基于“三重表征”的化學(xué)理論教學(xué)

化學(xué)的“三重表征”：即宏觀表征、微觀表征和符號(hào)表征。這三種表征形式是化學(xué)知識(shí)和概念的不同側(cè)面，是相互聯(lián)系的，相互補(bǔ)充的整體。宏觀表征即可直接觀測(cè)到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和物質(zhì)的外部特征等，微觀表征是從微觀角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)與反應(yīng)機(jī)理等，符號(hào)表征則是用字母符號(hào)或圖形符號(hào)寫(xiě)出物質(zhì)的化學(xué)式、發(fā)生的反應(yīng)方程式等，在單元教學(xué)設(shè)計(jì)的時(shí)候可以通過(guò)化學(xué)“三重表征”的完整體現(xiàn)，這樣能夠幫助學(xué)生掌握化學(xué)的核心知識(shí)、提高化學(xué)核心能力、培養(yǎng)化學(xué)核心態(tài)度。本文以“電解池的工作原理”為例，在教學(xué)實(shí)踐中養(yǎng)成和落實(shí)“模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)。

一、教學(xué)流程

[環(huán)節(jié)1]

1、視頻引入，感受宏觀體驗(yàn)

要了解微觀世界與化學(xué)理論之間的聯(lián)系，必須要有一個(gè)宏觀的認(rèn)識(shí)。隨著現(xiàn)

代化信息技術(shù)的發(fā)展，在課程開(kāi)始的時(shí)候可以簡(jiǎn)單地采取視頻引入的方式，這樣可以節(jié)省時(shí)間，為接下去的理論教授留下充裕的思考空間。因此本節(jié)課利用凈水機(jī)電解水的小視頻，觀察到兩極產(chǎn)生的氣體，感受宏觀體驗(yàn)，從而引發(fā)思考“氣體產(chǎn)生的緣由”。

2、巧用動(dòng)畫(huà)，實(shí)現(xiàn)“宏—微”轉(zhuǎn)化

微觀世界是比較抽象的，并不是人們能肉眼所見(jiàn)，只能通過(guò)想象來(lái)碰觸。如

何讓它可視化，使學(xué)生得到直觀真實(shí)的感受呢？可以合理利用一些技術(shù)手段：比如球棍模型的搭建形象的展現(xiàn)了有機(jī)分子的空間構(gòu)造，學(xué)生還可以任意旋轉(zhuǎn)和替換，從各個(gè)角度觀察分子結(jié)構(gòu)，也可利用3Dmax軟件繪制有機(jī)分子結(jié)構(gòu);還有近年來(lái)比較流行的Flash動(dòng)畫(huà)，一個(gè)個(gè)將抽象的、神秘的微觀世界生動(dòng)地、具體地展現(xiàn)在學(xué)生面前，降低其陌生感。本節(jié)課主要是通過(guò)采取播放Flash動(dòng)畫(huà)的手段，將宏觀和微觀世界相互聯(lián)系起來(lái)。

本節(jié)課先利用電解水的Flash動(dòng)畫(huà)，將微觀粒子的運(yùn)動(dòng)與宏觀現(xiàn)象相結(jié)合，很自然地實(shí)現(xiàn)了“宏—微”地轉(zhuǎn)化。

3、符號(hào)表征

教師為了讓學(xué)生能夠更加直觀明白了解兩者之間的相互聯(lián)系，就要充分利用符號(hào)表征的體現(xiàn)，它不僅僅是一個(gè)工具，也是兩者之間的中介橋梁。因此在電解水的教授中，通過(guò)動(dòng)畫(huà)里微觀粒子的運(yùn)動(dòng)和變化，利用化學(xué)符號(hào)書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式。

設(shè)計(jì)意圖：以初中時(shí)學(xué)過(guò)的電解水為切入點(diǎn)，由已知探索未知領(lǐng)域，這樣有利于學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，溫故而知新。接著利用水電解的Flash動(dòng)畫(huà)，將微觀運(yùn)動(dòng)可視化，利用化學(xué)符號(hào)的表征，建立起宏觀和微觀世界之間的的橋梁。最后考慮學(xué)生新獲得的知識(shí)不夠系統(tǒng)化，因此及時(shí)總結(jié)電解池的構(gòu)成條件和電解原理，強(qiáng)化學(xué)生大腦中有關(guān)電解的宏觀和微觀表征。

[環(huán)節(jié)2]

學(xué)習(xí)的情境理論認(rèn)為，個(gè)體參與實(shí)踐活動(dòng)、與環(huán)境相互作用是學(xué)習(xí)得以發(fā)生的根本機(jī)制。視頻只能給學(xué)生提供視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)上的宏觀感受，只有在親身實(shí)踐中，學(xué)生的感知才能受到最直接而強(qiáng)烈的刺激，由此對(duì)客觀事物形成鮮活、具體、深刻而豐富的印象和感受，繼而引發(fā)內(nèi)在的心理反應(yīng)，產(chǎn)生積極的情感，全身心地投入到對(duì)事物的深入認(rèn)識(shí)如果要得到更真實(shí)的宏觀體驗(yàn)，化學(xué)實(shí)驗(yàn)室一種最有效最直接的手段。

1、獲取宏觀例證

[學(xué)生任務(wù)]1、通電前觀察石墨棒的顏色

2、通電后觀察陰極石墨棒的顏色

3、通電后觀察陽(yáng)極石墨棒的現(xiàn)象，用濕潤(rùn)的淀粉碘化鉀試紙靠近，

觀察顏色變化

通過(guò)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以很直觀地看到電解的宏觀現(xiàn)象，對(duì)于微觀由于無(wú)法感知而出現(xiàn)了理解的 “真空”。學(xué)生對(duì)肉眼看不見(jiàn)、伸手摸不到的微觀世界充滿好奇，僅僅展現(xiàn)微觀物質(zhì)的靜態(tài)特質(zhì)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，化學(xué)變化是微粒運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，借助各種載體演示微觀粒子豐富的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，讓不可視變?yōu)椤翱梢暋保档臀⒂^認(rèn)知難度，有助于理解化學(xué)，實(shí)現(xiàn)由宏觀現(xiàn)象向微觀本質(zhì)的躍變，有助于建立符號(hào)與宏觀、微觀之間的聯(lián)系。

2、微觀可視化

實(shí)施過(guò)程：教學(xué)中，將電解氯化銅溶液的過(guò)程制作成動(dòng)畫(huà)，學(xué)生可以清晰地

看到在未通電時(shí)溶液中Cl-、Cu2+、H+、OH-在無(wú)序地運(yùn)動(dòng)，通電以后，Cl-、OH-往與電源正極連接的陽(yáng)極靠攏，并不斷有黃綠色氣體產(chǎn)生，H+、Cu2+往與電源負(fù)極連接的陰極靠攏，出現(xiàn)紅色固體附著，導(dǎo)線上出現(xiàn)電子的定向移動(dòng)，由陽(yáng)極流向陰極。學(xué)生能夠感受到在直流電源的作用下，微粒之間的相互作用。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)生動(dòng)形象的動(dòng)態(tài)模擬，學(xué)生對(duì)直流電流作用下，微粒之間發(fā)生的反應(yīng)有了深層次的理解，不僅物質(zhì)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)微粒會(huì)反應(yīng)，水分子與它們的結(jié)構(gòu)微粒之間也在運(yùn)動(dòng)，也存在著相互競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)系，微粒之間的運(yùn)動(dòng)和作用有別于宏觀物體，宏觀現(xiàn)象是存在相互作用的微粒聚集體的整體表現(xiàn)。

3、符號(hào)表征化

結(jié)合宏觀現(xiàn)象和微觀模擬，分析物質(zhì)微粒的運(yùn)動(dòng)變化，用符號(hào)表征體現(xiàn)出來(lái)。

①通電前溶液中存在的離子：陽(yáng)離子為_(kāi)_____，陰離子為_(kāi)______ ;

這些離子分別來(lái)自于 _______ 的電離。

②通電后離子移動(dòng)方向：陽(yáng)離子向______極;陰離子向______極。

③電極反應(yīng)、電解反應(yīng)

陽(yáng)極為_(kāi)______;發(fā)生_______反應(yīng)

陰極為_(kāi)______;發(fā)生_______反應(yīng)

電解方程式：

④電子流動(dòng)方向：電子從電源_______極流出、流向電解槽的_______極，_______離子在_______極_______電子;_______離子在_______極_______電子，電子經(jīng)導(dǎo)線流向電源的_______極。

[學(xué)生總結(jié)]①電子的移動(dòng)方向 ②電流的流動(dòng)方向 ③離子的遷移方向

④電極的反應(yīng)類(lèi)型 ⑤離子的放電順序

設(shè)計(jì)意圖：為了加強(qiáng)學(xué)生對(duì)化學(xué)“三重表征”的靈活運(yùn)用，精心設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，同時(shí)也培養(yǎng)了學(xué)生思維邏輯和動(dòng)手操作能力。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，一方面考察了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)觀察能力，另一方面引導(dǎo)學(xué)生用化學(xué)符號(hào)自主分析現(xiàn)象背后的化學(xué)反應(yīng)原理，加深對(duì)電解原理的理解，符合學(xué)生的認(rèn)知過(guò)程。

基于化學(xué)的“三重表征”的教學(xué)方法，區(qū)別與以前的傳統(tǒng)教學(xué)，因此要不擇時(shí)機(jī)地在有限的課堂教學(xué)中，有意培養(yǎng)學(xué)生從化學(xué)的角度與分析物質(zhì)的變化和能量的轉(zhuǎn)化。教師要有意識(shí)引導(dǎo)學(xué)生將化學(xué)知識(shí)與思維創(chuàng)新有機(jī)結(jié)合，將物質(zhì)的宏觀辨識(shí)和微觀探析本質(zhì)融合一體，逐漸提升學(xué)生分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的能力，由化學(xué)視角觀察理解物質(zhì)的變化。這樣的教學(xué)更加有利于降低化學(xué)在學(xué)生心中的枯燥性，讓學(xué)生從興趣出發(fā)，更好地投入到化學(xué)研究中來(lái)。

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