基于“宏觀-微觀-符號三重表征”的化學教學研究

余瑞 汪世宏

摘要：基于“宏觀-微觀-符號”三重表征的思想，以“原電池”（第一課時）為例，闡述課堂教學過程中如何將“宏觀辨析”、“微觀探析”、“符號表達”三者有機結合并建立三者之間的內在聯系，形成化學學習特有的思維方式。

關鍵詞：三重表征? 教學設計? 學科思想

一、“宏觀-微觀-符號”三重表征的思維方式

物質及其變化所持有的三種表征形式：“宏觀、微觀和符號”。宏觀表征是指物質在物理和化學變化中表現出來的，可以直接觀察到以宏觀現象在學習者頭腦中的反映，微觀表征主要是指有關物質的微觀組成和結構，微觀粒子的運動及相互作用等微觀屬性在學習者頭腦中的反映;符號表征是指字母和圖形符號在學習者頭腦中的反映。這3種表征并不是孤立的，而是彼此聯系，共同構成學習者對化學知識完整的表征體系（如下圖）[1]。

三重表征從化學學科的特點出發統領整合化學學習，幫助學生厘清紛繁復雜的宏觀、微觀、符號領域間的關系，克服化學學科自身特點所造成的困難，幫助學生全面、深刻地理解化學，形成化學學科獨特的思維方式[1]。

二、基于“宏觀-微觀-符號三重表征”的“原電池”教學設計框架

本課題是人教版高中化學必修第二冊第六章第一節的內容，是電化學的重要知識。在前一節課的內容中，分析了化學能與熱能的相互轉化，而本節課將學習化學能和電能及電能的應用，學生將對化學在提高能源的利用率和開發新能源中的作用與貢獻有初步認識。

學生在上學期學習的氧化還原反應知識為理解原電池的概念奠定了良好的基礎。故本課題既是對高中化學必修第一冊第一章中氧化還原反應中相關內容的提升與拓展，又為選擇性必修1中化學反應與電能的學習奠定必要的基礎。

本節課以水果電池為音樂賀卡供電為導入，聯系生活中的電池，引導學生思考如何實現化學能與電能的直接轉化。首先，以實驗探究為手段，引導學生進行猜想與假設，在掌握宏觀證據后進行推理，讓學生感受到探究式學習的樂趣。同時，教師利用 flash 動畫進行微觀探析，探究原電池中微粒的運動方向，更有利于學生深刻理解原電池的本質，并引導學生利用符號—電極反應與電池反應方程式將原理表示出來。最后，設計小組實驗探究活動環節，使全體學生積極參與教學過程，養成樂于探究實驗，勤于思考的好習慣。

三、“原電池”教學流程設計

環節一：創設情境，導入新課

情境：將水果與沒電的音樂賀卡連接以后，賀卡能正常發聲。

【教師】水果充當了什么角色？聯系生活中的各類電池思考化學能與電能的轉化。

【學生】感到驚訝，對本節課充滿了興趣，干電池，蓄電池等。

教學意圖：利用貼近學生的生活場景進行情境創設，激發學生的學習興趣，引起學習動機。并將化學與生活聯系起來。

環節二：實驗探究，探索新知

【教師】電池是如何將化學能直接轉化為電能的呢？今天讓我們一起走上科學的探索之路，首先我們來看一組實驗。根據我們之前學習的知識，把鋅片和銅片分別放入稀硫酸溶液中，會有什么現象呢？教師演示實驗并用溫度計測量稀硫酸溶液的溫度。

【學生】發現溶液溫度升高

【教師】如果用一根導線將鋅片和銅片連接起來后同時放入稀硫酸溶液中，會有什么現象呢？如果再接上一個數字萬用表又會有什么現象呢？

【學生】發現電流表指針偏轉，溶液溫度變化不大

【教師】電流表指針偏轉、溶液溫度變化不大說明什么？

【學生】產生了電流……

【教師】像這樣將化學能轉化為電能的裝置，我們就將之稱為“原電池”。電流是由電子的定向移動產生的，哪個化學反應類型中存在電子的轉移？

【學生】氧化還原反應

【教師】動畫演示解釋原電池的工作原理，總結歸納原電池的工作原理

【學生】仔細觀看動畫、認真聽講、思考，做好相應的筆記。

教學意圖：利用生動形象的動畫從微觀上幫助學生理解原電池的工作原理，理清粒子的運動過程，體現了宏觀辨識與微觀探析的學科核心素養。

“宏觀-微觀-符號”三重表征思維方式：通過宏觀現象判斷原電池的正、負極，培養學生的證據推理能力。將宏觀、微觀、符號表征三者聯系起來，提高學生的模型認知能力。

環節三：對比探究，逐步分析

【教師】采用“控制變量”的思想，引導學生將銅鋅原電池與不能產生電流的裝置進行對比，分析裝置不能形成原電池的原因？

【學生】發現原電池形成的條件。

教學意圖：采用科學探究過程中“控制變量”進行對比的思想，通過對比分析，學生自己能夠提煉出結論，提高學生的分析、類比及歸納能力。

環節四：學生實驗，自主探究

【教師】引導學生自主進行實驗探究，請學生在小組內討論利用上述哪些用品可設計成一個原電池裝置，在導學案上畫出實驗裝置圖并動手進行實驗。

【學生】在小組內討論，一起設計實驗方案，自己動手組裝裝置，進行實驗。

教學意圖：檢測學生對原電池形成條件的掌握，同時培養學生的實驗觀察及操作能力，讓學生深刻感受到化學是一門以實驗為基礎的學科。

“宏觀-微觀-符號”三重表征思維方式：將宏觀現象與微觀結構有意識地聯系起來，促進學生對化學電池工作原理的理解，通過化學實驗支持理解微觀表征的目的。

環節五：總結歸納、反饋練習

【教師】總結本節課的知識脈絡，突出教學目標。投影（反饋練習）

【學生】動腦思考，回答……

教學意圖：引導學生建立知識網絡體系，幫助學生進一步鞏固知識，加深對課堂內容的理解與掌握。

四、反思

1、以問題質疑為驅動，實驗探究為手段，培養核心素養

本節課主要通過以問題質疑為驅動，實驗探究為手段，培養核心素養為目標，并通過情景設置、圖片、動畫模擬等多媒體形式進一步寓教于樂，引導學生主動思考、積極探究，體驗知識的發生、發展過程，自覺內化建構所學知識，充分體現學生的主體地位。

2、 層層落實“宏觀-微觀-符號”三重表征，體現化學學科觀念思想

本課主要以銅鋅原電池為例讓學生自主探究原電池的工作原理，將宏觀-微觀-符號三重表征的思維方法層層落實。在觀念認識上，有助于學生從微觀視角研究宏觀現象本質，能夠在變化觀、微粒觀和能量觀等方面形成一定的認識。

參考文獻：

[1]陳萌. 基于TPACK理論框架的學生“三重表征”的構建[J]. 化學教學：2017（9）：16-18.

[2]李俊.普通高中化學課程標準[M]. 北京：人民教育出版社，2017：3-8.