“宏觀—微觀—符號”三重表征下的原電池原理教學

張浩

摘要：“宏觀-微觀-符號”三重表征是化學學科特征的思維方式，能增進學生對化學知識的理解，優化學生的化學知識結構。文章結合物理學科最簡單的電路圖，用“宏觀-微觀-符號”的思想探析原電池原理的教學。

關鍵詞：宏觀；微觀；符號；原電池原理

文章編號：1008-0546（2017）03-0046-02 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.03.015

一、教學思路

宏觀表征是指肉眼可觀察到的現象在學生頭腦中的反映，微觀表征主要是指肉眼不可見的微粒的組成與結構、反應機理和微粒的運動等微觀屬性在學生頭腦中的反映，符號表征是指符號（主要有化學用語、微粒結構示意圖和結構式，以及一些圖形、模型等）在學生頭腦中的反映[1]。通俗點說，化學學習過程，很多的就是觀察了宏觀現象，描述了宏觀現象，嘗試著從微觀上進行解釋，然后用相關的符號將其表達出來，從而形成內在邏輯的知識結構。

蘇教版化學2專題2第三單元第一節“化學能轉化為電能”，即原電池原理的教學，正是“宏觀-微觀-符號”三重表征的具體實例之一。以下簡述相關教學片斷。

二、教學過程

1. 認清最簡單的電路圖（說明：所有圖中均未畫出開關）。

（1）標出電源的正負極及電流方向。

（2）指明：①電荷的定向移動形成電流；

②電流方向與正電荷運動方向一致，與負電荷運動方向相反；

③外電路中電流從正極流出，流入負極；內電路中電流從負極流向正極。

設計意圖：用學生熟識的物理學科知識，為下面認識原電池的正負極、電子的運動方向及溶液中的陰陽離子遷移方向做很好的鋪墊。

2. 演示圖2的實驗。

3. 描述實驗現象：靈敏電流計指針發生偏轉，鋅片不斷溶解，銅片表面有氣泡產生，鋅片表面也有氣泡產生。

設計意圖：實驗是中學生學習化學的有效手段之一。做實驗，觀察實驗，描述實驗現象，都是學生建立宏觀表征的過程。

4. 認識Zn-Cu-稀硫酸原電池的原理。

（1）根據實驗中靈敏電流計指針的偏轉方向，在圖2中依次標出電流方向、正負極、電子（e-）的運動方向及溶液中H+、SO42-的遷移方向，得到圖3。

設計意圖：靈敏電流計指針的偏轉方向，屬于宏觀可見的；據此正確的標出電流方向，對于學生而言又具有簡單的可操作性。進一步地明確“Zn為負極、Cu為正極，e-、SO42-的遷移方向，H+的遷移方向”，都成為了順理成章的事情。這個過程是從宏觀走向微觀的一步，也是幫助學生建立微觀表征的過程。而最后圖片3的呈現，正是符號表征的體現。（說明：由Zn產生的Zn2+及溶液中的OH-的遷移方向暫不進行標注的原因是為了讓板書相對簡約一點。當然，這一點也可以在課中提問學生以了解學生對本節的掌握情況。）

（2）比對圖3與圖1

指出：共同點①靈敏電流計與小燈泡都屬于用電器，它們與導線共同組成外電路；

②Zn-Cu-稀硫酸原電池，相當于電源，其內部屬于內電路；

不同點是物理學科更多地關注電流方向，而化學學科更多地關注本質層面的“微觀的”粒子的遷移方向，而兩者本身的關系又是表里如一且互相印證的。

設計意圖：不難發現，兩幅圖片具有高度的統一對應性。這個過程，是“宏觀-微觀-符號”三者有機融合的過程，并且這樣刻意的安排，能有效地突破判斷原電池中電子、陰陽離子遷移方向這一教學難點。

（3）結合實驗現象和圖3，書寫電極反應式及電池反應式并解讀其含義。

負極反應式表明了鋅片逐漸溶解的過程，鋅失去的電子沿著導線流入銅片，鋅失去電子后變成Zn2+進入溶液并向正極（Cu）遷移。銅片表面產生的氣泡，正是H+向正極（Cu）遷移并獲得電子而得到的氫氣。

設計意圖：按照宏觀表征（實驗現象）和微觀表征的宏觀呈現（圖3），收集線索，再次微觀探析，最終使符號表征得以宏觀呈現（電極反應式及電池反應式），促進了學生對“宏觀-微觀-符號”進行深度的融合，增進了學生對化學知識的理解，優化了學生的化學知識結構。

5. 升華：學生解讀剩余的一個實驗現象——鋅片表面也有氣泡產生

如果這個時候，學生不再只是說出：鋅可以與稀硫酸反應產生氫氣，而是能說出：實驗所使用的鋅片不可能是純鋅，而不純的鋅片浸入稀硫酸中本身已經構成了原電池，那么，原電池原理才算真正地融入了學生的化學知識結構中。

設計意圖：我們不能消除一切阻力，也不能把第二個斜面做得無限長，所以伽利略的斜面實驗是個“理想實驗”，或者可以說成是一個模型。圖2所示，也是一個模型，因為當我們真正實驗的時候，我們沒有純鋅、純銅。而正是模型和實際實驗的相互反饋，指引著我們探索物質世界的規律。

三、教學反思

上述的教學片斷，經歷了實驗、宏觀現象描述、模型對比、微觀探析和符號表征等過程，是“宏觀-微觀-符號”三重表征的高度融合，也是化學教學的內在要求，可以實現學生對事物從感性認識到理性認識的一次飛躍[2]。實驗現象描述、圖1和圖3的模型和電極（電池）反應式的板書呈現，突出了教學的重點，當然它也可以成為學生的課堂筆記，為學生課后進一步將知識消化、內化和遷移（認識其他化學電源）提供了范本。

參考文獻

[1] 畢華林.化學學習中“宏觀-微觀-符號”三重表征的研究[J].化學教育，2005，5：51-54

[2] 李宏春.基于化學核心素養的微課教學實踐和思考[J].化學教與學，2016，7：34-36