基于三重表征思維的高中生解題能力培養研究

摘要：三重表征，即宏觀表征、微觀表征、符號表征，是促進學生化學學習的必備思維方式.因此，以三重表征思維為載體，幫助學生形成系統化的知識體系，培養學生表征問題、分析及解決問題的能力，具有一定的可行性和必要性.文章以高中化學“離子反應”知識為例，結合三重表征思維，通過具體的教學實踐，探索培養學生解題能力的可行路徑.

關鍵詞：三重表征思維；高中化學；解題能力

中圖分類號：G632文獻標識碼：A文章編號：1008-0333（2024）27-0092-03

收稿日期：2024-06-25

作者簡介：王文剛（1980.8—），男，甘肅省舟曲人，本科，中學高級教師，從事中學化學教學研究.

三重表征即宏觀表征、微觀表征和符號表征三個層次，宏觀表征主要關注物質的宏觀性質與外部表現；微觀表征深入分子與離子層面，探討物質的結構及其相互作用；而符號表征則重在化學反應的符號表示與化學式.只有當學生能夠融會貫通三個層次，才能全面、深入地理解化學知識.通過三重表征的思維訓練，學生可以更準確、系統地解決化學問題.在此背景下，本研究結合人教版高中化學“離子反應”知識，探索如何更有效地培養學生的三重表征思維，從而提高其問題解決能力.

1分析教學內容，明確教學目標

“離子反應”是人教版高中化學課程中的重要內容之一，主要涉及以下知識點：一是離子的形成，元素在失去或得到電子后，形成帶有正電或負電的離子，如Na⁺、Cl^-等；二是離子方程式，展示了發生反應的主要離子，例如Ag⁺+Cl^-AgCl；三是溶液中的電離，當鹽類、酸或堿溶解在水中時，會形成其對應的陽離子和陰離子；四是沉淀反應，兩種含有不同離子的溶液混合，有時會產生不溶于水的固體沉淀；五是中和反應，酸和堿的溶液混合，產生水和鹽；六是置換反應，某一離子置換另一溶液中的離子，形成新的化合物；七是氧化還原反應中的離子變化：元素在反應中損失或獲得電子，從而表現為其氧化態的變化.因此，在以“離子反應”為例，培養學生解題能力的過程中，教師可以引導學生從微觀（電離）的角度出發，探究宏觀的化學現象（離子反應現象），最終以符號表征的形式（離子方程式），解決化學問題[1].

在此基礎上，結合三重表征思維，明確教學目標.在宏觀表征層面，從觀察和實驗中理解離子反應.學生可以通過實驗觀察沉淀的生成、顏色的變化或溶液的酸堿性變化，直觀地理解離子反應的外部表現[2].例如，在沉淀反應中，學生可以觀察到兩種透明的溶液混合后產生顏色鮮艷的沉淀.在微觀表征層面，深入離子和分子層面，探討離子反應的本質.學生理解離子如何在水中移動、沉淀如何形成，以及離子如何在溶液中進行置換；對于中和反應，學生可以想象酸性氫離子和堿性氫氧根離子的結合，形成水分子.在符號表征層面，通過化學方程式和符號來表示離子反應.學生學會寫出離子的化學式，如Na⁺、Cl^-；能夠正確書寫離子方程式，例如Ag⁺+Cl^-AgCl，并理解其中所表示的化學變化[3].

2引入具體問題，培養解題能力

2.1進行問題設計

在一個工業園區的廢水處理廠，需要處理含有Ag⁺、Ba⁺、Fe3⁺的廢水，請你為該廢水處理廠設計廢水處理方案，按序沉淀三種離子，并指出每一步的化學反應.

設計意圖：此題涵蓋了離子反應知識的多個方面，從宏觀的工業問題到微觀的離子行為，再到符號表征的方程式書寫，確保學生不僅能夠理解離子反應的基本概念，而且能夠應用這些概念來解決實際問題，培養了學生問題解決和知識應用能力.

2.2梳理解題思路

2.2.1宏觀表征階段

教師可以通過使用工業視頻或動畫，展示真實工廠中廢水處理的場景，使學生從宏觀的角度了解整個廢水處理過程.組織學生以角色扮演的形式，扮演廢水處理廠的化學顧問，將問題轉化為實際場景.工廠的大型廢水處理池，這些廢水需要經過多個處理步驟來分離和沉淀不同的離子，其任務是優化工廠的沉淀過程，需要其研究不同的沉淀策略、進行實驗驗證，并在班級前進行演示.

設計意圖：為學生提供真實場景的解題參考，確保學生從宏觀層面理解問題的復雜性并識別關鍵信息，使學生對問題形成直觀的認識，加強學生對離子反應知識的實際應用.

2.2.2微觀表征階段

學生可以通過模型或電子版教材，查看各個離子與其他物質結合后的穩定性，以確定最容易形成的沉淀.學生首先需要回顧相關知識，明確每種離子與哪些常見陰離子發生沉淀，并需要知道離子沉淀的順序，即哪種離子最容易沉淀、哪種其次、哪種最后.在此過程中，教師可以組織學生設計小型的化學實驗活動，用于測試不同的沉淀策略，學生需要考慮如何控制變量，如何測量沉淀的效率，以及如何確保實驗的可重復性.

設計意圖：培養學生利用微觀角度去觀察和分析問題的能力，從而更深入地理解化學過程，使學生從分子和離子的角度深入理解化學過程和反應.同時，通過實驗，強調實踐操作和科學研究方法，提高學生的實驗設計和操作技能，同時培養學生的批判性思維.

2.2.3符號表征階段

2.3明確解題步驟

2.4實際操作與驗證

2.4.1實驗材料準備

2.4.2實驗步驟

2.4.3分析與討論

設計意圖：通過小組展示與全班討論，學生可以展示自己的分析與理解，同時培養學生的交流與合作能力.

3結束語

基于三重表征思維方式，以人教版高中化學“離子反應”知識為切入點，嘗試采用三重表征思維模式整合和引導學生的學習過程.引導學生不僅能在宏觀、微觀和符號層面上構建堅實的知識結構，而且能將這些知識與日常生活和實際實驗相聯系，從而更加深入、系統地理解化學反應.通過教學實踐發現，基于三重表征的解題教學，不僅增強了學生對離子反應的本質理解，更有效地培養了學生的化學思維和解題能力.

參考文獻：

［1］ 周秋玲，陳述，焦銀春.基于三重表征的中學化學課堂教學探究：以“氧化還原反應”為例[J].廣東化工，2021，48（20）：253-254，264.

[2] 高秀玲，蘇國英.學生“宏微符”三重表征思維方式的構建策略：以初中《定量研究化學反應》案例教學為例[J].現代教育，2018（10）：57-58.

[3] 鄭雁方，王蕾，單明清，等.基于化學三重表征的教學設計：以“乙酸的酯化反應”為例[J].湖北師范大學學報（自然科學版），2021，41（04）：113-118.［責任編輯：季春陽］