化學學科特點與化學三重表征教學

翟修華

摘 要： 化學學科發展經歷宏觀水平和微觀水平，化學符號是全世界通用的化學語言，宏觀—微觀—符號是化學學科獨具的特點，化學教學中要充分利用這個特點，從宏觀—微觀—符號水平進行教學，即化學三重表征教學，促使學生形成化學學科特有的思維方式。

關鍵詞： 宏觀 微觀 符號 化學教學

一、化學學科的發展與特點

1.古代宏觀水平

人類從用火開始，由野蠻進入文明，用火燒制熟食、制作陶瓷、冶煉金屬，并逐漸學會釀造、染色等。人們通過生產和生活實踐，了解物質之間能互相作用、發生變化，開始用化學方法認識和改造物質世界，古代化學科學發展處于宏觀水平與經驗水平、定性水平。

2.近代過渡時期

19世紀初，近代原子論建立，隨后分子假說提出，使原子分子學說得以確立，為研究物質的微觀結構奠定了基礎，門捷列夫于1869年發現元素周期律，使化學學科具有了嚴密體系，在此階段，化學科學研究從宏觀水平向微觀水平過渡。

3.現代微觀水平

進入20世紀以后，化學科學得到巨大發展，在認識物質組成、結構、合成、測試等方面都有很大進展，人們通過可見光譜、紫外光譜、紅外光譜、核磁共振譜等譜學方法研究物質結構，通過電子顯微鏡觀察微觀結構，量子化學理論的發展，人們對化學微觀世界的研究日益深入。

4.化學符號語言

化學符號的思想萌芽于古代希臘和中國，在幾千年的漫長歲月里，化學符號隨著化學科學的發展不斷變化與完善，1813年瑞典化學家貝采里烏斯（J.Berzelius）在《哲學年鑒》發表了他定義的化學符號，這是化學符號演變過程中的一次巨大變化，這套符號為現代化學語言的形成奠定了基礎，今天所用的化學符號已經是全世界通用的化學語言。

歸納化學科學的發展，可以看到化學科學是在宏觀水平、微觀水平、符號語言水平不斷向前發展的，宏觀—微觀—符號是化學學科獨具的特點。

二、化學三重表征理論

1.約翰斯頓的思想理論

英國格拉斯哥大學科學教育中心的約翰斯頓（A.H.Johnstone）教授于1982年在“宏觀與微觀的化學”（Macro and micro chemistry）文章中，首次提出化學教學要在宏觀水平和微觀水平進行，1991年約翰斯頓教授在“為什么科學那么難學，事情不是它看起來那樣”（Why is science difficult to learn Things are seldom what they seem）文章中，倡導化學教學要在宏觀—微觀—符號認知水平同時進行，從而使化學教學變得清晰明了。

約翰斯頓教授認為，化學專業人員和化學教師能不假思索地在宏觀—微觀—符號三種水平之間自由轉換，為什么學生感覺學習化學困難，因為傳統化學教學通常在宏觀和符號水平進行，造成學生的認知停留在這兩個水平，難以對化學微觀世界建構科學的認知，因此不能在三種水平之間自由轉換。約翰斯頓教授指出，化學教學應該在宏觀—微觀—符號水平同時進行，這樣才是有意義的、真正的化學教學。

由于約翰斯頓教教授對基礎化學教育的突出貢獻，他于2009年獲得了美國化學會在這個領域的最高榮譽，約翰斯頓是位非常熱心的教授，2013年筆者對誰是化學宏觀—微觀—符號教學理論的首倡者提出疑問，于是發郵件給約翰斯頓教授對此事進行詢問，很快得到他肯定的回復，約翰斯頓教授現年已是84歲高齡，他現在的研究工作是如何使學生的化學學習更加容易。

2.化學三重表征教學

化學宏觀—微觀—符號教學成為國際化學教育領域中最具影響且最有效的教學理論之一，指導著世界各地的化學課程與教學，約翰斯頓的化學教學理論引起了國內眾多學者的關注，我國化學教育研究者將其思想理論編譯為化學三重表征教學理論，化學三重表征教學理論在化學教育研究中具有巨大的指導作用。

從微觀結構解釋宏觀現象是化學學科特有的思維方式，化學學科的特點決定了在化學學習中，學習者必然從宏觀、微觀和符號水平對物質及其變化進行認知，宏觀水平的認知主要是物質的狀態、顏色、氣味及化學變化中可觀察的宏觀現象，微觀水平的認知主要是原子、分子、離子等微觀粒子構成的微觀世界，符號水平的認知主要是元素符號、化學式、化學方程式、化學計量單位構成的化學語言系統。

三、加強化學三重表征教學

1.以化學實驗強化宏觀水平

化學是一門以實驗為基礎的自然科學，通過化學實驗的宏觀現象測試物質的性質，進而了解物質的組成與微觀結構，宏觀水平的認知是微觀水平認知的基礎，離開宏觀水平學習，微觀水平學習將變得機械與無意義，實際化學教學中，為學生提供盡可能多的化學實驗宏觀表征，強化宏觀水平的化學教學。

2.以微觀模擬強化微觀水平

化學在原子、分子水平上研究物質組成、結構與性質，作為研究對象的原子、分子等微觀粒子用肉眼是觀測不到的，學生對化學微觀世界的認知往往停留在文字水平，為解決這個問題，利用微觀模擬是行之有效的方法，利用多媒體技術手段進行微觀模擬，增強微觀世界的可視化，相當于為學生提供可以看到微觀世界的“眼睛”，強化微觀水平的化學教學。

3.發揮化學符號的橋梁作用

化學符號是連接化學宏觀現象與微觀世界的橋梁，化學教學中為了使化學符號學習變得有意義，需要將化學符號的學習運用于描述化學宏觀現象與微觀世界，充分發揮化學符號的中介作用，強化符號水平的化學教學。

綜上所述，依據化學學科特點，強化宏觀—微觀—符號教學，讓學生學會從微觀水平分析宏觀現象，依據宏觀現象揭示微觀本質，并用化學符號語言進行表述，實現宏觀—微觀—符號認知水平的自由轉換，培養學生自主學習化學的能力，形成化學學科特有的思維方式，從而實現提高學生科學素養的課程宗旨。

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