應用型高校無機化學教學中三重表征思維的研究

劉 丹，陳安銀,胡曉黎

(四川文理學院 化學化工學院，四川 達州 635000)

隨著經濟社會的發展，應用型高校發展越發快速，堅持以人為本，不斷進行教育改革與教學實踐創新.作為應用型高校的一名無機化學一線教師，如何在無機化學課堂教學中改進教學方法，達到高效的課堂教學效果成為主要考慮的問題.在無機化學專業教學過程中，急需轉變傳統的教學模式，尋找一套創新又能滿足教師和學生需求的教學模式.三重表征思維模式[1]在化學學科的應用最早由蘇格蘭格拉斯哥大學科學教育中心的約翰斯頓(A.H.Johnstone)提出，即對物質進行宏觀表征、微觀表征和符號表征，并在學習過程中建立起三者的聯系，該思維方式是無機化學學科獨特的思維方式，有利于學生良好的認知結構和科學觀念的形成.但目前在絕大多數高校無機化學課堂運用該思維模式的教學研究甚少.為順應學校應用型高校轉型，根據化學特色專業的建設規劃，構建一種基于三重表征思維的新的教學模式應用于無機化學課堂教學成為迫切需要.

目前，國內外針對三重表征思維模式的研究傾向于三重表征的基本內涵及教育價值、形成過程及內容特質、培養策略及學生現狀等方面進行探討.[2-4]不少學位論文還開展了三重表征思維對具體化學內容掌握的影響、不同學段或地域的學生三重表征思維的調查研究.[5]這些研究成果，對化學教師理解與實施三重表征思維培養的教學具有重要參考價值.但是，以上研究更多針對于剛接觸化學學科的中學生，[6]針對應用型高校無機化學教學中三重表征思維卻鮮少提及.因此，在大學無機化學課堂探究三重表征思維有很重要的意義.綜上所述，筆者就自己多年的無機化學教學實踐，探究三重表針思維在應用型高校無機化學課堂教學的具體應用.

1 樹立三重表征意識

無機化學是應用型高校化學相關專業學生從中學進入大學后的第一門專業基礎課，可以在學生剛開始接觸無機化學時幫助學生樹立三重表征意識，即“宏觀-微觀-符號”，具體的教學過程中從緒論開始，幫助學生以無機化學中化合物的物理化學性質以及制備應用等形象的宏觀事實為基礎，構建化合物的組成、結構等微觀視角，并以無機化學獨特的符號系統建立起宏觀和微觀的聯系，讓學生意識到三重表征思維對無機化學的學習甚至后續其他課程的學習有很大的意義及積極作用.只有學生樹立了三重表征意識，才可能在無機化學學習中主動構建三重表征知識體系，從而體會三重表征思維在學習過程中的益處，明白這種思考方式的優勢，形成良性循環.

2 通過三重表征建構知識間的聯系

無機化學的知識分成兩大板塊一是宏觀化學原理和物質結構原理，二是元素化學知識.

如何讓學生高效有意義地掌握好這些知識，則可以通過三重表征思維對該學科知識進行建構，對物質的性質及變化規律通過實驗、現代教育技術等方式進行宏觀表征，然后由宏觀深入到微觀探求反應的本質，反過來根據結構決定性質構建微觀到宏觀的知識體系，利用符號表征構建宏觀和微觀轉化的橋梁，將三者有機融合，構建科學合理的知識體系.例如，2NO2N2O4這個可逆反應是否達到平衡狀態，可以從宏觀的角度去觀察顏色或者壓強等判斷各物質的量是否保持恒定，從微觀的角度去判斷單位時間消耗的微粒數目是否和生成的微粒數目，然后通過符號表征有機地將宏觀和微觀結合起來，幫助學生開闊視野，建立化學平衡的認知結構.

3 利用三重表征思維創設生動的情境

現代無機化學的特征正從基本上是描述性的科學向推理性的科學過渡；從宏觀結構向微觀結構深入；現在，一個比較完整的，理論化的，定量化和微觀化的無機化學新體系正在迅速形成.蘇霍姆林斯基說過，“若教師不設法使學生產生情緒高昂、智力振奮的內心狀態，就急于傳授知識，那只能是使人產生冷漠的態度，給腦力帶來疲勞.[7]要想讓學生積極主動有熱情地學習無機化學知識，可以在無機化學教學實踐中利用三重表征思維創設生動的情境有利于學生對無機化學知識的學習以及能調動學生的學習興趣.三重表征思維可以幫助學生在理解的基礎上獲取化學知識，在具體的問題情境中快速輕松地提取有用信息，幫助學生實現量到質的飛越.例如在講解水解平衡知識時，單純地講解水解平衡很抽象，學生很難理解，可以創設實驗情境，設計簡單的實驗將微觀的隱性的實驗事實用宏觀的方法表現出來，可以以碳酸鈉為例，碳酸鈉本身水解實驗現象不明顯，但是它水解后呈堿性這一實驗事實我們可以創設合理的實驗情境，在碳酸鈉溶液中加入酚酞溶液呈現紅色然后再滴加氯化鈣后溶液的顏色逐漸消失，然后用符號表征出實驗事實，就可以幫助學生理解并掌握水解平衡這一抽象概念.最終可以促進學生對化學原理的理解，培養學生解決實際問題的能力.

4 教學過程中注意實施三重表征思維

圖1 錳元素的化學性質

在學習反應歷程這一知識點的時，過氧化氫和氫溴酸反應生成單質溴，這是宏觀事實，微觀上，這是由四個基元反應完成的，如何體現宏觀與微觀之間的關系，進而理解反應歷程，就必須結合符號表征，引導學生建立起“微觀-宏觀-符號”知識體系，進而快速地掌握反應歷程這一知識點，為后續由反應機理推導實驗速率方程做充分的知識儲備.在無機化學的教學實踐中，教師應善于有機地結合“宏觀-微觀-符號”三重表征思維方式幫助學生科學地掌握知識，引導學生建立有效的思維方式，幫助學生積極高效地參與課堂教學，提高對無機化學的學習興趣.

5 基于三重表征提高學生的學習能力

課程和教學的最終目的是幫助學生掌握知識，學會如何學習，通過知識的的傳授和探討使具有科學的思維能力，最終提高學生的科學素養.在無機化學教學過程中融合三維表征學習相關知識，建立“宏觀-微觀-符號”三個維度間的密切關系，讓學生形成合理、科學的知識脈絡，讓學生在學習無機化學的過程中實現對知識的把握，理解性記憶，做到融會貫通，很大程度地提高應用型高校學生無機化學知識的遷移能力，解決學習生活中實際問題的能力.比如在化學平衡的學習中，比較恒容、恒壓下可逆反應的平衡，對學生而言比較抽象難懂，教師則可以先引導學生分別對恒容條件下的平衡以及恒壓條件下的平衡進行三維表征的學習，首先安排學生對兩種平衡狀態通過宏觀現象和微觀實質建立起符號表征，然后讓學生進一步理解單一狀態的平衡，建立起宏觀-微觀-符號三維表征的內在聯系，然后引導學生進一步對兩種狀態下的平衡進行比較，利用微觀可視化等現代技術手段建立模型，讓學生對恒容、恒壓下的可逆反應平衡狀態有更深入的理解，從而多維度地掌握該知識，并引導學生運用該思維取解決本章節的一些其他知識.培養學生舉一反三的能力和實現思維的飛越.

6 三重表征思維運用的反思

經過多次課堂教學實施三重表征思維，學生基本能建構在無機化學學習中運用三重表征思維學習相關知識，但這遠遠不夠，教師還應在無機化學教學實踐中有效地引導學生實現知識的內化，這就需要加強學生的反思性學習，比如，學生在學習鈉的性質這一章節，教師可以引導學生反思在學習過程中是否結合了鈉的宏觀性質，微觀本質以及符號想結合的角度思考問題，鈉與水的反應的宏觀實驗現象是紅氣球浮游聲，那它的微觀本質是什么，怎樣結合符號表示等問題，讓學生形成自我分析、歸納、總結，有意識地科學地反思對于無機化學知識的掌握程度，進一步強調三重表征思維，讓學生再次體驗和運用該科學的思維方式，將課堂上教師的思維方式內化為學生自己的思維和方法，最終實現高效而有意義地學習，提高學生學習興趣.同時教師也同時反思針對不同章節還有哪些更為合適的教學方法和思維方式，具體內容還有待進一步實踐探究.

結 語

三重表征思維是體現了無機化學學科特有的認知視角和思維方式，實踐證明是適用于應用型高校無機化學學習的有效思維，有助于應用型高校化學相關專業大一新生更好地學習并掌握無機化學知識，可以提高學生學習化學的興趣，進而幫助學生有意義地學習更多的知識，同時培養學生獨立思考解決問題的能力.在今后的教學中應更進一步探究如何幫助學生建構三重表征思維，幫助學生提高學習效率，為后續課程的學習打下良好的基礎.