例談培養初中生化學“三重表征”思維的四個典型時期

黃華玲

化學的“三重表征”，從外部表征看，是指化學宏觀世界、微觀世界和符號世界知識的外在呈現形式，體現了化學學科從宏觀水平、微觀水平和符號水平對物質進行研究的特點；而從內部表征看，又是指這三種水平的知識在個體頭腦中的加工和呈現形式，體現了化學知識在學生頭腦中的建構過程與結果。可見，三重表征是一種能體現化學學科特征的思維方式（見圖1），它有利于學生更好地理解化學，對化學學習具有重要意義。如果學生具備了三重表征的思維方式并運用于化學學習，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問題的能力。對于初中生而言，教師如果結合初中化學教材的編排，抓住時機引導學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系進行教學，將大大降低學生化學學習的困難，提高學習的有效性，也有利于以后高中階段的可持續學習。

1.“物質構成的奧秘”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，不易理解物質的微觀世界，對于微觀知識大多數只是機械記憶，造成了知識僵化不靈活，是導致初中生三重表征思維障礙的主要原因。因此，培養初中生的三重表征思維先要在微觀知識的建構上做好鋪墊。即引導學生理解和確立物質由微觀粒子構成的觀點，認識微觀粒子的性質及其運動特點，形成正確而深刻的微觀表征。

首先，形成物質由微粒構成的意識。從包括生活現象、化學史實、科研成果和探究實驗等宏觀事例入手，引導學生去感知看不見但確實存在的微粒，并及時建立有利于學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學生理解物質的構成，提高學生分析物質的構成與解釋物質的宏觀現象的能力。在一些具體的實例上，引導學生認識物質的性質與變化跟其構成微粒的聯系。例如，比較水和過氧化氫的分子模型及性質，引導學生把物質化學性質的異同歸因于其構成分子的差別，形成“物質的性質主要是由物質的結構決定”的觀念。

然后，理解微粒在化學反應中的運動情況。借助一些簡單的微粒模型引導學生直觀認識化學變化過程中有關微粒的變化。尤其要通過動手或動畫等立體化、動態化的教學手段來突出微粒變化的過程，使學生在頭腦中產生“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個氧原子結合成1個氧分子，許多個汞原子聚集成金屬汞”的過程，使學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生識記如氮氣、氧氣等物質的化學式及相關的元素符號，為進一步的書寫和理解做好準備。接著就要結合微粒的模型來刺激學生對相應符號意義的理解，引導學生明確符號在任一點（元素、物質、分子、原子等）上的含義。最終就是借助微粒的模型或圖形，引導學生辨析微粒的種類和數量，學會用符號表示出來。

2.“水的組成”是初中生形成三重表征思維的入門時期

關于“水的組成”，主要是通過電解水的實驗研究水的組成、構成及水分解的微觀過程，并確定水的化學式。它是學生初步學習了物質構成的知識后，首次從宏觀實驗入手深入研究物質的微觀構成，并根據物質的微觀構成寫出相應物質的化學符號。其中蘊含了完整的三重表征思維學習模式，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習的過程（見圖2），引導學生初步了解按照宏觀、微觀、符號三個步驟去認知化學知識的方法。

先從電解水產生氣泡的實驗現象入手，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，引導學生獲得電解水過程的外在現象感知，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的微粒個數比的關系，從而確定水分子中氫原子和氧原子的個數比，即水分子的構成。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）的質量比，再用兩種元素的相對原子質量計算出水分子中氫原子和氧原子的個數比。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。再根據水分子的構成和原子及其個數的表示方法，確定水的化學式，以及用文字或符號的表達式表示電解水的反應，實現從微觀到符號和從宏觀到符號的抽象。

3.“化學方程式”是初中生形成三重表征思維的突破時期

化學方程式是最典型的化學符號表征。多數學生能夠把宏觀上的反應物、生成物、反應條件及各物質的狀態等等表示出來，但往往在配平化學方程式的時候遇到困難。也有不少的學生能配平化學方程式卻不能解釋方程式的意義。這些問題的原因是學生缺乏在宏觀表征、微觀表征和符號表征中進行結合、轉化的能力。這正是學生形成三重表征思維時需要突破的地方。教師可以從化學方程式的意義和書寫中引導學生學習三重表征之間的轉化，提高學生三重表征思維的水平。

一是從化學方程式出發，提取相應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，是為學生所熟悉和理解的。而微觀意義，由于教師往往是引導學生孤立地分析化學式和化學計量數所代表的意義，使學生對微觀意義的理解顯得機械僵化。教師應該引導學生在理解化學反應的基礎上，結合化學變化的微觀本質引導學生動態地認識化學方程式的微觀意義。

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

4.“復分解反應”是初中生形成三重表征思維的深化時期

復分解反應是初中化學重要的一類基本反應，涉及的化學反應具有靈活、多變的特點。學生不可能對于每一個反應都通過實驗等比較形象的途徑來學習。因此，需要訓練學生抓住復分解反應的微觀本質分析問題，深化三重表征思維，使學生可以在沒有具體實驗或具體物質存在時，理清那些貌似相同實質不同或貌似不同實有聯系的物質之間的區別與聯系。如借助中和反應，引導學生認識復分解反應的本質是離子之間的反應，然后讓學生在其他的復分解反應中進行模仿運用，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，直至溶液恰好變為無色，著重通過酚酞顏色的變化引導學生認識有新物質生成，強化宏觀表征。接著，結合教材的示意圖，引導學生分析：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象來認識氫氧根離子與氫離子結合生成了水這種新物質，從而發生了化學反應。最后，把以上反應的過程用符號表示出來。第一步是寫出完整的化學方程式：NaOH + HCl = H2O + NaCl；第二步是把有關物質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的本質：OH-+H+=H2O。這樣，通過三重表證思維，學生較好地理解了酸堿反應的本質，知道反應的本質就是氫離子和氫氧根離子結合生成水。這時，再寫出其它的酸堿反應，學生就容易上手了。

推廣到其它常見的復分解反應，也可以這樣通過分析、認識它們反應的本質，從而把常見的復分解反應理解透切，進而根據相應反應的微觀本質推導相關的一類反應的宏觀表征和符號表征，達到舉一反三的效果。

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

責任編輯 潘孟良