基于三重表征的《離子鍵》教學(xué)設(shè)計(jì)

摘 要：三重表征作為化學(xué)教育的重要理論，是學(xué)生提升化學(xué)素養(yǎng)的手段之一。離子鍵作為高中化學(xué)知識(shí)的重要組成部分，在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，將宏觀表征、微觀表征、符號(hào)表征三種表征的合理轉(zhuǎn)化，作為學(xué)生掌握離子鍵本質(zhì)、內(nèi)涵、表達(dá)方式的重要手段，完成教學(xué)目標(biāo)的同時(shí)，也為學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)提供新的思路和方法。

關(guān)鍵詞：三重表征；離子鍵；思路和方法

一、 教學(xué)設(shè)計(jì)背景

（一） 三重表征理論背景及意義

《美國國家科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》認(rèn)為化學(xué)學(xué)習(xí)有三大領(lǐng)域：可觀察現(xiàn)象的宏觀世界；分子、原子和亞原子微粒構(gòu)成的微觀世界；化學(xué)式、方程式和符號(hào)等構(gòu)成的符號(hào)與數(shù)學(xué)世界。這便是化學(xué)學(xué)習(xí)上的三重表征：宏觀表征、微觀表征、符號(hào)表征。

離子鍵是化學(xué)鍵的一種，它是人為定義的化學(xué)知識(shí)，屬于化學(xué)中的基本概念范疇。

化學(xué)是基于微觀層面研究的一門學(xué)科，但卻以宏觀的外延展示給世人。離子鍵作為化學(xué)鍵的一種，它涉及宏觀現(xiàn)象與微觀解釋、化學(xué)符號(hào)的學(xué)習(xí)及使用，教學(xué)過程中要注重學(xué)生想象力的培養(yǎng)、思維能力的提升。但從實(shí)際教學(xué)效果來看，離子鍵、共價(jià)鍵的概念學(xué)生接受難度較大，為了應(yīng)對(duì)考試，教師經(jīng)常會(huì)編制一些口訣或讓學(xué)生強(qiáng)記規(guī)律，達(dá)不到提升學(xué)生化學(xué)素養(yǎng)的效果。

因此，化學(xué)的學(xué)習(xí)必然要從宏觀、微觀和符號(hào)這三面共同感知。三重表征掌握的程度決定了學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)的深度和廣度。2017版普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中提到具體課程目標(biāo)時(shí)也指出：能辨識(shí)物質(zhì)的形態(tài)及變化的宏觀現(xiàn)象；能運(yùn)用符號(hào)表征物質(zhì)及其變化；能根據(jù)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)預(yù)測物質(zhì)在特定條件下可能具有的性質(zhì)和發(fā)生的變化，并能解釋其原因。如果學(xué)生能夠做到看到宏觀物質(zhì)，就能用腦海中的化學(xué)微觀表征來分析解釋，并用化學(xué)語言即化學(xué)符號(hào)表示出來；學(xué)生看到化學(xué)符號(hào)，就能聯(lián)想到符號(hào)背后的微觀表征和宏觀表征。那么，從思維能力和邏輯關(guān)系培養(yǎng)方面，化學(xué)的教學(xué)目標(biāo)就達(dá)成了。

但是三重表征之間的邏輯切換不是自發(fā)形成的，需要教師在教學(xué)設(shè)計(jì)中強(qiáng)化三重表征的意識(shí)。

（二） 學(xué)生學(xué)習(xí)背景

關(guān)于離子鍵的鋪墊內(nèi)容，學(xué)生已經(jīng)涉獵。初中已經(jīng)學(xué)習(xí)了原子結(jié)構(gòu)、原子核外電子排布、8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)等內(nèi)容。在高一氧化還原反應(yīng)本質(zhì)教學(xué)中，也已經(jīng)從微觀角度認(rèn)識(shí)到，化學(xué)反應(yīng)時(shí)、穩(wěn)定化合物的生成過程中會(huì)有電子轉(zhuǎn)移。在后續(xù)的學(xué)習(xí)中，離子鍵知識(shí)還會(huì)在離子晶體、晶格能、化學(xué)反應(yīng)能量變化中涉及。為了讓學(xué)生的學(xué)習(xí)能進(jìn)階式發(fā)展，教學(xué)設(shè)計(jì)如何處理學(xué)生學(xué)習(xí)的重點(diǎn)難點(diǎn)十分重要。

為了促進(jìn)離子鍵概念的理解，在教學(xué)設(shè)計(jì)中引入三重表征，幫助學(xué)生找到三重表征之間的聯(lián)系，并且?guī)椭鷮W(xué)生完成三重表征的建構(gòu)。從教師的角度來講，需在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)合理化呈現(xiàn)三重表征的外部表征；從學(xué)生的角度而言，化學(xué)的宏觀知識(shí)、微觀知識(shí)和符號(hào)表示要在自己腦中加工并呈現(xiàn)出來，才能實(shí)現(xiàn)自己三重表征的建構(gòu)。

（三） 教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

離子鍵作為化學(xué)鍵教學(xué)單元的第一課時(shí)，將它的概念、內(nèi)涵、本質(zhì)、表達(dá)方式串聯(lián)在一起，能形成一堂內(nèi)容翔實(shí)、邏輯清晰的課，因此在第一課時(shí)教學(xué)中只選擇離子鍵作為教學(xué)內(nèi)容。離子鍵的教學(xué)目標(biāo)分為以下幾個(gè)部分：（1）離子鍵的概念；（2）離子鍵的實(shí)質(zhì)與形成過程；（3）離子化合物的定義；（4）用電子式表示離子鍵與離子化合物。教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)要體現(xiàn)以下的知識(shí)方法：（1）用教學(xué)邏輯啟發(fā)學(xué)生理解離子鍵概念，建立宏觀表征和微觀表征間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；（2）用離子鍵的微觀形成過程，說明鍵是一種力的作用；（3）用電子式鞏固離子鍵的概念。

（四） 基于三重表征的教學(xué)主線

離子鍵概念抽象，為了便于學(xué)生理解，離子鍵的教學(xué)應(yīng)該從具體生活入手，捕捉化學(xué)信息，以此建立宏觀情境，大膽假設(shè)小心求證，引導(dǎo)學(xué)生從微觀分析解釋離子鍵的形成原因，歸納離子鍵、離子化合物的表達(dá)方式，最后達(dá)到會(huì)應(yīng)用的目的。

教學(xué)主線為：

創(chuàng)設(shè)情境（宏觀現(xiàn)象）——提出離子鍵概念——分析離子鍵的形成原因（微觀角度）——?dú)w納離子鍵的本質(zhì)——正確的表達(dá)形式（化學(xué)符號(hào)即電子式）

二、 具體教學(xué)環(huán)節(jié)

環(huán)節(jié)1：NaCl晶體微粒之間存在作用力

設(shè)計(jì)意圖：由宏觀物質(zhì)，聯(lián)想到微觀粒子，再確定微觀粒子之間必須要有作用力。單憑高一學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)基礎(chǔ)聯(lián)想到是非常困難的。

從NaCl晶體實(shí)物到乒乓球搭建，是引導(dǎo)學(xué)生形成宏觀性質(zhì)從微觀角度尋找答案的情境模型。

環(huán)節(jié)2：NaCl晶體中微粒之間的作用力的成因、本質(zhì)等

設(shè)計(jì)意圖：宏觀表征到微觀表征的轉(zhuǎn)換是重要的思維方法，需要大量的情境引導(dǎo)。因此設(shè)計(jì)第二個(gè)宏觀表征Na與Cl2實(shí)驗(yàn)。引導(dǎo)學(xué)生由宏觀表征轉(zhuǎn)向微觀表征時(shí)，利用已有知識(shí)氧化還原反應(yīng)分析，建立學(xué)生思考新渠道。

離子鍵的形成是本節(jié)課的難點(diǎn)。離子鍵的形成是因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)中的最小微粒原子并不穩(wěn)定，為達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，通過得失電子形成電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)——離子，陰陽離子間的靜電作用（即離子鍵），讓Na+與Cl-大量聚集形成宏觀晶體。但是讓高一學(xué)生理解這一過程并不容易，所以采用了宏觀實(shí)驗(yàn)引入，設(shè)置階梯性問題進(jìn)行討論的方式，降低了難度，一步步推導(dǎo)，也可增加資料卡片，進(jìn)一步確定Na+與Cl-之間存在離子鍵，且非常強(qiáng)烈。讓學(xué)生討論并總結(jié)離子鍵的成鍵要素，起到了深化理解和鞏固的作用。

環(huán)節(jié)3：離子鍵的表示方式——電子式

設(shè)計(jì)意圖：

新符號(hào)表征的出現(xiàn)會(huì)讓學(xué)生覺得學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)加重，但是從科學(xué)角度來說符號(hào)表征為了科學(xué)、規(guī)范地表示才出現(xiàn)的，教師必須在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)讓學(xué)生意識(shí)到這一點(diǎn)，不能單純依靠機(jī)械訓(xùn)練來使學(xué)生掌握。從已有知識(shí)原子結(jié)構(gòu)示意圖出發(fā)，讓學(xué)生從情感上樂于接受，使學(xué)生明白符號(hào)表征代表的宏觀和微觀含義；要突出符號(hào)表征對(duì)宏觀表征、微觀表征的中介功能。

離子化合物電子式的書寫，學(xué)生容易眼高手低，錯(cuò)誤率高，設(shè)置氯化鎂形成電子式書寫這一學(xué)生活動(dòng)。先放手讓學(xué)生嘗試，歸納錯(cuò)誤，讓學(xué)生判斷歸納。這也是尊重學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，體現(xiàn)學(xué)生課堂主體地位。

環(huán)節(jié)4：小結(jié)

三、 教學(xué)后記

本節(jié)課的離子鍵教學(xué)設(shè)計(jì)中，有意識(shí)地將宏觀現(xiàn)象和微觀結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來，促進(jìn)學(xué)生對(duì)化學(xué)概念的理解。宏觀表征是微觀表征的認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)、實(shí)物、圖片、動(dòng)畫等是學(xué)生體現(xiàn)宏觀表征的最好手段，在這次教學(xué)中大量的使用。

化學(xué)學(xué)習(xí)是一項(xiàng)復(fù)雜的活動(dòng)，為了將宏觀和微觀兩個(gè)世界聯(lián)系起來，要求學(xué)生具有較大的想象力。當(dāng)大多數(shù)學(xué)生達(dá)不到時(shí)，就需要教師運(yùn)用教學(xué)智慧和手段，比如說用乒乓球宏觀物體模擬微觀粒子這樣的形式，增強(qiáng)微觀世界的可視化，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)微觀表征的理解。

在這節(jié)課中微觀表征即電子式的書寫是難點(diǎn)。微觀表征如果掌握不好，反而會(huì)阻滯化學(xué)學(xué)習(xí)，因此必須讓學(xué)生理解微觀表征的內(nèi)涵，設(shè)計(jì)教學(xué)階梯。本次教學(xué)設(shè)計(jì)中，原子結(jié)構(gòu)示意圖和電子式新舊兩種表征的對(duì)比，讓學(xué)生很好地理解微觀表征的內(nèi)涵，從情感上和技巧上都利于接受。

三重表征是化學(xué)教育研究的理論基礎(chǔ)，指導(dǎo)著世界各地化學(xué)教師的教學(xué)和課程、軟件、教材編制者的工作。將宏觀表征、微觀表征、符號(hào)表征三種表征合理轉(zhuǎn)化，作為學(xué)生掌握離子鍵本質(zhì)、內(nèi)涵、表達(dá)方式的重要手段，完成教學(xué)目標(biāo)的同時(shí)，也為學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)提供新的思路和方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]NATIONAL RESEARCH COUNCIL.National Science Education Standards[M].Washington，DC：National Academy Press，1996.

[2]黃婕.宏觀微觀符號(hào)三重表征的化學(xué)學(xué)習(xí)研究[D].濟(jì)南：山東師范大學(xué)，2005.

作者簡介：

王娟娟，江蘇省南京市，南京市第五高級(jí)中學(xué)。