化學概念原理教學中“四重表征”教學模式構建與發展

福建省永安市第一中學(366038)

鐘美金●

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化學概念原理教學中“四重表征”教學模式構建與發展

福建省永安市第一中學(366038)

鐘美金●

化學概念原理教學是化學教學中的重難點，對于化學概念原理的教學如何采用較為合理的教學模式便是需要思考的問題.本文先對“四重表征”教學模式進行了介紹 .并以“電解原理”教學為例，說明化學概念原理教學中“四重表征”教學模式構建與發展.

化學概念原理；四重表征；教學模式

化學概念原理是通過對運用比較、歸納與綜合的方法將化學現象與化學事實進行加工，最終反映出化學之中的本質.對于高中化學教學來說，概念原理教學的有效性直接決定化學教學的質量，在新課標的實施情況下，對于化學概念原理的教學如何采用較為合理的教學模式便是需要思考的問題 .

化學“四重表征”是指宏觀現象、微粒作用、符號系統、曲線圖像等知識的外在呈現形式，、宏觀表征指的是顏色、狀態、氣味、用途等宏觀現象的表征；微觀表征是指動畫模擬微粒組成和結構、微粒間運動和相互作用的微觀層面的表征；符號表征是指化學式、結構式、電子式、化學方程式等符號層面的表征；曲線表征是指將化學反應中的數據變化以定量的曲線形式在坐標軸中記錄下來， 是將宏觀表征和微觀表征聯系起來的橋梁.

如何運用“四重表征”教學模式培養學生的化學基本觀念？

一、問題的提出

在教學電化學原理后進行測試，筆者發現學生對其中的一道題答題情況較差，得分率僅為0.2.

題目：某同學設計了一個甲醇燃料電池，并用該電池電解200mL一定濃度NaCl與CuSO4混合溶液，其裝置如圖：

(1)寫出甲中通入甲醇這一極的電極反應式____.寫出電解過程中乙池鐵電極的現象____.

(2)理論上乙中兩極所得氣體的體積隨時間變化的關系如丙圖所示(氣體體積已換算成標準狀況下的體積)，寫出在t1后，石墨電極上的電極反應式____，原混合溶液中NaCl的物質的量濃度為____mol/L，CuSO4的物質的量濃度為____mol/L.(假設溶液體積不變)

(3)在t2時所得溶液的pH約為____；電解至t3時，消耗水的質量為____g.

通過對學生的測試結果及交談情況分析，總結出有以下幾點原因：一是、學生沒有掌握好電化學的基本原理，不能正確地書寫出原電池、電解池的電極反應；二是、當電解質溶液中有多種陽離子和陰離子時，學生按陰陽離子的放電順序，只考慮了一種離子，忽略了其他離子；三是、不理解圖像丙中的曲線變化趨勢，起點、拐點、終點表示的意思.四是、學生不能很好的運用元素守恒、得失電子守恒的方法去解決有關電化學的計算； 從這些問題可以看出學生對電化學的基本原理及實驗現象(宏觀表征)，電解過程中電解質溶液中離子的運動情況及離子濃度變化(微觀表征)，電化學方程式、電極方程式(符號表征)和所給圖像(曲線表征)之間的對應關系認識不清、理解不透.追根究地，是學生沒有以元素觀、微粒觀、轉化觀、守恒觀等化學基本觀念為指導去分析、解決相關的問題.

二、運用化學“四重表征”解決問題

筆者針對以上試題測試中學生暴露出的問題，引導學生用“四重表征”教學模式對該題進行分析，嘗試以元素觀、微粒觀、轉化觀、守恒觀分析解決問題.

0-t1段：

宏觀表征：隨著電解進行陽極石墨附近有黃綠色氣體生成，陰極鐵棒表面有紅色的固體析出.

曲線表征：曲線Ⅰ0-t1一直為零無氣體生成，說明曲線Ⅰ為陰極關系圖.曲線Ⅱ0-t1生成氣體的體積逐漸增大至224mL，說明曲線Ⅱ為陽極關系圖,且t1時刻出現了拐點，說明Cl-完全反應.根據元素守恒則原混合溶液中NaCl的物質的量濃度為0.1mol/L.

t1-t2段：

微觀表征：此時乙池中陽極附近的Cl-完全反應，OH-開始放電，溶液中H+濃度逐漸增大.乙池中陰極附近還是Cu2+繼續放電，Cu2+濃度逐漸減少.

宏觀表征：隨著電解進行陽極石墨附近有無色無味氣體生成，陰極鐵棒表面有紅色的固體析出.

t2-t3段：

微觀表征：此時乙池中陽極附近的OH-繼續放電，陰極附近H+開始放電.

宏觀表征：乙池中的陰陽極均有無色無味的氣體生成.

可以得知消耗水的總物質的量為0.01mol+0.03mol=0.04mol，其質量為0.72g.

本題采用“四重表征”教學，讓學生通過元素觀、微粒觀、轉化觀、守恒觀等化學基本觀念從不同的角度對知識進行建構，提高分析、解決問題的能力.

三、“四重表征”教學模式在化學概念教學中的建構

“四重表征”的教學模式能夠引導學生合理且快速地理解化學的核心概念、解構到化學實驗的本質與原理，從而提升學生的化學知識水平. 筆者結合“電解概念原理”教學實踐具體談談如何運用“四重表征”教學模式進行化學概念原理的建構.

1.創設實驗情境，進行宏觀表征的教學

實驗①將兩根碳棒分別插進裝有CuCl2溶液的U形管兩端，浸入2min后，觀察現象.

實驗②用導線連接兩根碳棒后，并接上電流計，再分別插入裝有CuCl2溶液的U形管兩端，觀察電流計指針是否偏轉和兩級的變化.

實驗③在裝有CuCl2溶液的U形管兩端，插入兩根碳棒作電極，并接上電流計，連通12V的直流電源，把濕潤的淀粉碘化鉀試紙放在與直流電源正極相連的電極附近，2min后，觀察U形管內兩級、溶液顏色、試紙顏色的變化和電流計指針是否偏轉.

教師引導學生歸納：①②都無現象，③中與電源負極相接的碳棒上有一層紅色的固體析出，說明有銅生成；與電源正極相接的碳棒上有氣泡產生，并有刺激性氣味，能使濕潤的淀粉碘化鉀試紙變藍，說明有氯氣生成；電流計指針發生偏轉，說明電解質溶液導電；溶液顏色逐漸變淺，說明Cu2+濃度逐漸變小.

設計意圖：實驗教學是為學生提供宏觀體驗的最直接方法，“連環式”的對比實驗在學生的頭腦中形成“宏觀表征”的表象，自然引入到新知識教學，培養學生觀察、分析實驗現象的能力，為后面教學奠定了基礎.

2.原因分析、使用微觀動畫模擬，進入微觀表征的教學

教師追問：(1)通電前，氯化銅溶液里主要存在哪些離子？這些離子的運動情況怎樣？

(2)通電后，這些離子的運動情況有什么改變？

(3)當離子定向運動到電極表面上時，發生了什么變化？

教師動畫模擬，引導學生觀察溶液中離子的運動情況.

學生討論、整理、敘述：(1)通電前，氯化銅溶液電離出自由移動的銅離子和氯離子.

(2)通電后，在電場的作用下，銅離子和氯離子發生定向移動，銅離子移向與電源負極相連的電極，氯離子移向與電源正極相連的電極.

(3)銅離子得電子發生還原反應，氯離子失電子發生氧化反應.設計意圖：通過動畫模擬“電解氯化銅溶液的微觀反應過程”，實現“宏觀表征”到“微觀表征”的轉換，讓學生在頭腦中形成“微觀表征”的表象，學會從微觀的角度解釋宏觀現象.

3.書寫有關的電極方程式，進入符號表征教學

教師歸納電解的原理、電解池形成的條件等.

設計意圖： 通過書寫電極方程式，引導學生借助“符號表征”來描述產生化學現象的本質， 宏觀表征、微觀表征、符號表征三者的有機結合幫助學生構建化學概念的形成過程.

4.結合圖像、數據進入深層次的曲線表征的教學在對化學概念原理進行定性的學習后，還要結合圖像、數據進行定量的分析，能夠簡單分析曲線趨勢等變化規律，加深對反應原理的理解.如筆者文章一開始提到的例題，在教學中將“宏觀-微觀-符號-曲線”進行有機的結合，培養學生分析圖像和處理數據的能力.

采用化學“四重表征”教學模式， 引導學生從宏觀、微觀、符號、曲線的角度對知識進行意義建構，并建立“四重表征”之間的內在聯系，有利于學生對概念原理的理解與記憶，培養學生分析和解決化問題的能力.“四重表征”之間可以根據知識體系結構和實際教學內容來選取不同的轉換順序，任何一種表征的薄弱都會引起不同表征間的轉換困難.

[1]王春“四重表征”教學模式在化學概念教學中的應用于思考[J].中學化學教學參考2014(11)11-13

[2]楊潔,錢揚義.“四重表征”在“化學反應速率”教學中的價值——由2007-2012年高考題得到的啟示[J].化學教學,2012,(11):58-62.DOI:10.3969/j.issn.1005-6629.2012.11.022.

[3] 韋新平.基于SOLO分類理論的化學“四重表征”教學研究——以“濃度對化學平衡的影響”為例[J].化學教學,2013,(10):31-33,49.DOI:10.3969/j.issn.1005-6629.2013.10.010.

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1008-0333(2016)33-0088-02