關于化學教學中運用三重表征提升學生“宏微”核心素養(yǎng)的思考

羅秀華

摘要：化學學科的發(fā)展經歷了宏觀到微觀的過程，化學符號是全世界通用的化學語言，也是連接宏觀與微觀的橋梁?！昂暧^辨識與微觀探析”是化學核心素養(yǎng)的首要維度，它與三重表征一脈相通，都是基于宏觀、微觀、符號對物質進行的探究分析。本文解讀了化學三重表征與“宏觀辨識與微觀探析”學科素養(yǎng)的關系，討論了通過在化學教學中使用三重表征提高學生“宏觀辨識與微觀探析”學科素養(yǎng)的方法和路徑。

關鍵詞：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

《普通高中化學課程標準（2017年版）》[1]提出了“以發(fā)展化學學科核心素養(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、證據推理與模型認知、科學探究與創(chuàng)新意識、科學態(tài)度與社會責任”5大化學學科核心素養(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)）是化學核心素養(yǎng)中極其重要的一方面，是化學學科所特有的素養(yǎng)，它是指學生在學習化學的過程中，能夠通過觀察、辨識一定條件下物質形態(tài)及其變化的宏觀現象，能夠從物質的微觀層面理解其組成、結構和形式的聯系，并運用符號表征物質的變化。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知識，建立三者之間的有機結合與相互轉化，是體現化學本質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，它們在高中化學教學中的落實和應用，對促進學生認識化學本質，加深對化學知識的理解、應用具有重要的意義。

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多樣化的情境活動、重視三重表征的實驗設計、關注三重表征搭建學習橋梁、利用三重表征構建多元化評價體系的方法和路徑，提高學生“宏微”核心素養(yǎng)。

一、基于三重表征呈現多樣化的情境活動，強化“宏微”核心素養(yǎng)水平

傳統的化學課堂以教師為主，注重教師對知識的傳授，教學內容和教學方法非常乏味，無法喚起學生對化學的學習興趣，學生學習主動性不高，更談不上化學素養(yǎng)的培養(yǎng)，而三重表征化學教學理論的應用實踐，教師可以結合其教育理論本質，開發(fā)創(chuàng)新教學方法，基于三重表征呈現多樣化的情境活動，幫助學生從多層次、多角度去理解化學知識，既可以化解化學抽象內容，又可以強化“宏微”核心素養(yǎng)水平。

例如，在教學《氧化還原反應》化學內容時，就可以基于三重表征呈現多樣化的情境活動，旨在讓學生通過多角度分析氧化還原反應，認識其反應的本質。

【活動1】利用信息技術手段，展示圖片情境、提升宏觀辨識素養(yǎng)

在教學的時候，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、鈉在氯氣中燃燒、工業(yè)上鋼鐵的冶煉的高清圖片。

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

⑴請你寫出圖片展示化學過程的化學方程式;

⑵從得氧失氧的角度分析表征反應;

⑶請你從化合價升降的角度分析表征反應。

【活動3】利用信息技術手段，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，讓學生直觀地觀察鈉原子與氯原子結合成氯化鈉的過程和電子轉移的過程，在微觀展示的過程中，將知識情境化，引導其從化學變化的實質去思考，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移進行一一對應，從而使其從微觀上對宏觀現象進行解析思考，激發(fā)化學學習興趣，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的本質，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，集中學習注意力，幫助學生運用三重表征進行學習整合，這樣既可以加深對氧化還原反應的認識，還可以鞏固三重表征思維方式，強化宏觀、微觀、符號等表征學習水平，進而強化“宏微”核心素養(yǎng)水平。

二、重視三重表征的實驗設計，深化“宏微”核心素養(yǎng)水平

化學是一門以實驗為基礎的自然科學，通過化學實驗的宏觀現象得到物質的性質，進而了解物質的組成與微觀結構[3]。但是，在實際實驗教學中，以往都是教師演示，學生模仿，是一種被動探索、被動實驗的過程，教學變得機械無意義，很難培養(yǎng)學生的“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計實驗，讓學生根據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》教學中，教師可以讓學生列舉常見的含鈉元素的物質，讓學生進行互動交流，然后從三重表征的角度進行引導，設計以下教學環(huán)節(jié)：

【環(huán)節(jié)一】：認識鈉單質

指導學生從原子結構預測鈉的可能的性質，設計以下任務：

⑴觀察鈉和氧氣的反應

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

⑵探究鈉和水的反應

指導學生從元素組成和氧化還原反應的角度預測反應產物，設計實驗檢驗預測，動手實驗，并分析其實驗現象，驗證預測;

⑶導學生根據以上真實實驗和學習經過，歸納鈉的物理性質和化學性質，解釋鈉的保存。

【環(huán)節(jié)二】：認識氧化鈉和過氧化鈉

讓學生通過氧化鈣的性質類比推測氧化鈉的化學性質，并書寫化學方程式，然后讓學生根據氧化鈉的性質，類比預測過氧化鈉的性質，然后設計以下實驗任務。

⑴指導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指導歸納過氧化鈉的化學性質，預測其用途;

⑷指導歸納研究物質性質的基本方法和程序。

通過三重表征的實驗設計引導，在實驗探究觀察過程中，根據實驗對比，讓學生書寫Na2O2與水反應以及Na2O2與二氧化碳反應的方程式，搭建符號學習橋梁，進行宏觀辨識與微觀探析，建立三重表征思維，從而強化學生對過氧化鈉性質符號表征的認識，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，建立符號表征關聯，通過實驗深化“宏微”核心素養(yǎng)。

三、關注三重表征搭建學習橋梁，增進“宏微”核心素養(yǎng)水平

化學符號是連接化學宏觀現象與微觀世界的橋梁。在化學教學中，為讓化學符號學習變得有意義，教師要將化學符號的學習，運用于化學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-符號的聯系，讓學生學會從符號去認識物質的化學本質，學會依據宏觀現象揭示微觀本質，通過符號進行表示，在自由轉化的過程中，培養(yǎng)三重表征化學思維，提升“宏微”核心素養(yǎng)。

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

【任務一】自主設計實驗探究物質導電性原因，具體過程如下：

⑴討論導電的條件;

⑵觀察導電性實驗，描述現象，得出結論;

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自主建構得出電離、電解質等概念;

⑸書寫電離方程式;

⑹以Na2CO3、MgCl2等類型物質進行拓展練習;

⑺引入阿倫尼烏斯電離模型，明確電解質溶于水會自動解離成離子。

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

【任務二】結合電離方程式從電離的角度概括出酸堿的本質。

通過形象直觀的感受，在宏觀物質現象的觀察與微觀粒子行為的思考辨析過程中，建立相互轉化的宏微聯系，然后讓學生自主建構電離模型，并推導出電離方程式的書寫，根據宏微探索推導其符號表示，在宏微轉化中，提高學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)，提高化學學習效果，在教學的時候，教師可以圍繞化學三重表征構建一系列有層次的課堂活動進行點評分析，在關注學習過程表現的同時，按照強化意識-建立轉化關系-形成表征思維模式-完善認知結構等程序進行過程點評，在多元點評中，使其內化知識，調整認知結構。

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

【學生1】從葡萄糖的結構，發(fā)現葡萄糖既有羥基又有醛基，應該具有醇類物質和醛類物質的通性，可以發(fā)生酯化、氧化、還原等化學反應，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。

【學生2】剛才的同學的推理非常正確，我也是這樣認為的。

【學生3】剛才的同學的想法非常有道理，但是根據我的經驗，多個有機基團之間，可能也會產生一定的影響，可能葡萄糖還具有其他的性質。

【教師】同學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！

學生通過實驗驗證依據符號和微觀結構推測出的宏觀性質，最后發(fā)現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。

這樣運用三重表征構建多元化評價體系讓學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。教學中應結合具體教學內容和學生的思維發(fā)展進程，從學生認知水平出發(fā)，靈活運用教學方式、手段，通過基于三重表征呈現多樣化的情境活動、重視三重表征實驗設計、關注三重表征搭建學習橋梁、利用三重表征構建多元化評價體系等方法，誘發(fā)、引導學生主動運用三重表征全方位、多層次地描述宏觀現象以及微觀機理，強化三重表征學習理論在學生大腦中的印象，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離子反應教學設計與實踐[D].開封：河南大學，2020.

[3]耿君.高中化學三重表征教學模式的建構與實踐研究[J].化學教學，2019（9）：46-50.

（作者單位：廣東省深圳市沙井中學，廣東 深圳 518104）