基于三重表征的高中化學教學例析

江蘇省如皋市搬經中學(226561)

李 軍●

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基于三重表征的高中化學教學例析

江蘇省如皋市搬經中學(226561)

李 軍●

化學學習中的三重表征，是出于解決學習活動中出現的困難的需要，從有著內在聯系的宏觀、微觀和符號三個角度去認知化學知識.

三重表征；高中化學；反應速率

一、問題的提出

所謂宏觀表征就是指研究對象的各種宏觀信息如現象、變化等，微觀表征是指研究對象的各種微觀信息如微粒構成、微觀結構等，符號表征是指研究對象的符號表達形式如化學式、結構式、電子式以及各種模型等.化學三重表征按照呈現方式的不同，又可以分為內部表征和外部表征，教學過程中所使用的教材、圖片、視頻等具有可視性的素材屬于外部表征，在學習者大腦中形成的概念、原理、認知體系等屬于內部表征，以此可知，教學過程就是將外部表征加工轉化為內部表征的過程.教師應如何幫助學生利用各種外部表征形式建構內部表征，是一個值得深思的問題.

二、國外研究進展

自從約翰斯頓教授提出從宏觀-微觀-符號三個思維水平學習化學以來，國內外許多專家學者對此進行了廣泛而又深入地研究，取得了許多豐碩的成果.納克勒和欣頓研究發現，不少學習者依據日常經驗來學習化學知識，他們能清晰描述化學反應的宏觀現象和書寫化學方程式，但對反應的微觀本質含糊不清，而且雖然某些學習者能熟練掌握各種表征方式，但他們也意識不到各種表征之間的內在聯系.迪萊克和席爾瓦的研究表明，動態直觀可視化的教學效果要優于靜態直觀可視化，如果教師能夠將口語解釋同分子表征相融合，便會獲得更佳教學效果.

三、對化學反應速率教學的啟示

1.化學反應速率教學中存在的問題

化學反應速率是表征化學反應快慢的重要物理量，也是高中化學理論體系的重要一環，選修4模塊對化學反應速率進行了具體詳盡的量化分析，有對反應速率概念的量化表述和量化測定，有對影響反應速率外部條件的量化實驗研究，以此來促進學生對化學反應速率的深刻理解，進而為化學平衡的學習打下堅實基礎，最終使學生認識到反應條件研究對化學反應的重要性和必要性.然而從實際的教學效果來看，化學反應速率對不少學生而言易學難精，能夠運用反應速率理論解決一些簡單的、單一的問題，但對于復雜的、綜合的問題如化學反應速率與化學平衡綜合、化學反應速率與化工生產流程綜合則束手無策，究其本源還是對反應速率本質認識不夠，或者說不能將反應速率的宏觀、微觀、符號三種表征方式有機聯系起來.所以筆者對化學反應速率教學設計進行了改進，嘗試以三重表征方式組織教學.

2.基于三重表征的教學策略

(1)創設問題情境,建構宏觀表征

情境1： 展示北京奧運煙花系列圖片.

問題1 ：煙花雖美但煙花易冷,你有哪些辦法減慢煙花的反應速率?影響化學反應速率的因素有哪些?

活動1：學生思考,合作回答,從宏觀層面定性回顧影響化學反應速率的因素.

(2)設計實驗探究濃度對反應速率的影響,強化宏觀表征，并通過數據處理聯系符號表征

問題2：在設計探究實驗時,借助哪些現象可以比較反應速率大小?

活動2：學生思考,合作回答:借助明顯的可以觀察的現象,如產生氣泡的快慢、產生沉淀的多少、有色物質造成的顏色深淺、反應熱效應導致的溫度升降、傳感器采集到的數據變化等.

問題3：依據酸性高錳酸鉀和草酸反應原理，如何設計實驗方案定量探究濃度對化學反應速率的影響？如何用數據作精確比較？

活動3：獨立思考，合作交流，控制變量設計對比實驗：取等體積等濃度的酸性高錳酸鉀溶液于兩支相同的試管中，同時加入等量但濃度不同的草酸溶液，記錄反應開始至高錳酸鉀溶液恰好褪色的時間.

活動4：設計數據表格，分組實驗，觀察并記錄現象，定性獲知濃度對反應速率的影響

活動5：分析處理表格數據，引入化學反應速率的符號表征，由宏觀表征轉換為符號表征，用符號表征強化宏觀表征，最終定量獲知濃度對反應速率的影響.

(3)設計實驗探究其他因素對反應速率的影響，鞏固宏觀表征與符號表征的聯系

問題4：如何設計實驗方案定量探究溫度、壓強、催化劑、固體表面積對化學反應速率的影響？

活動6：獨立思考、小組合作，匯報交流可行實驗方案、分組協作實驗，各小組分別匯報交流所得數據分析結果以及實驗結論，鞏固并強化宏觀表征與符號表征間的內在聯系，以此建構更穩固的知識體系結構.

(4)介紹有效碰撞理論，由微觀表征聯系宏觀表征

問題5：宏觀現象的背后都有其深刻的微觀本質，那么化學反應速率理論的微觀本質是什么呢？

活動7：閱讀有效碰撞理論，思考各種外在因素影響反應速率的內在微觀本質，初步建構活化分子、活化能、有效碰撞概念.

活動8： 觀看活化分子有效碰撞模擬動畫，使用動態可視化微觀表征優化靜態可視化微觀表征，進一步建構活化分子、活化能、有效碰撞概念.

問題6：如何用有效碰撞理論解釋各種外部因素對化學反應速率的影響？

活動9：思考、交流，實現微觀表征與宏觀表征之間的相互轉換，同時通過對微觀表征加以簡單量化，溝通微觀表征與符號表征之間的相互轉換.這樣既使學生認識到宏觀表征、微觀表征以及符號表征之間的內在的本質的聯系，更使學生對化學反應速率知識結構體系的建構更加完整深入.

(5)及時鞏固，促成學生在三種表征方式之間自由轉換

問題7：將學生知識建構中容易產生疑問的地方編制成課堂鞏固練習，并讓學生當堂完成.

活動10：學生獨立完成鞏固練習，對疑問之處展開二次探究，幫助學生從哪里跌倒就從哪里爬起.

四、反思

從教學實施過程來看，整節課教學進程流暢自然，課堂探究氛圍濃烈，全體學生熱情高漲，很好地實現了在三重表征水平之間自由切換，從課堂鞏固習題的反饋效果來看，大部分學生的學習效率大大提高，取得了較為理想的教學效果.

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1008-0333(2016)33-0070-01