建立三重表征：初中化學用語教學的現實突圍

汪定用

化學用語既是初中化學的核心知識，又是學生學習化學的重要分化點。新課程改革十多年來，一線教師對化學用語的教學重視程度遠不及科學探究，化學用語教學的實際水平仍然顯得比較陳舊，需要重新審視和現實突圍。

一、現實反觀：意義失落的化學用語

化學用語是用來表示物質的組成、結構、變化規律的化學符號及術語，是對化學現象的一種本質抽象。初中階段學生需要掌握的化學用語主要包括元素符號、化學式和化學方程式等，在實際教學中化學用語的教學常常存在以下不良現象。

1.作為記憶的知識

為了分散化學用語學習的難點，在化學用語教學之前就過早地讓學生記憶一些元素符號、化學式等，這對學生來說是囫圇吞棗式的枯燥記憶。在化學用語教學中，過度強調書寫技能與規則，淡化符號產生的意義和本質內涵，學生缺乏對化學用語內在意義的理解，難以與化學用語建立良好情感。在化學用語復習與鞏固的教學中，單一地用重復練習的方法來進行強化，把化學用語局限在符號簡單識記的層次上。

2.作為孤立的知識

把化學用語僅僅作為記憶的知識來學習，本身也就切割了符號與其意義的聯系，這是孤立化學用語的一個體現，另一方面化學用語與其宏觀現象、微觀本質之間不能進行轉換是深層次孤立化學用語的表現，比如說水的化學式“H2O”，學生如果不能將H2O與作為宏觀物質的水和作為微觀構成的水分子及其結構特點聯系起來，那么H2O還僅僅是一個孤立的符號而已，仍然沒有建立起宏觀表征、微觀表征與符號表征之間的聯系，也就不能形成有效的化學用語思維。

二、實踐突圍：三重表征認知圖式的建立

從宏觀、微觀和符號三種表征水平上來認識和理解化學知識并建立三者之間的內在聯系是化學學習特有的思維方式，即稱之為三重表征思維方式。國內外研究表明，化學學習的最大困難是化學用語學習，而不能將化學符號和具體的宏觀物質與微觀物質聯系起來是導致化學學習困難的主要原因，因此，以化學用語為中心，建立三重表征認知圖式是化學用語教學實踐突圍的根本之路，以下以人教版“化學方程式”第一課時教學為例具體闡述。

1.價值轉向：從單一符號技能轉向觀照符號意義

人教版教材把“化學方程式”安排在第五單元“質量守恒定律”的課題之中，以前面幾個單元中“氧氣的性質”“水的電解”等宏觀反應和微觀上分子、原子的性質、結構以及化學用語上元素符號、化學式為基礎，屬于綜合性和抽象性的知識，對學生來說有相當大的學習難度。具體原因之一在于學生剛剛進入化學學習，對相關塊面的知識還缺乏自然順暢的聯系，例如宏觀上的物質與化學式之間，宏觀上的物質與微觀上的粒子之間對應性連接不夠順暢，使得具有綜合性的化學方程式學習變得困難。原因之二在于學生接觸的具體化學反應的事實和微觀反應解析的實例很少，甚至還只屬于個例認知水平，這對抽象性化學方程式學習也造成了困難。

然而，化學方程式是初三學生認識化學的新視窗和制高點，是進一步走進化學學科的關鍵節點，化學方程式的教學需要把握其價值定位。化學方程式是用化學式來表示化學反應的式子，其要素包括化學式、化學計量數、反應條件及表示沉淀或氣體的箭頭，應該說構成比較簡單，但是如同漢字一樣，在筆畫上很簡單，而表達的內涵又極其豐富。主要包括兩個方面：一是本體意義上體現的關于反應物、生成物及反應條件的信息，各物質的質量比例關系的信息，各粒子個數比例關系的信息等等；二是與宏觀表征、微觀表征相互轉換上的意義，即符號的化學方程式與真實的化學反應或與微觀想象之間的轉換，這也就是形成三重表征認知圖式上的意義。如果說第一方面的意義是內在的、相對靜態的，那么第二方面的意義可以說是與外部聯系的、動態的。這些意義就是化學方程式教學的價值所在，是化學方程式教學的邏輯起點和基調。化學方程式教學要由單一符號技能教學轉向觀照其意義的教學，從而讓學生建立初步的符號情感和符號思維。對此，化學方程式的教學設計可以以符號意義為背景底色，從具體反應事實引入化學方程式，通過典型化學方程式的結構與意義的解讀形成化學方程式認識，再依托多角度的情境對話建構化學方程式的三重表征。這樣在符號意義的背景下，整個教學過程成為一個內在緊密關聯的整體。

2.素材優化：豐富和發展學生經驗

研究表明，影響學生三重表征中單維轉換上的差異的因素有：對某一知識表征自身的掌握程度。倘若缺乏對宏觀、微觀、符號表征中任一表征中的相關知識或能力，都影響到學生進行兩兩表征之間的轉換以及三重表征之間的轉換；建立不同表征間某些內在對應關系；對問題表征的深度不同。對問題本身包含的信息進行深度加工，提取有效的部分，將有助于不同表征間的轉換。

對應于以上因素，所選擇的化學方程式教學素材一方面是指向化學方程式本身的掌握程度，另一方面是促進化學方程式與宏觀表征、微觀表征間的轉換。具體的素材教學設計上，提供三類素材，一是提供鮮活的素材，為抽象的化學方程式學習提供具體而真實的情景，以確立知識發生和發展的“錨”。這樣的素材為教學導入階段的“碳在氧氣中燃燒的演示實驗”，以及教學后程中的“鎂條在二氧化碳中燃燒”的演示實驗。二是提供補充性的圖片素材，以增進知識的掌握程度和促進表征間的轉換。在教材素材的基礎上，在化學方程式形成和鞏固教學中增加了氫氣燃燒、甲烷燃燒、黑火藥爆炸等圖片素材。三是對重要情境進行精細化加工，提供推動教學內在進展的關鍵性素材。例如氫氣燃燒以及甲烷燃燒情境中反應微觀粒子素材的介入，再如鎂在二氧化碳中燃燒情境中，其化學方程式的首先推出而引發的對該化學反應的認識等，這些都是推動符號表征與宏觀表征、微觀表征相互轉換的關鍵性素材。

3.方式創生：三重表征間的交互

在教學方式上，本堂課以化學方程式與宏觀世界、微觀世界三者間的交互為基本形式。具體來說體現在教學的三個進程之中，一是體現在教學開始環節中，即通過演示碳在氧氣中燃燒的實驗，引導學生用符號來表示宏觀反應，這是宏觀表征向符號表征的轉換，從而引出化學方程式，并體會到化學方程式中“=”的意義。二是體現在教學的主體環節即化學方程式內涵意義的形成中。先讓學生嘗試書寫氫氣的化學方程式，辨析不用“ H2+O2 H2O”“ H2+O H2O”等表示的原因，認識化學方程式是用化學式表示化學反應的式子及化學計量數。接下來讓學生嘗試畫出與氫氣燃燒的化學方程式對應的微觀粒子示意圖，這是符號表征向微觀表征的轉換，是難度較大的一個認知跨越。然后順勢讓學生思考“如果介入相對分子質量這個概念后，各物質間質量具有怎樣的關系”，這是微觀表征向宏觀表征的轉換，也預示著化學方程式涵義基本形成。三是體現在教學的鞏固與拓展環節中。首先讓學生說“S+O2 SO2 ”的涵義和讀出化學方程式，然后讓學生說出陌生反應“2Mg+CO2 2MgO+C”的涵義，并推測其反應現象，隨后演示實驗來檢驗學生的預測。本環節中讓學生推測現象并實驗驗證的目的是培養學生由符號表征聯想宏觀表征的意識和能力，也就是培養符號思維。其次出示甲烷燃燒前后的微觀示意圖（見圖1），讓學生寫出化學方程式，這是微觀表征向符號表征的轉換。最后以黑火藥的配方問題來拓展教學，即讓學生思考“據史書記載，我國古代的煉丹家在長期的煉制丹藥過程中，意外發現將硝石、硫磺和木炭按一定比例混合會發生爆炸，由此誕生了中國古代四大發明之一的黑火藥，然而，古人們經歷了數百年的實踐探索方得黑火藥的配方。其實，黑火藥的爆炸是一個化學反應，請問你可以通過什么辦法破譯出黑火藥的配方”。接下來出示黑火藥燃燒的化學方程式“2KNO3+S+3C K2S+N2 +3CO2 ”和相關相對原子質量，學生破譯配方。這是一個以符號表征為中心的三重表征交互的問題解決過程，是學生對符號表征的綜合性體驗。

關于三重表征的交互，張丙香、畢華林在研究德維塔克等的三重表征關系圖的基礎上提出了新的關系圖（見圖2）。該圖顯示，宏觀世界是真實的，符號是表征的，微觀世界是真實的但是也有表征的成分，因此用不同的顏色來表示。每1種表征水平和其他2種表征水平都有交集，3種表征水平也有共同的交集，交集部分說明知識的表征水平間具有內在聯系。從內部表征的角度看，交集部分意味著學生能在它所包含的不同表征水平之間進行信息轉換，交集中表征水平越多，交集面積越大，說明概念理解越深刻也越豐富。從外部表征的角度看，表征形式越豐富，越有利于對知識的理解。

化學方程式具有明顯的3種表征水平，教學中以三重表征間的交互為基本方式就是不斷擴大交集的面積，從而讓化學方程式這個化學用語真正在學生頭腦中活起來，深刻起來，讓化學用語從單一記憶的知識轉化為啟蒙學生化學學習的智慧，這樣的教學是本質性的化學用語教學。