基于“宏-微-符”教學理論的教學設計

曹英

摘要：基于“宏觀一微觀一符號”的教學理論可有效強化學生對學科內容的思考和理解，以基于該理論解構化學反應中的能量變化這一內容的教學為例，在教學實踐中設計五個教學環節，讓學生經歷宏觀觀察、微觀探析與符號表征的過程，可以有效培育學生的化學核心素養。

關鍵詞：“宏-微-符”教學理論;能量變化

文章編號：1008-0546（2018）10-0072-03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

一、“宏-微-符”的內涵與必要性

表征是現代認知心理學的核心概念之一，它指信息在人腦中記載和呈現的方式。宏觀表征是指物質在物理和化學變化中表現出來的可以直接觀察到的宏觀現象在人頭腦中的反映。如通過觀察可以知道鐵在氯氣中燃燒產生棕褐色煙，加水后溶液呈棕黃色，通過感知還可以知道鐵在氯氣中燃燒會放熱。宏觀表征是一種最豐富的感性認識且具有再現性，可以為微觀領域的學習打下基礎。微觀表征主要是指有關物質的微觀組成和結構、微觀粒子的運動及相互作用等微觀屬性在學習者頭腦中的反映;學生微觀表征的形成，需要通過想象來完成，教師通過講解、模型展示、多媒體手段等來幫助學生想象和理解。如氯化鈉晶體是由鈉離子和氯離子構成的，以及電子云的形狀、伸展方向，有機物分子結構等，教師可以通過展示模型或學生動手搭建模型來幫助學生想象和理解川。

“宏-微-符”理論是解讀高中化學教學的重要思想理論（見下圖）：從知識角度來看，該理論指出了高中化學研究對象為宏觀世界與微觀世界，同時借助于化學研究范式下的符號來表示研究所得;從學生學習的角度來看，該理論指出了學生在化學學習中的三種思維加工與知識表征方式，這對于教師理解學生的化學學習過程是大有裨益的[2]。

二、基于“宏-微-符”的教學設計程序

物理變化和化學變化過程中的發光、發熱或顏色變化等宏觀現象，能夠通過直觀感知或化學儀器測量出來。教學中以具體實驗中產生的宏觀現象人手，引導學生分析宏觀現象背后的微觀本質。從微觀角度解釋實驗中產生的宏觀現象的本質原因，為了直觀、簡潔地表達出實驗中產生的宏觀現象，采用化學語言如符號、方程式等進行表示。

三、例談基于“宏-微-符”理論的教學設計——以“化學反應中的能量變化”為例

1.學習內容與要求

本節課為上科版高一上第4章“剖析物質變化中的能量變化”中“4.2化學變化中的能量變化”，學科教學基本要求上為“單元5物質變化中的能量變化”中的“5.2化學反應與能量變化”。

（1）內容水平

學習水平A、B、C、D分別對應知道、理解、運用和綜合。

（2）具體要求

3.教學過程

教學環節1：宏觀—實驗感知

[教師]化學與我們的生活息息相關，我們不僅可以利用化學反應來制備我們所需的物質，還可以利用化學反應中的能量變化來為我們的生活和生產服務。我們通過幾個實驗來感知化學反應中的能量變化（表2）。

[學生]按要求動手做實驗，并以不同方式感知化學反應中的能量變化。

[教師]展示實驗結果：隨機選取學生們的實驗，用溫度傳感器連接到電腦上，點擊收集數據，觀察溫度變化曲線圖，形象地展示出化學反應過程中溫度的變化。

教學環節2：建構概念

[教師]通過以上三個實驗我們得知化學反應有些放熱，有些吸熱，怎么來描述化學反應中的熱量變化呢？請大家閱讀教材82頁。

[學生]閱讀教材，思考。

[教師]請大家舉例學過的哪些反應是放熱反應？

[學生]舉例并歸納常見的放熱反應：燃燒反應、中和反應、活潑金屬和酸反應、氧化鈣和水等。

[教師]補充引導：大家還記得“滴水生煙”這個實驗嗎？

[學生]回顧第二章“開發海水中的鹵素資源”相關知識，鋅粉和碘在水作催化劑的條件下反應，產生紫煙，說明反應放熱，放出的熱量使碘升華。

[教師]美麗“凍”人，有些愛美的女孩子，冬天的時候會貼暖寶寶，不但美麗，還不凍人，大家有沒有關注過暖寶寶其中的化學原理呢？

[學生]鐵粉和空氣中的氧氣還有水反應：

4Fe（OH）₂+2H₂O+O₂-4Fe（OH）₃

[教師]從反應類型角度，加以總結，常見的放熱反應有哪些？

[學生]常見的放熱反應：燃燒反應、中和反應、活潑金屬和酸反應、大多數化合反應。

[教師]大多數化合反應為放熱反應（C與CO₂反應等除外）。

[教師]請大家舉例學過的哪些反應是吸熱反應？

[學生]常見的吸熱反應：大多數分解反應（除“火山反應”——重鉻酸鏤分解等除外）：Ba（OH）₂·8H₂O和NHCl反應;少數化合反應。

[教師]重鉻酸錢分解等為放熱反應;C、CO、H₂還原金屬氧化物為吸熱反應;少數化合反應（如C與CO₂反應）為吸熱反應。

教學環節3：微觀-理論探析

[教師]為什么化學反應會放熱或吸熱呢？請大家閱讀教材83頁。

[學生]閱讀教材，思考。反應熱的宏觀本質為反應物總能量與生成物總能量的差值。

L教師]從化學變化的實質，探析反應熱的微觀本質是什么呢？以氫氣和氯氣化合生成氯化氫為例。

[學生]化學變化的實質是反應物中化學鍵的斷裂與生成物中化學鍵的形成。H-H鍵和Cl-Cl鍵斷裂吸收能量，H-Cl鍵形成釋放能量。故微觀本質為舊鍵斷裂吸收能量與新鍵生成放出能量的差值。

教學環節4：符號-問題表征

[教師]化學反應過程中的熱量變化如何以化學用語的形式表征出來呢？

[學生]閱讀教材，給出熱化學方程式的概念。

[教師]模擬游戲“美女找茬”，以下為幾個熱化學方程式，“大家來找茬”，盡可能全面地找出熱化學方程式與化學方程式的不同之處。

H₂（g）+1/2O₂（g）-H₂O（g）+241.8kJ，

CaCO₃（s）-CaO（s）+CO₂（g）-178.27kJ，

C（s.金剛石）+O₂（g）→CO₂（g）+395.41kJ。

[學生]思考討論。

[教師]2H₂（g）+O₂（g）→2H₂O（g）+241.8kJ，對不對？為什么？從宏觀和微觀兩個角度分別作出解釋。

[學生]思考討論。

[教師]化學方程式中化學讓量數可表示什么含義？

[學生]思考討論。

[教師]為什么書寫時有這么多要求？每個要求的原因是什么？

[學生]思考討論，歸納總結。

①注明物質的狀態（s、l、g、aq）。

②可不寫“↑”和“↓”，可不寫反應條件。

③化學方程式后注上反應熱，放熱用“+”，吸熱用“一”，并注明單位;化學計量數不同，反應熱也不同，兩者成正比。

④化學計量數僅表示物質的量，不表示微粒個數，可以寫成整數或分數。

值）存在同素異形體的要注明其同素異形體的名稱。

教學環節5：實際應用

[教師]熱化學方程式的應用

1.判斷物質的穩緞性——物質能量越低，越穩定。

已知25℃、101kPa下，石墨、金剛石燃燒的熱化學方程式分別為：C（石墨）+O₂（g）→CO₂（g）+393.51kJ;C（金剛石）+O₂（g）→CO₂（g）+395.41kJ，據此推理，_______較穩定。

2.判斷化合反應生成物質的熱穩定性。

H₂（g）+F₂（g）-2HF（g）+271.1kJ

H₂（g）+Cl₂（g）→2HCl（g）+184.6kJ

H₂（g）+Br₂（g）→2HBr（g）+72.8kJ

H₂（g）+I₂（g）2HI（g）-53kJ

[教師]不論是利用第二章所學鹵化氫熱穩定性遞變規律還是第三章化學鍵的知識，我們都能判斷出鹵化氫熱穩定性由大到小的順序。能不能從今天所學知識出發，得出相應結論？

[學生]思考回答。物質化合時，生成等物質的量的生成物時，放出熱量越多，生成物的熱穩定性越大。

[教師]如何使燃料充分利用？

[學生]思考回答。

[教師]請大家閱讀教材86頁和87頁。

四、“宏-微-符”理論對化學教學的啟示

結合化學學科特征提出的“宏-微-符”理論，既吻合了學生的認知方式，又體現出化學學科的特點。在學科核心素養培育的背景下，教師應將“宏一微一符”思想滲透到日常教學中，引導學生形成“宏觀一微弓見一符號”相結合的化學思維習慣。學生經由“宏一微一符”理論所演繹出的這樣一個有效的教學過程，在高中化學學習過程中是可以高效形成化學核心素養的。

參考文獻

[1]范江文.重視“宏-微-符”三重表征，突破化學式的學習困難[J].中學化學教學參考，2015（11），25-26

[2]楊金芳.“宏微符”三重表征下的氣體摩爾體積教學[J].教師通訊，2017（14）：51

[3]上海市教育委員會教學研究室.上海市高中化學學科教學基本要求[M].上海：華東師范大學出版社，2017：36