關(guān)于化學(xué)教學(xué)中運用三重表征提升學(xué)生“宏微”核心素養(yǎng)的思考

羅秀華

摘要：化學(xué)學(xué)科的發(fā)展經(jīng)歷了宏觀到微觀的過程，化學(xué)符號是全世界通用的化學(xué)語言，也是連接宏觀與微觀的橋梁。“宏觀辨識與微觀探析”是化學(xué)核心素養(yǎng)的首要維度，它與三重表征一脈相通，都是基于宏觀、微觀、符號對物質(zhì)進行的探究分析。本文解讀了化學(xué)三重表征與“宏觀辨識與微觀探析”學(xué)科素養(yǎng)的關(guān)系，討論了通過在化學(xué)教學(xué)中使用三重表征提高學(xué)生“宏觀辨識與微觀探析”學(xué)科素養(yǎng)的方法和路徑。

關(guān)鍵詞：三重表征;“宏微”核心素養(yǎng);方法和路徑

中圖分類號：G633.8? 文獻標識碼：A文章編號：1992-7711（2021）10-070

《普通高中化學(xué)課程標準（2017年版）》[1]提出了“以發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為主旨”的基本理念，規(guī)定了 “宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識、科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”5大化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。其中“宏觀辨識與微觀探析”核心素養(yǎng)（以下簡稱“宏微”核心素養(yǎng)）是化學(xué)核心素養(yǎng)中極其重要的一方面，是化學(xué)學(xué)科所特有的素養(yǎng)，它是指學(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)的過程中，能夠通過觀察、辨識一定條件下物質(zhì)形態(tài)及其變化的宏觀現(xiàn)象，能夠從物質(zhì)的微觀層面理解其組成、結(jié)構(gòu)和形式的聯(lián)系，并運用符號表征物質(zhì)的變化。而所謂三重表征就是從宏觀、微觀、符號三種表征的角度去認識和理解化學(xué)知識，建立三者之間的有機結(jié)合與相互轉(zhuǎn)化，是體現(xiàn)化學(xué)本質(zhì)特征思維方式的有效途徑[2]。從這里可以看出，三重表征和“宏微”核心素養(yǎng)之間是一脈相通的，它們在高中化學(xué)教學(xué)中的落實和應(yīng)用，對促進學(xué)生認識化學(xué)本質(zhì)，加深對化學(xué)知識的理解、應(yīng)用具有重要的意義。

本文從三重表征的角度制定了探究實施策略，旨在通過基于三重表征呈現(xiàn)多樣化的情境活動、重視三重表征的實驗設(shè)計、關(guān)注三重表征搭建學(xué)習(xí)橋梁、利用三重表征構(gòu)建多元化評價體系的方法和路徑，提高學(xué)生“宏微”核心素養(yǎng)。

一、基于三重表征呈現(xiàn)多樣化的情境活動，強化“宏微”核心素養(yǎng)水平

傳統(tǒng)的化學(xué)課堂以教師為主，注重教師對知識的傳授，教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法非常乏味，無法喚起學(xué)生對化學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生學(xué)習(xí)主動性不高，更談不上化學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)，而三重表征化學(xué)教學(xué)理論的應(yīng)用實踐，教師可以結(jié)合其教育理論本質(zhì)，開發(fā)創(chuàng)新教學(xué)方法，基于三重表征呈現(xiàn)多樣化的情境活動，幫助學(xué)生從多層次、多角度去理解化學(xué)知識，既可以化解化學(xué)抽象內(nèi)容，又可以強化“宏微”核心素養(yǎng)水平。

例如，在教學(xué)《氧化還原反應(yīng)》化學(xué)內(nèi)容時，就可以基于三重表征呈現(xiàn)多樣化的情境活動，旨在讓學(xué)生通過多角度分析氧化還原反應(yīng)，認識其反應(yīng)的本質(zhì)。

【活動1】利用信息技術(shù)手段，展示圖片情境、提升宏觀辨識素養(yǎng)

在教學(xué)的時候，展示生活中碳燃燒、鋼鐵生銹，實驗室中氫氣還原氧化銅、過氧化氫分解，鹽酸和氫氧化鈉的反應(yīng)、鈉在氯氣中燃燒、工業(yè)上鋼鐵的冶煉的高清圖片。

【活動2】設(shè)計多樣化的符號表征情境從物質(zhì)觀、元素觀、價態(tài)觀多角度的表征分析氧化還原反應(yīng)，具體任務(wù)如下：

⑴請你寫出圖片展示化學(xué)過程的化學(xué)方程式;

⑵從得氧失氧的角度分析表征反應(yīng);

⑶請你從化合價升降的角度分析表征反應(yīng)。

【活動3】利用信息技術(shù)手段，播放動畫情境、提升微觀探析素養(yǎng)

電腦播放動畫視頻，將微觀的知識可視化，讓學(xué)生直觀地觀察鈉原子與氯原子結(jié)合成氯化鈉的過程和電子轉(zhuǎn)移的過程，在微觀展示的過程中，將知識情境化，引導(dǎo)其從化學(xué)變化的實質(zhì)去思考，然后進一步從鈉原子和氯原子的核外電子的排布和得失電子的難易程度的角度思考電子轉(zhuǎn)移的具體情況，最后將反映前后元素化合價變化情況與電子轉(zhuǎn)移進行一一對應(yīng)，從而使其從微觀上對宏觀現(xiàn)象進行解析思考，激發(fā)化學(xué)學(xué)習(xí)興趣，提升微觀探析素養(yǎng)。

【活動4】利用單雙線橋法表征氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)，將宏觀與微觀落腳在符號表征上。

通過知識情境的真實展示，集中學(xué)習(xí)注意力，幫助學(xué)生運用三重表征進行學(xué)習(xí)整合，這樣既可以加深對氧化還原反應(yīng)的認識，還可以鞏固三重表征思維方式，強化宏觀、微觀、符號等表征學(xué)習(xí)水平，進而強化“宏微”核心素養(yǎng)水平。

二、重視三重表征的實驗設(shè)計，深化“宏微”核心素養(yǎng)水平

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，通過化學(xué)實驗的宏觀現(xiàn)象得到物質(zhì)的性質(zhì)，進而了解物質(zhì)的組成與微觀結(jié)構(gòu)[3]。但是，在實際實驗教學(xué)中，以往都是教師演示，學(xué)生模仿，是一種被動探索、被動實驗的過程，教學(xué)變得機械無意義，很難培養(yǎng)學(xué)生的“宏微”核心素養(yǎng)。為提高“宏微”核心素養(yǎng)，可以利用三重表征設(shè)計實驗，讓學(xué)生根據(jù)實驗的直觀展示進行自主實驗探索，在主動探究、觀察分析、交流溝通中，幫助其探測微觀世界。

例如，在《鈉及其化合物》教學(xué)中，教師可以讓學(xué)生列舉常見的含鈉元素的物質(zhì)，讓學(xué)生進行互動交流，然后從三重表征的角度進行引導(dǎo)，設(shè)計以下教學(xué)環(huán)節(jié)：

【環(huán)節(jié)一】：認識鈉單質(zhì)

指導(dǎo)學(xué)生從原子結(jié)構(gòu)預(yù)測鈉的可能的性質(zhì)，設(shè)計以下任務(wù)：

⑴觀察鈉和氧氣的反應(yīng)

讓學(xué)生切開鈉的外皮，觀察新切開的鈉的表面變化，然后指導(dǎo)實驗，在空氣中加熱金屬鈉，觀察實驗現(xiàn)象并進行分析;

⑵探究鈉和水的反應(yīng)

指導(dǎo)學(xué)生從元素組成和氧化還原反應(yīng)的角度預(yù)測反應(yīng)產(chǎn)物，設(shè)計實驗檢驗預(yù)測，動手實驗，并分析其實驗現(xiàn)象，驗證預(yù)測;

⑶導(dǎo)學(xué)生根據(jù)以上真實實驗和學(xué)習(xí)經(jīng)過，歸納鈉的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，解釋鈉的保存。

【環(huán)節(jié)二】：認識氧化鈉和過氧化鈉

讓學(xué)生通過氧化鈣的性質(zhì)類比推測氧化鈉的化學(xué)性質(zhì)，并書寫化學(xué)方程式，然后讓學(xué)生根據(jù)氧化鈉的性質(zhì)，類比預(yù)測過氧化鈉的性質(zhì)，然后設(shè)計以下實驗任務(wù)。

⑴指導(dǎo)觀察脫脂棉包裹過的過氧化鈉，滴加水后發(fā)生燃燒的實驗;

⑵指導(dǎo)觀察脫脂棉包裹過的過氧化鈉，通入二氧化碳后發(fā)生燃燒的實驗;

⑶指導(dǎo)歸納過氧化鈉的化學(xué)性質(zhì)，預(yù)測其用途;

⑷指導(dǎo)歸納研究物質(zhì)性質(zhì)的基本方法和程序。

通過三重表征的實驗設(shè)計引導(dǎo)，在實驗探究觀察過程中，根據(jù)實驗對比，讓學(xué)生書寫Na2O2與水反應(yīng)以及Na2O2與二氧化碳反應(yīng)的方程式，搭建符號學(xué)習(xí)橋梁，進行宏觀辨識與微觀探析，建立三重表征思維，從而強化學(xué)生對過氧化鈉性質(zhì)符號表征的認識，促使對過氧化鈉知識有一個全面地認識。在實驗探測過程中，建立符號表征關(guān)聯(lián)，通過實驗深化“宏微”核心素養(yǎng)。

三、關(guān)注三重表征搭建學(xué)習(xí)橋梁，增進“宏微”核心素養(yǎng)水平

化學(xué)符號是連接化學(xué)宏觀現(xiàn)象與微觀世界的橋梁。在化學(xué)教學(xué)中，為讓化學(xué)符號學(xué)習(xí)變得有意義，教師要將化學(xué)符號的學(xué)習(xí)，運用于化學(xué)宏觀辨識與微觀探析的世界中去，充分發(fā)揮其中介連接的作用，強化宏觀-微觀-符號的聯(lián)系，讓學(xué)生學(xué)會從符號去認識物質(zhì)的化學(xué)本質(zhì)，學(xué)會依據(jù)宏觀現(xiàn)象揭示微觀本質(zhì)，通過符號進行表示，在自由轉(zhuǎn)化的過程中，培養(yǎng)三重表征化學(xué)思維，提升“宏微”核心素養(yǎng)。

例如，在《離子反應(yīng)》的教學(xué)中，可以為學(xué)生提供銅片、石墨、氯化鈉固體、氯化鈉溶液、無水酒精等，讓學(xué)生根據(jù)已有的知識，思考怎樣才能使得小燈泡亮起來？學(xué)生通過回顧初中知識，設(shè)計導(dǎo)電性實驗，然后動手實踐，解釋從微觀角度探析物質(zhì)導(dǎo)電的原因，最終得出電解質(zhì)的概念，具體過程如下：

【任務(wù)一】自主設(shè)計實驗探究物質(zhì)導(dǎo)電性原因，具體過程如下：

⑴討論導(dǎo)電的條件;

⑵觀察導(dǎo)電性實驗，描述現(xiàn)象，得出結(jié)論;

⑶用微觀示意圖畫出氯化鈉固體、氯化鈉溶液、熔融氯化鈉的存在形式;

⑷自主建構(gòu)得出電離、電解質(zhì)等概念;

⑸書寫電離方程式;

⑹以Na2CO3、MgCl2等類型物質(zhì)進行拓展練習(xí);

⑺引入阿倫尼烏斯電離模型，明確電解質(zhì)溶于水會自動解離成離子。

【設(shè)計意圖】通過分析實驗現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)推理能力，將學(xué)生的思維借用微觀示意圖外顯，提高“宏微”核心素養(yǎng)，發(fā)揮三重表征教學(xué)的優(yōu)勢。然后，通過化學(xué)中的科學(xué)模型，提高對電離概念本質(zhì)的理解，進而基于電離產(chǎn)生的離子種類，從微觀本質(zhì)定義酸堿鹽。

【任務(wù)二】結(jié)合電離方程式從電離的角度概括出酸堿的本質(zhì)。

通過形象直觀的感受，在宏觀物質(zhì)現(xiàn)象的觀察與微觀粒子行為的思考辨析過程中，建立相互轉(zhuǎn)化的宏微聯(lián)系，然后讓學(xué)生自主建構(gòu)電離模型，并推導(dǎo)出電離方程式的書寫，根據(jù)宏微探索推導(dǎo)其符號表示，在宏微轉(zhuǎn)化中，提高學(xué)生的探究能力和歸納演繹能力，增進“宏微”核心素養(yǎng)水平。

四、利用三重表征構(gòu)建多元化的評價體系，提升“宏微”核心素養(yǎng)水平

評價作為教育教學(xué)環(huán)節(jié)的重要組成部分，為培養(yǎng)“宏微”核心素養(yǎng)，提高化學(xué)學(xué)習(xí)效果，在教學(xué)的時候，教師可以圍繞化學(xué)三重表征構(gòu)建一系列有層次的課堂活動進行點評分析，在關(guān)注學(xué)習(xí)過程表現(xiàn)的同時，按照強化意識-建立轉(zhuǎn)化關(guān)系-形成表征思維模式-完善認知結(jié)構(gòu)等程序進行過程點評，在多元點評中，使其內(nèi)化知識，調(diào)整認知結(jié)構(gòu)。

例如，在教學(xué)《葡萄糖的化學(xué)性質(zhì)》時，旨在幫助學(xué)生認識和體會微觀結(jié)構(gòu)決定宏觀性質(zhì)的觀念，使其能夠從微觀角度探析葡萄糖的結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)所學(xué)知識演繹出宏觀的性質(zhì)。在教學(xué)點評的時候，可以從宏觀-微觀-符號等表征進行學(xué)習(xí)深化，在多元點評學(xué)習(xí)內(nèi)容的過程中，加深對化學(xué)知識的理解。具體過程可按照以下流程進行點評：

【學(xué)生1】從葡萄糖的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)葡萄糖既有羥基又有醛基，應(yīng)該具有醇類物質(zhì)和醛類物質(zhì)的通性，可以發(fā)生酯化、氧化、還原等化學(xué)反應(yīng)，因此它可以與乙酸，新制的氫氧化銅、銀氨溶液、氫氣等發(fā)生反應(yīng)。

【學(xué)生2】剛才的同學(xué)的推理非常正確，我也是這樣認為的。

【學(xué)生3】剛才的同學(xué)的想法非常有道理，但是根據(jù)我的經(jīng)驗，多個有機基團之間，可能也會產(chǎn)生一定的影響，可能葡萄糖還具有其他的性質(zhì)。

【教師】同學(xué)們的思考都很有道理，但是實踐是檢驗真理的唯一標準，下面我們就來驗證一下吧！

學(xué)生通過實驗驗證依據(jù)符號和微觀結(jié)構(gòu)推測出的宏觀性質(zhì)，最后發(fā)現(xiàn)大部分的推測是正確的，但是由于基團之間的相互影響，葡萄糖也有新的性質(zhì)。

這樣運用三重表征構(gòu)建多元化評價體系讓學(xué)生先進行自評和互評，教師就此過程中所涉及到的問題，以及問題解決是否完善進行點評分析，在三重表征構(gòu)建的多元化評價體系評價中使其形成宏微思維，提升“宏微”核心素養(yǎng)水平。

綜上所述，化學(xué)三重表征的形成具有一定的順序性和階段性，其思維方式具有穩(wěn)定性、階段性、遷移性的特性。教學(xué)中應(yīng)結(jié)合具體教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的思維發(fā)展進程，從學(xué)生認知水平出發(fā)，靈活運用教學(xué)方式、手段，通過基于三重表征呈現(xiàn)多樣化的情境活動、重視三重表征實驗設(shè)計、關(guān)注三重表征搭建學(xué)習(xí)橋梁、利用三重表征構(gòu)建多元化評價體系等方法，誘發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生主動運用三重表征全方位、多層次地描述宏觀現(xiàn)象以及微觀機理，強化三重表征學(xué)習(xí)理論在學(xué)生大腦中的印象，增強三重表征能力，進而提升“宏微”核心素養(yǎng)。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部制定.普通高中化學(xué)課程標準（2017版）[S].北京：人民教育出版社，2018：89-92.

[2]黃超楠.基于三重表征的高中化學(xué)離子反應(yīng)教學(xué)設(shè)計與實踐[D].開封：河南大學(xué)，2020.

[3]耿君.高中化學(xué)三重表征教學(xué)模式的建構(gòu)與實踐研究[J].化學(xué)教學(xué)，2019（9）：46-50.

（作者單位：廣東省深圳市沙井中學(xué)，廣東 深圳 518104）