推導(dǎo)相關(guān)的一類反應(yīng)的宏觀表征和符號表征，達到舉一反三的效果。

在化學(xué)教學(xué)中，教師如不能很好地結(jié)合宏觀、微觀和符號表征進行教學(xué)，就容易使學(xué)生在長時記憶中的信息變得分散零亂，不能系統(tǒng)全面地對化學(xué)知識進行理解。相反，教師從一開始就注重培養(yǎng)學(xué)生三重表征思維，學(xué)生就可以按照化學(xué)學(xué)科研究的基本思路，以聯(lián)系的觀點和方法來構(gòu)建知識系統(tǒng)，從而提高知識運用的靈活性，以及解決問題的實效性。

責(zé)任編輯 潘孟良