核心素養視角下模型認知思想的培養
——以初中化學“多重表征”問題的復習為例

楊 征

（石家莊市第11中學，河北 石家莊 050000）

一、問題的提出

在總復習階段，筆者曾就一個開放性問題：“由電解水反應，你能想到哪些有關內容？”對不同學校、不同學習水平的100名學生進行問卷調查。問卷結果顯示，學生的學習主要存在以下兩個問題：一是思維的無序性；二是對學科知識理解的淺表化。對以上兩個問題的理解程度，可以反映出學生對多重表征問題的認識水平。同時筆者也注意到在2018年的河北省中考理綜試卷中，一道以質量守恒定律為考查重點的選擇題（見例1），某市的得分率只有不到百分之三十。作為經典題目，這個考查結果并不理想。以上這些狀況的出現，究其原因都與總復習教學多以知識復述、習題訓練等簡單的方式為主，沒有引導學生進行深度學習，缺少科學思維、方法的訓練，疏于化學學科核心素養的培養有關。

【例1】（2018河北中考）如圖1所示是某化學反應的微觀示意圖，下列說法正確的是

圖1

A.該反應屬于置換反應

B.生成物丙由2個氫原子和1個氧原子構成

C.生成物丁中碳和氧元素的質量比為1:2

D.參加反應的甲和乙的分子個數比為2:7

“證據推理與模型認知”是《普通高中化學課程標準（2017年版）》中明確提出的化學學科核心素養之一。“從微觀層次認識物質，以符號形式描述物質，在不同的層面創造物質”是化學學科獨有的特征，反映出多重表征的思維方式，決定著化學的研究視角，也決定著化學的教學視角。物質的組成和構成、性質和變化是化學學科的重要研究對象，也是應用多重表征思想的重要知識載體。但因其分布于九年級化學的不同單元和課題，所以呈現形式具有點狀不連續的特點，因此在實踐中通常作為相對獨立的內容進行教學，這導致該部分內容的復習效率低下。對于這類問題，教師可引導學生從宏觀、微觀、符號以及圖形等多重表征的角度進行分析，以構建“多重表征”認知模型框架，如此能夠促進學生化學學科核心素養的養成。

二、“多重表征”在化學學科中的涵義

在化學領域，對知識表征概念的界定，不同時期、不同研究者有不同的提法。有早年的三重表征，即“微觀表征”“宏觀表征”和“符號表征”，以及之后2009年錢揚義教授在三重表征基礎上提出的“手持技術的四重表征教學”模式，即將“曲線表征”合并入三重表征而形成四重表征。在對知識表征問題的研究中，筆者發現，僅就三重表征的認識而言，以電解水反應為例（見圖2），水在通電條件下生成氫氣和氧氣是宏觀表征，化學方程式（或化學式）及反應的微觀示意圖（或分子模型圖）是符號表征，用分子、原子的概念描述電解水的過程屬于微觀表征。其中，化學方程式（或化學式）與反應的微觀示意圖（或分子模型圖）雖然都屬于符號表征的范疇，但對于兩者的相互轉化，很多學生做不到精準的對號入座。所以在本文的以下敘述中，筆者將把這兩者剝離開，分別作為符號表征和圖形表征來分析。

圖2 電解水反應的四種表征

三、初中化學多重表征問題的復習策略

（一）圍繞物質構成的模型構建

“宏觀辨識與微觀探析”是重要的化學學科核心素養，對于該素養的考查，在基于初中化學課程標準命制的中考試題中，比較簡單的呈現形式是以物質構成為核心進行考查。比如對物質的宏觀組成、微觀構成粒子、模型圖和符號（化學式）等方面進行識別和分析（如例2）。對于這類問題的復習，教師可以引導學生構建如圖4所示的認知模型。

【例2】（2018宿遷中考節選）在宏觀、微觀和符號之間建立聯系是化學學科的特點。圖3是某物質發生反應的微觀示意圖。

圖3

（1）丙圖中所示物質都是由_______構成的（選填“分子”“原子”或“離子”）。

（2）甲圖所表示的意義是_______________（用化學用語表示）。

圖4 圍繞物質構成的模型構建（以2020年人教版教材為例）

（二）圍繞物質性質的模型構建

任何物質的宏觀性質和表現都是由其微觀本質決定的。因此在教學中，教師要培養學生透過現象看本質的思維習慣，而不是簡單地死記硬背，這是發展學生核心素養的有效手段。九年級的化學教學，雖然對學科知識的學習和對學科思想的滲透還不太深入，但在一些物質物理性質和化學性質的教學中，都不乏幫助學生樹立宏微結合思想的實例（見圖5）。

（三）圍繞物質變化的模型構建

在諸多“多重表征”問題中，與物質變化有關的問題往往最能深度考查學生核心素養的水平。在物理變化和化學變化中，綜合性最強、難度最大的是對化學變化的分析。對于這類問題的復習教學，同樣可以利用模型構建的方法進行突破。

1.物理變化的模型建構。以2020年人教版教材第一單元課題1中水的沸騰實驗（見圖6）為例。在新授課階段，學生對于該實驗只有非常淺薄的認識，即水沸騰發生了狀態改變，是物理變化。而在總復習階段，教師則不妨以該實驗為抓手，重新拋出問題——你對這個實驗中的變化和現象有哪些認識？這是一個開放性問題，能很好地考查學生的思維品質和化學學科素養。以下是基于學科本質對水沸騰實驗進行“再認識”的思路：（1）水沸騰后狀態改變是宏觀現象，任何宏觀現象都是微觀本質的反映。之所以將其稱之為物理變化，是因為分子不變。（2）微觀不可視，但可用特定的符號和圖形來表示。然后以此為基礎構建認識物理變化的結構模型（見圖7）。

圖6 水的沸騰

圖7 對水的沸騰變化“再認識”的模型構建

2.化學變化的模型建構。由分子參加的化學變化，出現在教材中的不同單元和課題。以人教版九年級化學教材為例，其先是用分子揭示了化學變化的本質，然后再用化學變化的本質解釋水的電解，繼而以水分子為例，認識化學式及其含義，之后又以氫氣和氧氣的反應為例解釋質量守恒定律，這種內容安排體現出對問題遞進式逐漸深入的研究。在應用質量守恒定律分析化學變化問題時，最能體現出多重表征思維方法的價值。因為這類問題大都具有很強的綜合性，如果學生不具備良好的思維品質，沒有形成科學的認知模型，很容易感到無所適從。

2018年河北省中考理綜的這道選擇題（見例1），為什么會有如此多的學生出錯呢？筆者在與學生進行交流的過程中發現，因為圖形、反應類型、原子、分子、質量、元素等諸多信息在這道題目中集中呈現，所以很多學生思維混亂，不能快速理清思路、找準方向。因此對于這類綜合性問題的復習，應該從培養學生的素養出發，借助模型建構幫助學生突破認知瓶頸（見圖8）。

圖8 “化學變化微觀模型”題的思維模型構建

化學學科不能被貼上繁雜、細散、無邏輯的標簽，作為一門科學，化學學科中隱藏著能揭示學科思維過程性、邏輯性、演繹性的學科特質。大道至簡，只有深刻理解化學的學科本質，引導學生進行深度學習，才能抓住問題的核心，找到解決問題的科學路徑，并最終助力學生核心素養的發展。