基于三重表征的“化學反應的表示方法”教學設計

摘要：在“化學反應的表示方法”一課中，采用了“識、明、破、練、解”策略組織教學：認識化學方程式，明確方程式的書寫規則，突破化學方程式的配平難點，練習書寫常見的化學方程式，理解化學方程式的含義，從而幫助學生把握化學學科的思維特點——“三重表征”思維，實現認識的科學化和規范化。

關鍵詞：宏觀；微觀；符號；三重表征；化學方程式；教學設計

文章編號：1005–6629（2016）12–0041–05 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

從“宏觀—微觀—符號”三種水平上認識和理解化學知識，并建立三者之間的內在聯系，是化學學科不同于其他學科的思維方式。

如何培養學生的“三重表征”思維方式？2015年11月11日，張家港市第17屆課改經驗交流會在暨陽湖實驗學校舉行，筆者上了一節研討課，課題是“化學反應的表示方法”，這是上教版初三化學第四章第三節“化學方程式的書寫與應用”第一課時的教學內容。在教學中，筆者采用了“識、明、破、練、解”策略組織教學，幫助學生從“宏觀-微觀-符號”三種水平上認識和理解化學方程式，從而把握化學學科的思維特點。現以這節課為例，談談自己在這方面的具體做法。

1 識：認識化學方程式

問題1 請同學們仔細觀察實驗，能獲取哪些客觀事實？

演示實驗1 用啟普發生器制取氫氣，驗純后點燃氫氣。將一只干冷的燒杯罩在火焰上方，觀察、描述實驗現象。

[生]客觀事實（宏觀現象）：氫氣在導管口燃燒，產生黃色火焰（這是由于玻璃的干擾），有水生成；用手觸摸燒杯外壁，感覺發燙，說明氫氣燃燒產生大量的熱。

問題2 用磁釘在黑板上演示氫氣在空氣中燃燒的微觀本質

[生]微觀本質：

問題3 請你用適當的方法表示氫氣燃燒的反應過程

[生]表示方法有三種：

問題4 想一想：這三種表示方法中，哪種方法最好？為什么？

[生]方法3最好。因為方法1不是國際通用的表示方法，方法2不符合質量守恒定律，方法3既是國際通用的表示方法，又符合質量守恒定律。

[師]像這樣用化學式來表示化學反應的式子叫化學方程式。請你從宏觀、微觀兩個角度說一說，該化學方程式表示的含義？

[生]宏觀含義：氫氣和氧氣點燃時生成水。

微觀含義：每2個氫分子和1個氧分子反應生成2個水分子。

說明：化學方程式是化學用語的重要組成部分，它不僅是化學知識的重要組成部分，而且是學生逐步認識物質組成、結構和變化規律，進行一系列化學思維活動和表達的基礎。初中是化學教學的啟蒙階段，學生第一次學習化學方程式及其寫法，筆者以學生熟悉的化學反應（氫氣在空氣中燃燒）為情境，引導學生從“宏觀-微觀-符號”三個視角研究這一反應：觀察實驗、描述現象（宏觀表征）→用磁釘表示反應的微觀過程（微觀表征）→用合適的方式表示這一反應（符號表征）。這樣設計教學的目的有兩個：一是認識化學方程式，明確“化學計量數”的含義及其表示方法；二是引導學生初步建立“三重表征”之間的整體聯系，培養學生“三重表征”的思維方式。

2 明：明確方程式的書寫規則

問題5 想一想：剛才書寫氫氣燃燒的化學方程式時，你的根據有哪些？

[生]根據（1）實驗事實（客觀事實）：氫氣燃燒只有水生成。

根據（2）質量守恒定律：化學反應前后原子的種類、原子的個數都不變，因而要配平化學方程式。

問題6 議一議：書寫氫氣燃燒化學方程式的步驟是怎樣的？

（在學生交流、教師引導下，師生一起歸納書寫化學方程式的基本步驟。）

[生]一寫：正確書寫反應物、生成物的化學式和反應條件（如：點燃、△、高溫、光照、通電、催化劑等）。

二平：在化學式前配上適當的化學計量數，使反應前后原子個數相等。

[師]演示實驗（如圖3所示）：觀察A、B裝置中實驗現象，并書寫反應的化學方程式。

（教師適當引導，幫助學生明確有氣體或沉淀生成的化學反應，怎樣書寫化學方程式。并進一步完善化學方程式的書寫步驟。）

四查：檢查化學式書寫是否正確、條件是否準確、是否配平。

問題7 在書寫化學方程式時，為什么一定要注明反應條件？

[師]投影圖4、圖5，組織學生交流討論：兩個反應的相同點、不同點是什么？

[生]相同點：反應物都是二氧化碳和水。不同點：由于反應條件不同，導致生成物不同。

[師]由此可見，物質是可以轉化的，但是，物質轉化需要一定條件。即使相同的反應物，由于反應條件不同最終導致了生成物不同。因而，書寫化學方程式時一定要注明反應條件。

說明：關于化學方程式的書寫，常規教學往往是教師講規則、學生記規則，教師舉例、學生練習。試圖通過習題訓練強化重點知識，反而忽視了學生的積極參與，忽略了學生的情感體驗，給學生深刻理解學習內容帶來了障礙。情境教學的倡導者Brown，Colin，Dugid認為：“知識只有在它們產生及應用的情境中才能產生意義。知識絕不能從它本身所處的環境中孤立出來，學習知識的最好方法就是在情境中進行。[1]”義務教育化學課程標準明確要求：“有針對性地選擇學習情境素材，引導學生從真實的學習情境中發現問題，展開討論，提出解決問題的思路。[2]”因此，筆者創設了氫氣燃燒的實驗情境，組織學生思考、交流書寫化學方程式過程中的真實感受，從而歸納出書寫化學方程式的兩個步驟（一寫、二平）。如何書寫有氣體或沉淀生成的化學方程式呢？筆者再以教材第43頁“圖2-15二氧化碳的制備”為情境，在教師演示實驗、學生觀察實驗現象的基礎上，進一步完善有氣體或沉淀生成時化學方程式的書寫方法。另外，通過引導學生對比分析圖4、圖5所示的兩個化學反應，培養學科觀念：物質是可以轉化的，但是，轉化需要一定條件。再次強調了書寫化學方程式時一定要注明化學反應的條件。

3 破：突破化學方程式的配平難點

[師]組織學生分組實驗（如圖6所示），點燃氣體打火機，用一只干冷的燒杯罩在火焰上方；另換一只內壁涂有澄清石灰水的燒杯罩在火焰上方，觀察實驗現象。

[生]學生歸納配平方法：最復雜化學式的化學計量數確定為“1”，單質的化學計量數留在最后配，然后運用觀察法配平化學方程式即可。

說明：教學就要“把知識打開”，讓學生親歷知識產生、發展、提煉、應用的過程。在初中階段，配平方程式是書寫化學方程式的難點。在以往教學中，教師積累了許多方程式的配平方法，如：最小公倍數法、奇偶法等等，掌握這些配平方法有助于學生正確書寫化學方程式。但是，有時方法越多反而禁錮了學生的思維，束縛了學生的手腳，加重了學生的學習負擔。因此，筆者引導學生總結配平方法的基礎上，運用觀察法配平方程式，從而以不變應萬變。

4 練：練習書寫常見的化學方程式

問題9 根據下列信息（或要求）書寫相應的化學方程式

（1）如圖7所示進行實驗，觀察實驗現象，書寫相應的化學方程式。

（2）如圖1所示（實驗已經演示），啟普發生器中發生的反應，生成物除了氫氣之外，還有硫酸鋅。

（3）如圖8所示進行實驗，觀察實驗現象。已知該反應的生成物有三種：氯化鈉、常溫下最常見的一種液體和常用作滅火劑的一種氣體。

[師]演示實驗，燒杯中放有點燃的蠟燭和純堿，再加稀鹽酸（如圖9所示），進一步確定碳酸鈉與稀鹽酸反應有二氧化碳氣體生成，同時通過教師的演示實驗，增強了教學的趣味性。

說明：揚州市廣陵區教育局教研室王國崢老師認為：符號教學“文本化”、意義理解“空洞化”、書寫規范“缺失化”是造成學生學習化學符號的主要障礙。他認為采用簡單的“符號”記憶法，讓學生直接記憶化學方程式是最低效的方法，不僅加重了學生的學習負擔，而且會使化學方程式教學走向“死胡同”[3]。著名化學教育家劉知新教授曾精辟地概括了化學符號教學的基本原則：“名實結合、名實互現、名實發展”。他指出，在化學用語教學中要堅持“三要”：一是要讓學生“把化學用語與化學事實或概念結合起來，形成正確的聯想”；二要盡量使具體物質、具體反應、化學概念和原理借助于化學用語來抽象概括，減少不必要的假借；三要突出化學用語的意義，在學生初步掌握了化學用語之后又進而結合物質及其變化使之具體化、深刻化，達到運用于發展的目的[4]。

化學實驗是促進“名實結合、名實互現、名實發展”的最佳載體。在教學中，筆者創設了四個真實的實驗情境：一是學生觀察啟普發生器中發生的反應（如圖1），二是在硫酸銅溶液中滴加氫氧化鈉溶液（如圖7），三是在碳酸鈉溶液中加入稀鹽酸（如圖8），四是在盛有點燃的蠟燭和純堿的燒杯中加稀鹽酸（如圖9），學生在觀察、描述實驗現象的基礎上書寫化學方程式。其中，圖7所示的反應，在質量守恒定律教學中學生已經知道了反應物和生成物。圖1所示的反應，只需給出生成物即可。圖8所示的反應，教師提供了生成物的基本信息，但是需要學生應用所學知識進一步作出判定。這樣，由易到難、從簡單到復雜的循序漸進式教學，符合學生的認知規律。更重要的是，使感性的直觀實驗與理性的內在規律理解相結合，引導學生從“理解化學”的視角掌握其本質，更有利于學生掌握所學知識。

5 解：理解化學方程式的含義

問題10 請從定性和定量的視角，描述氫氣燃燒的化學方程式的含義。

[生]從定性的角度講：該化學方程式不僅表示了一個客觀事實，還能從微觀上解釋一個化學反應的本質和規律；從定量的角度講：它表示了反應物與生成物之間的定量關系，4克的氫氣和32克的氧氣點燃時反應，生成36克的水。

說明：從宏觀和微觀、定性和定量不同視角深入理解化學方程式的內涵，幫助建立“宏觀—微觀—符號”三重表征之間的整理聯系（如圖10所示），在此基礎上讓學生獲得真實體驗：化學方程式是反映物質組成、性質、轉化關系的最佳工具，它具有確定性、簡潔性和統一性，使人們得以擺脫大量的記憶和模糊不清的語言糾纏，讓思維能夠專注于物質的組成、結構和化學反應性能等問題，更加清晰、簡約和專業化[5]。

學習和研究化學，不僅要從宏觀現象上對物質的性質和變化進行觀察和描述，而且要從微觀結構上進行解釋，以把握事物的本質和規律，還要運用化學符號進行表達和交流。在“化學反應的表示方法”教學中，筆者創設真實的實驗情境組織教學——引導學生從宏觀現象上觀察、描述，從微觀結構上解釋以及用化學方程式表達、交流物質的性質和變化，幫助學生把握化學學科的思維特點——“三重表征”，實現認識的科學化和規范化[6]。

參考文獻：

[1]楊玉琴.真實而有意義的學習情景：內涵、特征及創設[J].化學教育，2014，（9）：5～8.

[2]中華人民共和國教育部制定.義務教育化學課程標準[S].北京：北京師范大學出版社.2012：36.

[3]王國崢.化學用語學習“瓶頸”的障礙分析與教學策略[J].化學教育，2014，（21）：32～35.

[4][5]吳俊明.對化學語言及其教學的再認識[J].化學教學，2015，（7）：3～8.

[6]王寶斌.著力發展核心素養[J].教育研究與評論，2015，（11）：93.