“三重表征”下化學(xué)實驗教學(xué)的探索與創(chuàng)新

摘 要：實驗是化學(xué)學(xué)科的重中之重。傳統(tǒng)的化學(xué)實驗教學(xué)多以實驗操作細節(jié)以及對應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)原理為主要教學(xué)內(nèi)容，忽略學(xué)生綜合素養(yǎng)培育?！叭乇碚鳌崩砟钍腔凇拔⒂^—宏觀—符號”三個水平認識和理解化學(xué)知識的思維方法，在化學(xué)教學(xué)中起著至關(guān)重要的作用。文章結(jié)合“三重表征”理念，對化學(xué)實驗教學(xué)進行創(chuàng)新探索，嘗試?yán)谩叭乇碚鳌崩砟钯x能化學(xué)實驗教學(xué)，促進學(xué)生化學(xué)實驗學(xué)習(xí)效率提高。

關(guān)鍵詞：“三重表征”；初中化學(xué)；實驗教學(xué)

作者簡介：劉瑩（1985—），女，江蘇省高郵市車邏鎮(zhèn)初級中學(xué)。

一、基于心理建構(gòu)，探析實驗教學(xué)關(guān)鍵

“三重表征”理念下的化學(xué)實驗教學(xué)，首先應(yīng)該讓學(xué)生學(xué)會應(yīng)用“三重表征”，即利用不同的表征形式理解和表述化學(xué)實驗。在準(zhǔn)確表述的基礎(chǔ)上，再引導(dǎo)學(xué)生深入探索化學(xué)實驗背后的規(guī)律，進而實現(xiàn)對學(xué)生化學(xué)實驗?zāi)芰σ约皩W(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)。

（一）宏觀表征，觀察現(xiàn)象變化

宏觀表征是“三重表征”中的基礎(chǔ)表征方式，它強調(diào)通過觀察物質(zhì)的形狀、顏色等直觀表現(xiàn)，將化學(xué)實驗過程描述出來。這種方式能夠直觀呈現(xiàn)化學(xué)實驗中的現(xiàn)象變化，有助于學(xué)生建構(gòu)對化學(xué)實驗的宏觀理解［1］。

通過宏觀表征，我們可以將化學(xué)反應(yīng)與實際現(xiàn)象聯(lián)系起來，使化學(xué)反應(yīng)不僅能用抽象的文字進行描述，還能夠以可視化的方式存在于學(xué)生的腦海中。比如，在學(xué)習(xí)“金屬的化學(xué)性質(zhì)”這一節(jié)時，學(xué)生需要對不同金屬的可燃性進行探析，觀察各種金屬的燃燒現(xiàn)象。鎂在空氣中燃燒的化學(xué)方程式為2Mg＋O2=2MgO，這一反應(yīng)的現(xiàn)象可用文字表述為“發(fā)出耀眼白光，放熱，生成白色物質(zhì)”。學(xué)生可以通過多媒體視頻或?qū)嶋H實驗，觀察這一反應(yīng)的宏觀現(xiàn)象，從而更深入地理解化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)象變化。宏觀表征是理解和記憶化學(xué)實驗的基礎(chǔ)表征方式，它以直觀的方式呈現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)象變化，不僅能培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)實驗興趣，還能為學(xué)生將來深入理解微觀層面的化學(xué)知識以及掌握符號表達奠定基礎(chǔ)。

（二）微觀表征，跨越理性認知

從宏觀感受表征跨越到微觀認識表征，是從感性認知到理性認知的重要轉(zhuǎn)變?；瘜W(xué)反應(yīng)的實質(zhì)是在化學(xué)反應(yīng)中分子分裂為原子、離子，原子、離子重新組合形成新的分子，因而通過微觀表征理解化學(xué)反應(yīng)過程，對于學(xué)生理解化學(xué)規(guī)律，深刻掌握各種化學(xué)結(jié)構(gòu)式和基本化學(xué)概念有著十分重要的作用。

將宏觀層面上的現(xiàn)象變化與微觀粒子之間的反應(yīng)聯(lián)系起來，是一種有效的微觀認知方法。比如，在學(xué)習(xí)“酸與堿的中和反應(yīng)”這一節(jié)時，對于這兩種物質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生探討兩者的微觀反應(yīng)與宏觀現(xiàn)象之間的關(guān)聯(lián)。首先，向裝有NaOH溶液的試管內(nèi)滴入酚酞，可以觀察到溶液變紅，這是因為試管中含有OH-離子。然后，用滴管逐滴向溶液內(nèi)滴入HCl溶液，從宏觀角度可以觀察到紅色逐漸變淡，最終變?yōu)闊o色。這一宏觀現(xiàn)象的變化對應(yīng)了試管內(nèi)的OH-離子與H+離子之間的結(jié)合，具體反應(yīng)為OH-＋H+=H2O，而溶液中的Na+離子則與Cl-離子結(jié)合得到NaCl，即實現(xiàn)了酸堿中和，得到了對應(yīng)的鹽和水。在上述實驗教學(xué)中，教師引導(dǎo)學(xué)生從宏觀現(xiàn)象的變化分析對應(yīng)的微觀粒子反應(yīng)過程，能有效培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)微觀表征意識，幫助他們更好地理解化學(xué)反應(yīng)的內(nèi)在原理，實現(xiàn)從宏觀認知向微觀理解的認知跨越。

（三）符號表征，形成科學(xué)體系

符號表征是化學(xué)學(xué)科的精髓，它是建立化學(xué)科學(xué)體系、確立宏觀物質(zhì)現(xiàn)象與微觀化學(xué)組成之間邏輯關(guān)聯(lián)的必要紐帶。在實驗教學(xué)中，教師應(yīng)注重符號表征的滲透，有意識地培養(yǎng)學(xué)生運用化學(xué)符號來描述化學(xué)組成、分析化學(xué)反應(yīng)過程的能力［2］。

讓學(xué)生明白如何用元素符號與數(shù)字表示物質(zhì)組成，以及能夠使用化學(xué)式準(zhǔn)確描述化學(xué)反應(yīng)的過程是提升學(xué)生符號表征能力的有效手段。比如，在學(xué)習(xí)“水的組成”這一小節(jié)時，學(xué)生可以通過電解水實驗來探究水的成分。通過觀察實驗現(xiàn)象，學(xué)生可以總結(jié)出：電極上出現(xiàn)氣泡，正極產(chǎn)生氣體體積與負極產(chǎn)生氣體體積比為1∶2，正極產(chǎn)生的氧氣能使帶火星的木條復(fù)燃，負極產(chǎn)生的氫氣能夠燃燒，形成淡藍色火焰。通過分析這兩種氣體，學(xué)生可以得出水由氫原子和氧原子構(gòu)成，其比例與產(chǎn)生氣體的比例相同的結(jié)論。由此歸納可知，水分子的化學(xué)符號表達式為H2O，對應(yīng)的電解水化學(xué)方程式可以表達為2H2O=2H2↑＋O2↑。這一過程有助于學(xué)生清晰、準(zhǔn)確地建立關(guān)于化學(xué)分子及其相關(guān)反應(yīng)的知識體系架構(gòu)?；瘜W(xué)符號是化學(xué)學(xué)科的重要工具，教師必須重視符號表征能力的培養(yǎng)，聯(lián)系宏觀物質(zhì)現(xiàn)象與化學(xué)微觀反應(yīng)過程，助力學(xué)生養(yǎng)成良好的化學(xué)符號表達習(xí)慣。

二、指向思維能力，探析實驗教學(xué)階段

初中階段是培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)思維能力的重要階段，初中化學(xué)實驗課程設(shè)計應(yīng)以學(xué)生的認知心理特點為基礎(chǔ)，實現(xiàn)“三重表征”思維的滲透。從認知心理學(xué)角度出發(fā)，我們可以將“三重表征”思維的培養(yǎng)分為習(xí)得、轉(zhuǎn)化與自動三個階段。

（一）習(xí)得階段，熟悉基本規(guī)律

習(xí)得階段是“三重表征”理念下實驗學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。在這一階段，學(xué)生需要了解實驗反應(yīng)物的基本性質(zhì)，掌握實驗的化學(xué)反應(yīng)規(guī)律。因此，教師在這一階段應(yīng)通過情境創(chuàng)設(shè)和借鑒生活經(jīng)驗等方式，幫助學(xué)生熟悉基本的化學(xué)反應(yīng)規(guī)律，從而為學(xué)生理解三種表征方式奠定基礎(chǔ)。

舉例來說，在學(xué)習(xí)“粗鹽中雜質(zhì)的去除”這一節(jié)時，教師一般先向?qū)W生介紹粗鹽雜質(zhì)的種類以及去除雜質(zhì)的常見方法，并解釋各種方法對應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)原理。比如，常見的雜質(zhì)去除方法包括將雜質(zhì)轉(zhuǎn)化為提純物質(zhì)、沉淀或氣體，對于粗鹽中的MgCl2、CaCl2、Na2SO4等可溶性雜質(zhì)，我們可用沉淀法除雜，即在混合物中加入某種試劑，使雜質(zhì)形成沉淀后通過過濾除去。然后，教師可以讓學(xué)生簡單了解各個方法對應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)，比如MgCl2+2NaOH=Mg（OH）2↓+2NaCl。在這一階段，學(xué)生從理論基礎(chǔ)層面了解了化學(xué)實驗的目的，掌握了通過化學(xué)反應(yīng)達成某種目的的反應(yīng)原理，以及實驗中出現(xiàn)的各種宏觀現(xiàn)象，這為他們后續(xù)理解多種表征方式提供了支持。

（二）轉(zhuǎn)化階段，指導(dǎo)信息加工

轉(zhuǎn)化階段的主要內(nèi)容為通過實驗觀察與理論分析，對習(xí)得階段獲知的實驗原理進行模型建構(gòu)，厘清化學(xué)反應(yīng)中宏觀現(xiàn)象與微觀粒子反應(yīng)之間的邏輯關(guān)聯(lián)，同時通過符號形式準(zhǔn)確辨析對應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)過程，實現(xiàn)信息的深度加工。

轉(zhuǎn)化階段的重點在于根據(jù)信息加工理論，將習(xí)得階段所獲取的宏觀現(xiàn)象和微觀反應(yīng)原理相結(jié)合，建立化學(xué)關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)多種表征方式間的相互轉(zhuǎn)換。在“粗鹽中雜質(zhì)的去除”這一節(jié)的講解中，學(xué)生需要結(jié)合習(xí)得階段的了解，分析反應(yīng)的微觀變化規(guī)律。例如，粗鹽提純過程涉及處理粗鹽溶液中包含的Mg2+、Ca2+以及SO42-，通過加入OH?-、CO32-以及Ba2+三種離子引發(fā)反應(yīng)，使其分別轉(zhuǎn)化為三種固體鹽類，然后通過過濾進行提純。學(xué)生用符號式對上述過程進行表述，從而實現(xiàn)宏觀、微觀以及符號三種表征形式的信息轉(zhuǎn)化。這一學(xué)習(xí)階段能幫助學(xué)生建立不同表征方式之間的化學(xué)關(guān)聯(lián)，使其能夠熟練地進行不同表征方式的表述轉(zhuǎn)換，從而加深學(xué)生對化學(xué)知識的理解和記憶。

（三）自動階段，解決具體問題

自動階段是學(xué)習(xí)“三重表征”的最終環(huán)節(jié)，旨在培養(yǎng)學(xué)生的“三重表征”應(yīng)用能力，使他們能夠在解決化學(xué)問題時，靈活地運用宏觀、微觀和符號三種表征方式，理解化學(xué)反應(yīng)的內(nèi)涵。例如，在學(xué)習(xí)“粗鹽中難溶性雜質(zhì)的去除”這一節(jié)后，教師設(shè)置問題如下：

粗鹽中難溶性雜質(zhì)通常采用“溶解—沉淀—過濾—蒸發(fā)結(jié)晶”的方法去除，下列可采用上述原理處理的物質(zhì)及雜質(zhì)是（? ?）

A.C（CuO）? ? ? ? ? B.NaCl（KCl）

C.KCl（MnO2）? ? D.CaO（CaCO3）

對于這一問題，學(xué)生首先需要聯(lián)想到粗鹽中難溶性雜質(zhì)去除的原理，即通過溶解將需去除的物質(zhì)溶解于水中，從而將難溶物質(zhì)進行沉淀和過濾。因此，學(xué)生需要判斷每個選項中的物質(zhì)和雜質(zhì)是否分別是可溶以及難溶物質(zhì)：由于A和D選項中的物質(zhì)和雜質(zhì)均為難溶性物質(zhì)，因此無法去除，而B選項中的物質(zhì)和雜質(zhì)均為可溶性物質(zhì)，也無法去除，只有C選項中的物質(zhì)和雜質(zhì)符合要求，可以通過溶解過濾的方式去除雜質(zhì)。

在自動階段，以問題的方式引導(dǎo)學(xué)生利用“三重表征”能力對具體問題進行分析，可以有效強化學(xué)生轉(zhuǎn)化表征方式的能力。

三、聚焦核心素養(yǎng)，探析實驗教學(xué)策略

“三重表征”理念下的化學(xué)實驗教學(xué)致力于培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)，強調(diào)通過不同表征形式的相互轉(zhuǎn)化，加深學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)過程的理解，使其能夠靈活地選用合適的表征方式進行推理、學(xué)習(xí)，實現(xiàn)核心素養(yǎng)提升［3］。

（一）任務(wù)驅(qū)動，進行證據(jù)推理

證據(jù)推理要求學(xué)生能夠根據(jù)現(xiàn)有條件以及化學(xué)知識來分析和推理化學(xué)反應(yīng)中的變化，將學(xué)科知識應(yīng)用于實際情境。在課堂教學(xué)中，教師采用任務(wù)驅(qū)動的方式，將推理和論證過程設(shè)計成課堂學(xué)習(xí)任務(wù)，能夠有效地調(diào)動學(xué)生的積極性，提高學(xué)生在課堂中進行證據(jù)推理和邏輯思考的效率。

通過觀察試劑顏色變化、有無氣體或沉淀生成、是否發(fā)光或發(fā)熱等對化學(xué)反應(yīng)過程進行推理，是最常見的化學(xué)推理形式。例如，在學(xué)習(xí)有關(guān)二氧化碳的性質(zhì)時，學(xué)生發(fā)現(xiàn)將CO2通入紫色石蕊溶液中，溶液變紅，于是，教師布置任務(wù)讓學(xué)生自主設(shè)計實驗進行探究。在任務(wù)驅(qū)動下，學(xué)生設(shè)計對比實驗，取四朵用石蕊溶液染成紫色的干燥紙花，分別進行如下處理：①噴上水；②放入干燥CO2氣體中；③噴水后放入干燥CO2氣體中；④噴灑稀鹽酸。結(jié)果發(fā)現(xiàn)只有第三和第四朵紙花變紅了?；谶@一觀察，學(xué)生可以推斷CO2氣體與水發(fā)生反應(yīng)生成碳酸，導(dǎo)致試劑變色，這個反應(yīng)的符號表征為CO2＋H2O=H2CO3。任務(wù)驅(qū)動法是一種行之有效的實驗教學(xué)方法，在任務(wù)驅(qū)動法的指導(dǎo)下，學(xué)生能夠更加直接地參與到課堂設(shè)計中，將完成任務(wù)作為主要動力，通過對實驗現(xiàn)象的對比分析，實現(xiàn)證據(jù)推理的目標(biāo)。

（二）設(shè)計實驗方案，生發(fā)創(chuàng)新意識

創(chuàng)新意識對于提升化學(xué)核心素養(yǎng)、活躍化學(xué)思維來說必不可少。在“三重表征”理念下的實驗教學(xué)設(shè)計中，教師應(yīng)有針對性地鼓勵學(xué)生改進實驗方式，通過設(shè)計更易于觀察的實驗，提高實驗在宏觀層面的可觀察性。

比如，在學(xué)習(xí)“分子運動現(xiàn)象”時，我們需要通過實驗來證明分子的運動特性。傳統(tǒng)的實驗方式通常是將濃氨水和酚酞溶液共同放置在一個倒扣的燒杯下，通過酚酞溶液的顏色變化來證明分子的運動性質(zhì)。然而，這一實驗需要較長的時間，且學(xué)生無法觀察到分子運動的實際軌跡。在這種情況下，教師可以鼓勵學(xué)生分析是否存在其他方法來證明分子的運動性。通過仔細分析現(xiàn)有的實驗設(shè)備，學(xué)生設(shè)計了更方便的實驗方案：將滴有酚酞溶液的濾紙條（每隔1.5—2 cm滴一小滴酚酞溶液）水平放置在試管里，然后用一個滴有濃氨水的棉花團堵住試管口，觀察試紙上的顏色變化。由于分子的運動性，氨氣分子不斷從試管的口部向底部移動，使滴有酚酞溶液的濾紙條變紅色，這一實驗還能直觀呈現(xiàn)紙條從口部到底部的顏色漸變過程，更好地說明分子的運動性質(zhì)。

創(chuàng)新實驗設(shè)計需要學(xué)生充分發(fā)散思維，結(jié)合化學(xué)反應(yīng)原理和現(xiàn)有化學(xué)實驗設(shè)備，使反應(yīng)的宏觀現(xiàn)象更加直觀，這有利于學(xué)生通過宏觀現(xiàn)象來深入分析對應(yīng)的微觀反應(yīng)原理，能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識和加深他們對化學(xué)反應(yīng)過程的理解。

（三）參與實踐，滲透社會責(zé)任

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任是義務(wù)教育化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之一?；瘜W(xué)學(xué)科在日常生活中有著廣泛的應(yīng)用，教師要注重化學(xué)實驗課程的實踐性，讓學(xué)生體會到化學(xué)對于社會發(fā)展的重要作用，培育學(xué)生的社會責(zé)任意識［4］。

化學(xué)反應(yīng)廣泛應(yīng)用于環(huán)境治理、污染處理以及醫(yī)療等領(lǐng)域，這是化學(xué)學(xué)科的重要價值之一。在學(xué)習(xí)“酸堿中和”相關(guān)知識時，教師可以首先向?qū)W生講解酸堿中和的化學(xué)反應(yīng)原理，然后引導(dǎo)學(xué)生考慮日常生活中酸堿中和的應(yīng)用場景，并通過實驗來驗證這些應(yīng)用。例如，針對酸堿中和現(xiàn)象，有學(xué)生提到醫(yī)療領(lǐng)域中用于治療胃酸過多的藥物，如胃舒平和斯達舒，包含Mg（OH）2、Al（OH）3等成分，這些藥物的治療原理是利用相應(yīng)的弱堿性物質(zhì)與胃酸（主要成分為HCl）發(fā)生酸堿中和反應(yīng)，如Mg（OH）2＋2HCl=MgCl2↓＋2H2O，從而中和多余的胃酸。之后，學(xué)生進行相關(guān)實驗，觀察相應(yīng)的宏觀現(xiàn)象，直觀地感受化學(xué)反應(yīng)在日常生活中的作用，并將課本中以符號形式表示的化學(xué)反應(yīng)原理與實際的宏觀反應(yīng)過程和應(yīng)用場景相聯(lián)系。這樣的生活化教學(xué)有助于培育學(xué)生的社會責(zé)任感，使他們能夠更好地理解化學(xué)學(xué)科對社會的重要性，形成良好的社會責(zé)任感。

綜上所述，“三重表征”理念下的化學(xué)實驗教學(xué)注重宏觀現(xiàn)象觀察、微觀反應(yīng)原理解釋以及符號原理表達的有機統(tǒng)一，通過三者之間的相互轉(zhuǎn)換，深化學(xué)生對化學(xué)知識的理解，是一種行之有效的化學(xué)實驗教學(xué)創(chuàng)新方法。

［參考文獻］

秦芬.淺談影響初中化學(xué)實驗教學(xué)成敗的因素［J］.中學(xué)教學(xué)參考，2014（8）：96.

高愛華.基于核心素養(yǎng)的初中化學(xué)復(fù)習(xí)教學(xué)重構(gòu)策略探究：以“氯化鈉”教學(xué)為例［J］.試題與研究，2022（16）：1-3.

邢南鹍.導(dǎo)學(xué)案在初中化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用［J］.數(shù)理化學(xué)習(xí)（教研版），2018（4）：41-42.

盧巍巍.基于深度學(xué)習(xí)的初中化學(xué)單元教學(xué)實施探究［J］.新課程教學(xué)（電子版），2023（8）：74-75.