利用三重表征優化“離子反應”教學探討

林秋成

摘要：通過對“離子反應”的問卷情況分析，了解學生的三重表征能力。在教學實踐過程中嘗試在“離子反應”問題解決過程中引入三重表征訓練，對提高學生的微觀想象力和定量分析能力進行了探討，提出了合理利用圖示形成問題解決模型，優化三重表征能力，形成三重表征心智模型的教學設想。

關鍵詞：離子反應；三重表征；三重表征心智模型；問題解決能力

文章編號：1008-0546（2017）04-0027-03 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.04.010

“離子反應”研究的是水溶液中物質微粒間的相互作用及其規律，在建立離子反應知識體系過程中，要辨析的概念相當多，如電解質與非電解質、強電解質與弱電解質、電離，同時在學習過程中經常要與電荷守恒、離子共存情況分析、離子方程式正誤判斷、離子反應條件分析及元素化合物知識建立聯系，這部分內容涉及到大量微觀表征和符號表征，對學生而言存在相當大的學習困難。造成這種現象的原因何在？本文就利用三重表征優化“離子反應”教學進行探討。

一、三重表征相關理論及“離子反應”問卷

⒈ 三重表征及三重表征心智模型簡介

經過三十多年的發展，約翰斯頓教授（A.H. Johnstone）提出的三重表征已經成為化學教育研究的理論基礎。從宏-微-符三種表征水平上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，我們稱之為三重表征。[1]

三重表征的重要性決定了化學學習要從宏-微-符等方面對物質及其變化進行多種感知，在學生的頭腦中形成化學三重表征心智模型。張丙香經過研究提出，化學三重表征心智模型是個體對化學概念進行三重表征后在頭腦中形成的概念框架，影響著個體對外在事物進行描述、解釋和預測的行為與方式。三重表征具有內部表征和外部表征兩重含義，表征心智模型屬于三重表征的內部表征，學生的化學三重表征心智模型會不斷完善[2]。那么，在“離子反應”教學過程中，我們怎樣幫助學生形成三重表征心智模型，優化三重表征能力呢？

2. “離子反應”三重表征問卷綜述

為了解離子反應學習中學生具有的三重表征能力，我們進行了匿名問卷。在分析學生問卷中我們發現，許多學生認為氯化氫溶于水會發生反應，認為H+和Cl-不能共存，對電離過程不能順利實現三重表征的轉換；學生不能理解兩兩反應，對現象不知道有條理敘述，能準確完成方程式，但是不會分析前后現象，離子方程式書寫錯誤，碳酸根寫成CO32+。

綜合分析可知，學生在離子反應學習中，只有宏觀表征能力較強，微觀和符號表征能力較弱，三重表征的融合和轉換能力更弱。后期教學重點放在豐富同學們宏觀表征能力的基礎上，加強同學們想象力的培養，促進同學們微觀表征能力的形成，借助符號表征的橋梁作用，形成離子反應概念系統，幫助學生形成三重表征心智模型，促進三重表征轉換能力的形成，優化學生的離子反應學習能力，提高教學效果。

二、三重表征訓練融入“離子反應”教學訓練

⒈ 充分利用實驗，培養學生微觀世界的想象力

為了培養對微觀反應進程的想象力，設計了以下幾組探究實驗，目的是循序漸進地培養學生借助宏觀現象想象微觀世界的想象力。探究實驗及表征訓練內容見表1。

通過典型的離子反應之間對照分析和實驗探究，借助顏色變化、沉淀生成及溶解、氣體產生等特征各異的反應，可以在同學們頭腦里面建立較豐富的化學反應宏觀表征儲備，為同學們進行科學地微觀表征想象和準確地完成符號表征打下基礎，為解決較為復雜的離子反應定量問題和過程性問題提供了可能。

2. 學會量化分析，提高離子反應問題解決能力

離子反應之所以讓學生感到困難，一是因為反應內容概念多，內容抽象，二是反應過程中數量關系不會分析。我們可以充分挖掘離子反應中隱藏的量化素材，培養學生思維能力和探究能力。學生只有具有量化分析能力，離子反應的學習才能由定性拓展到定量，問題解決能力才能增強。為了幫助同學理解離子反應中量的關系，加深對離子反應的深層認識，設計探究實驗二。

在上述探究二實驗1過程中，通過Ba2++SO42-[=]BaSO4↓與H++OH-[=]H2O各自獨立還是存在關聯？如果存在關聯，怎樣關聯？H++OH-+Ba2++SO42-[=]BaSO4↓+H2O、2H++2OH-+Ba2++SO42-[=]BaSO4↓+2H2O誰更符合事實，通過實驗就能找到答案。

分析圖像可知，當pH=7和電導率近似為零幾乎是同時出現的！說明兩個反應存在著聯系，OH-耗完時Ba2+也耗完，依據硫酸和氫氧化鋇的電離方程式，故正確的離子方程式只能是2H++2OH-+Ba2++SO42-[=]BaSO4↓+2H2O[3]。借助數字化手段顯示的離子反應情況，讓我們深刻認識到宏觀反應現象中蘊含的微觀反應本質和數量關系，有助于我們認識離子反應中存在的客觀事實。

上述探究二實驗2過程中，通過酚酞這一將宏觀現象與微觀離子結構相聯系的指示劑，使學生通過宏觀現象之間的聯系，真的“看見”了溶液中H+與CO32-反應的階段性和過程性，通過對實驗微觀反應過程的想象和理性思考，學生對實驗過程理解更加深入。通過不同典型離子反應實驗呈現，借助離子方程式這一符號表征載體形成“宏微符”三重表征就會非常自然，不會覺得突兀。

3. 通過圖形表征，形成離子反應問題解決模型

當我們的頭腦里有足夠的離子反應表征儲備，并不意味著我們的三重表征能力有了很大的提高，問題解決能力有了進步。要能熟練解決問題，需在頭腦里面形成合理的三重表征心智模型。利用這些心智模型適時把我們頭腦里面所具不同的表征形式（文字的、圖畫的、圖表的、實物的、符號的）按照我們的需要進行描述。有助于學生從三重表征的視角思考問題。在幫助同學們形成離子方程式書寫模型過程中，以 NaOH+HCl[=]NaCl+H2O 離子反應方程式的書寫為例，其圖形表征過程如下所示：[5]

通過圖形表征，學生建立起具體的思維過程：

（1）分析 NaOH 和HCl在水中的存在形式：

NaOH[=]Na++OH- HCl[=]H++Cl-

（2） 分析離子間作用

（3）寫出離子方程式 H++OH-[=]H2O。

在離子反應學習過程中，我們以離子方程式書寫這一核心知識點建立圖示，借助圖示將離子方程式書寫、電離方程式書寫這些典型的符號表征聯系到一起，幫助學生形成離子反應概念系統，形成三重表征心智模型。將復雜的問題形象直觀化，建立有序思維，提高學生三重表征能力，形成離子反應問題解決能力。

通過幫助同學們形成正確的問題解決原型，對原型問題的情景變化修正，學生內部三重表征心智模型不斷由不完善變得完備，由不合理走向科學。在學生心智模型不斷完善的過程中，三重表征能力和問題解決題能力不斷優化。

三、離子反應教學情況總結及分析

半年教學實驗后，筆者班級“離子反應”知識點得分率由開始的比對照班低7%，到后期比對照班高24%，班級均分由實驗前的低4分，到實驗后的高8分，總體取得了較好的效果。

通過研究看出，學生對離子反應三重表征的質量決定了心智模型的優劣，對解題能力產生直接影響。解題能力存在差異的原因主要在于微觀表征，對離子反應的微觀表征不足，導致學生不能將一種表征轉化為另一種表征，在兩種表征之間的關系建立聯系，從而導致學生在解題能力方面存在不足。本研究通過在“離子反應”問題解決過程中引入三重表征訓練，提高了學生宏觀-微觀-符號三重表征意識和能力，優化了三重表征心智模型，對提高問題解決能力具有積極影響。

培養將宏觀現象與微觀結構有意識建立聯系的能力。利用宏觀表征作為基礎支撐，促進微觀表征的有意義學習，促進學生對化學概念的有意義理解；合理使用微觀模擬，增強微觀世界的可視化，通過想象這一工具，豐富關于離子等微粒世界認識，增強對微觀表征的理解。進行三重表征訓練和注重學生三重表征思維方式的培養，把三重表征心智模型培養和提高學生問題解決能力進行自然銜接。

參考文獻

[1] 畢華林，黃婕，亓英麗.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

[2] 張丙香.高中生化學反應三重表征心智模型的研究[D]. 濟南：山東師范大學，2013

[3] 保志明.運用實驗體現概念的建構過程[J]. 中學化學教學參考，2012，3

[4] 江敏.在實驗中展現化學的魅力[J].中學化學教學參考， 2011，10

[5] 方強.通過化學實驗和圖形表征建構離子反應的學習途徑[J].化學教學，2015，3