信息技術(shù)背景下三重表征在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

摘""要：信息技術(shù)在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中是重要的教學(xué)手段，三重表征在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中是重要的教學(xué)形式。因此，將信息技術(shù)的手段與三重表征的形式相結(jié)合并應(yīng)用于中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅可以使實(shí)驗(yàn)教學(xué)更加快捷、系統(tǒng)和有效，也能促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。通過將中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)在教材中的內(nèi)容和作用不同，把實(shí)驗(yàn)分為揭示基本概念和化學(xué)基礎(chǔ)理論、有關(guān)物質(zhì)性質(zhì)與制備、化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作、聯(lián)系生活和生產(chǎn)實(shí)際以及綜合設(shè)計即探究性實(shí)驗(yàn)五大方面。對于不同類型的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，使用恰當(dāng)?shù)男畔⑹侄危娜乇碚骷春暧^表征、微觀表征和符號表征的角度對其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以此提高中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率。

關(guān)鍵詞：信息技術(shù)；三重表征；中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

Application"of"Triple"Characterization"in"Middle"School"Chemistry"Experiment"Teaching"in"the"Context"of"Information"Technology

Liu"Ting1"""Fu"Lu1"""Lu"Guozhi2*

1."Jilin"Normal"University""JilinSiping"""136000;

2."Institute"of"Curriculum"and"Teaching"of"Jilin"Normal"University"""JilinSiping""""136000

Abstract："In"the"middle"school"chemistry"experiment"teaching，"information"technology"is"an"important"teaching"means，"and"triple"characterization"is"an"important"teaching"form."Therefore，"combining"the"means"of"information"technology"with"the"form"of"triple"representation"and"applying"it"to"the"experimental"teaching"of"chemistry"in"middle"school"can"not"only"make"the"experimental"teaching"more"efficient，"systematic"and"effective，"but"also"promote"the"learning"effect"of"students."By"different"the"contents"and"functions"of"middle"school"chemistry"experiment"in"the"textbook，"the"experiment"is"divided"into"five"aspects："revealing"the"basic"concept"and"the"basic"theory"of"chemistry，"the"properties"and"preparation"of"related"substances，"the"basic"operation"of"chemical"experiment，"the"connection"of"life"and"production"practice，"and"the"comprehensive"design，"namely"the"exploratory"experiment."For"different"types"of"chemical"experiments，"appropriate"information"means"are"used，"and"experimental"teaching"is"conducted"from"the"perspective"of"triple"representations，"namely，"macroscopic，"microscopic"and"symbolic"representations，"so"as"to"improve"the"teaching"efficiency"of"chemical"experiments"in"middle"schools.

Keywords："Information"Technology;"Triple"Characterization;"Chemistry"Experiment"Teaching"in"Middle"School

• 信息技術(shù)背景下，中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國家對學(xué)校教育的投入越來越大，對教學(xué)質(zhì)量要求也越來越高，并且在“雙減”政策下，提出減少學(xué)生的作業(yè)負(fù)擔(dān)和校外培訓(xùn)負(fù)擔(dān)，那么就要求教師在課堂中提高教學(xué)效率。因此，如果僅僅依靠傳統(tǒng)的教學(xué)形式和手段，是難以達(dá)到教學(xué)要求，那么信息技術(shù)手段和三重表征形式相結(jié)合的中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)迫在眉睫。在發(fā)達(dá)地區(qū)的學(xué)校，對信息技術(shù)教學(xué)的運(yùn)用比較成熟，很多教師能熟練的將信息技術(shù)與三重表征相結(jié)合運(yùn)用于中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。但在欠發(fā)達(dá)地區(qū)的學(xué)校，許多教師仍然使用傳統(tǒng)的教學(xué)形式和手段，其原因主要有以下三點(diǎn)，第一，許多學(xué)校不重視信息技術(shù)，對信息技術(shù)教學(xué)的投入不足，比如計算機(jī)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)器材的缺乏；第二，教師教學(xué)觀念老舊，不愿意學(xué)習(xí)信息技術(shù)，也不愿意改變教學(xué)手段和形式；第三，許多教師沒有時間和精力去學(xué)習(xí)信息技術(shù)，進(jìn)而難以將信息技術(shù)與三重表征相融合并運(yùn)用于中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，就導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)難以接受教師所講授的知識，從而降低中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率。

二、信息技術(shù)背景下，三重表征在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

（一）三重表征的內(nèi)涵及特點(diǎn)

三重表征是指宏觀知識、微觀知識及符號知識外在的呈現(xiàn)形式和在頭腦中的加工與呈現(xiàn)形式[1]。三重表征包括宏觀表征、微觀表征以及符號表征，在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，宏觀表征指對化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行宏觀呈現(xiàn)，讓學(xué)生從宏觀表征的角度感受化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程和現(xiàn)象；微觀表征指通過動畫將微觀表征的知識模擬化，讓學(xué)生能直觀形象地觀察微觀粒子的變化過程，進(jìn)而從微觀表征的角度對微觀知識進(jìn)行學(xué)習(xí)；符號表征是對宏觀表征和微觀表征的知識符號化，也是宏觀與微觀知識學(xué)習(xí)的一座橋梁，三者相互聯(lián)系、相互依賴和相互促進(jìn)。

信息技術(shù)、三重表征以及中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的關(guān)系圖

信息技術(shù)作為教學(xué)手段，三重表征作為教學(xué)形式，將信息技術(shù)手段與三重表征的形式相結(jié)合應(yīng)用于中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可以提高中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率。中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的宏觀表征，可以揭示實(shí)驗(yàn)的微觀表征，也可以分析出實(shí)驗(yàn)的符號表征；宏觀表征可以分析中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程，可以揭示實(shí)驗(yàn)的微觀表征，也可以體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的符號表征；微觀表征可以分析中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過程、實(shí)驗(yàn)的宏觀表征以及符號表征；符號表征可以表述中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程、實(shí)驗(yàn)的宏觀表征以及微觀表征。教師將信息技術(shù)與三重表征深度融合于中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)、三重表征和中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的自由轉(zhuǎn)換，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)化學(xué)的能力，形成化學(xué)學(xué)科特有的思維方式，從而有利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)。

三重表征應(yīng)用于中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中具有以下特點(diǎn)。其一，系統(tǒng)性。三重表征是整體作用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，其從宏觀、微觀以及符號三個方面對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行展開，使整個實(shí)驗(yàn)過程系統(tǒng)化，促進(jìn)有效教學(xué)。其二，簡約性。三重表征在運(yùn)用過程中，可以用思維導(dǎo)圖的形式對實(shí)驗(yàn)的教學(xué)探究過程進(jìn)行描述，這樣從宏觀、微觀以及符號三個角度描述實(shí)驗(yàn)過程和現(xiàn)象，使教學(xué)更加有效。其三，交互性。宏觀、微觀以及符號三者之間是相互聯(lián)系的，可以相互轉(zhuǎn)換，從不同角度對中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行靈活而有效的教學(xué)。

（二）信息技術(shù)環(huán)境下，三重表征在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

以信息技術(shù)為教學(xué)手段，三重表征為教學(xué)形式，共同作用于中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，進(jìn)而提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效率，也增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。三重表征在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中運(yùn)用廣泛，并且越來越多的教師在進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)時，通過宏觀、微觀以及符號表征形式對化學(xué)實(shí)驗(yàn)知識進(jìn)行教學(xué)。根據(jù)中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)在教材中的內(nèi)容和作用不同，可把實(shí)驗(yàn)分為揭示基本概念和化學(xué)基礎(chǔ)理論、有關(guān)物質(zhì)性質(zhì)與制備、化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作、聯(lián)系生活和生產(chǎn)實(shí)際以及綜合設(shè)計即探究性實(shí)驗(yàn)[2]。

1.揭示基本概念和化學(xué)基礎(chǔ)理論——以原電池實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例

原電池的工作原理是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。教師在進(jìn)行原電池實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，可以應(yīng)用Flash動畫軟件繪制原電池動畫圖，這樣能形象而系統(tǒng)的展示原電池的實(shí)驗(yàn)過程，讓學(xué)生形象地觀察實(shí)驗(yàn)過程，并對原電池的實(shí)驗(yàn)教學(xué)產(chǎn)生興趣。通過信息技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，從宏觀表征的角度，電流表中能形象地顯示出電流的大小，溶液中能體現(xiàn)出氣泡的產(chǎn)生量和固體的溶解量或生成量；從微觀表征的角度，導(dǎo)線中能形象地體現(xiàn)出電子的轉(zhuǎn)移和陰陽離子的移動方向和數(shù)量；從符號表征的角度，通過電子的轉(zhuǎn)移和陰陽離子的移動情況能書寫出電極方程式，進(jìn)而寫出總反應(yīng)的化學(xué)方程式。通過信息技術(shù)的手段，從三重表征的角度對原電池的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行系統(tǒng)教學(xué)，不僅能提高教師的教學(xué)效率，也能增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

2.有關(guān)物質(zhì)性質(zhì)和制備——以氯氣的性質(zhì)和制備實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例

教師在進(jìn)行氯氣的性質(zhì)和制備教學(xué)時，可以進(jìn)行隨堂實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生觀察氯氣的性質(zhì)以及制備過程。但由于氯氣是有毒氣體，教師難以在課堂上直接進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，因此，教師可通過實(shí)錄、Flash動畫和NB化學(xué)實(shí)驗(yàn)軟件進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生也可以進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。在這些實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，從宏觀表征的角度，教師可以在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)操，然后錄制實(shí)驗(yàn)過程，再用剪輯大師或PR軟件對錄制視頻進(jìn)行剪輯、配音以及加入恰當(dāng)?shù)淖帜唬笤谡n堂上進(jìn)行播放，讓學(xué)生仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)過程和現(xiàn)象，總結(jié)出氯氣的性質(zhì)以及氯氣的制備方法，以培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力。但該實(shí)操盡可能在通風(fēng)櫥或者通風(fēng)的實(shí)驗(yàn)室完成。從微觀表征的角度，通過Flash動畫軟件分別模擬氯氣與水、氫氣、鈉、氫氧化鈉以及制取氯氣的反應(yīng)過程，可以形象地觀察到電子的轉(zhuǎn)移和原子的重新組合情況，進(jìn)而得出生成物；從符號表征的角度，通過宏觀現(xiàn)象和微觀現(xiàn)象寫出它們的化學(xué)方程式，最后總結(jié)出氯氣的性質(zhì)以及制備方法。通過信息技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅可以避免氯氣所會造成的危害，也可以讓學(xué)生反復(fù)觀看，進(jìn)而對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有更加清晰的觀察和分析。

3.化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作——以制取氧氣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例

化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作主要是儀器的連接和組裝。教師可以從微觀表征的角度理解反應(yīng)原理，也可以從符號表征的角度理解化學(xué)反應(yīng)方程式，選擇合適的反應(yīng)儀器，并在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行組裝錄制，通過PR軟件進(jìn)行剪輯和配音形成連貫而生動地實(shí)驗(yàn)操作視頻，然后在課堂上展示給學(xué)生，讓學(xué)生從宏觀表征的角度直觀的對儀器連接和組裝進(jìn)行學(xué)習(xí)，也可以通過NB化學(xué)實(shí)驗(yàn)軟件在課堂上現(xiàn)場演示連接和組裝儀器，讓學(xué)生觀看其過程，之后讓學(xué)生課下練習(xí)連接和組裝儀器，這樣不僅能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也可提高學(xué)生的動手能力。例如制取氧氣的實(shí)驗(yàn)，從微觀表征和符號表征的角度理解制取氧氣的實(shí)驗(yàn)原理。知道高錳酸鉀在加熱的條件下生成錳酸鉀、二氧化錳和氧氣，就可以選擇出實(shí)驗(yàn)裝置為鐵架臺、試管、導(dǎo)管、水槽、集氣瓶、火柴、棉花，然后連接組裝儀器。化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)，運(yùn)用信息技術(shù)演示組裝實(shí)驗(yàn)裝置，可以提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率，也會讓學(xué)生對組裝實(shí)驗(yàn)裝置形成感性認(rèn)識，進(jìn)而在真正走進(jìn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室時不會不知所措，而會有條不紊的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)裝置的組裝和后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

4.聯(lián)系生活和生產(chǎn)實(shí)際——以汽車尾氣處理實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例

中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)幾乎都與生產(chǎn)生活息息相關(guān)，教師在進(jìn)行中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)時，可以通過信息技術(shù)的手段，從三重表征的角度，并且與生產(chǎn)生活相結(jié)合，進(jìn)行系統(tǒng)的教學(xué)，既能促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和社會責(zé)任。汽車尾氣凈化的主要原理是使用催化劑，使汽車尾氣中的NOx與CO反應(yīng)，生成CO2和N2這兩種無污染氣體。凈化汽車尾氣，減輕污染影響的技術(shù)措施，包括發(fā)動機(jī)的內(nèi)凈化和外凈化。在這個處理過程中，原理是氮的氧化物與一氧化碳在催化劑的作用下，生成二氧化碳和氮?dú)猓谶@個實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中，教師通過展示簡易的實(shí)驗(yàn)裝置或者實(shí)驗(yàn)的流程圖，讓學(xué)生從宏觀表征的角度了解尾氣處理的實(shí)驗(yàn)過程；在展示尾氣處理的實(shí)驗(yàn)過程后，教師對反應(yīng)原理進(jìn)行動畫模擬，讓學(xué)生從微觀表征的角度觀察尾氣處理實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)過程，進(jìn)而得出生成物；從宏觀表征和微觀表征的角度進(jìn)行教學(xué)，讓學(xué)生從符號表征的角度正確書寫出實(shí)驗(yàn)的化學(xué)符號即化學(xué)方程式。

5.探究性實(shí)驗(yàn)——以鐵與水蒸氣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例

教師在對鐵與水蒸氣反應(yīng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)時，首先預(yù)測鐵與水蒸氣反應(yīng)的產(chǎn)物，但學(xué)生獨(dú)立思考難以想到其產(chǎn)物，這時就需要教師通過從微觀表征的角度即電子的得失和宏觀表征的角度即化合價的變化進(jìn)行分析，引導(dǎo)學(xué)生預(yù)測其產(chǎn)物為氫氣、氧化鐵、氧化亞鐵或四氧化三鐵。再次設(shè)計實(shí)驗(yàn)并驗(yàn)證，這個實(shí)驗(yàn)在高中教材中是以思考與討論的形式出現(xiàn)的，實(shí)驗(yàn)裝置比較簡單，但如果教師直接現(xiàn)場做實(shí)驗(yàn)，由于該實(shí)驗(yàn)使用棉花作為鐵與水蒸氣反應(yīng)中的供水劑，在使用酒精燈進(jìn)行加熱時容易出現(xiàn)棉花燃燒、焦化，并且棉花的吸水量無法控制等問題而造成實(shí)驗(yàn)失敗；并且對生成的產(chǎn)物進(jìn)行檢驗(yàn)時，如果氫氣不純就可能發(fā)生爆炸，所以現(xiàn)場做實(shí)驗(yàn)有一定的風(fēng)險。因此，教師可以直接利用NB化學(xué)實(shí)驗(yàn)軟件進(jìn)行虛擬，并演示給學(xué)生，這樣就可以讓學(xué)生從宏觀表征的角度反復(fù)觀看，觀察實(shí)驗(yàn)過程和現(xiàn)象，從微觀表征的角度分析出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，從符號表征的角度正確書寫出化學(xué)方程式。在整個實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)中，信息技術(shù)與三重表征相結(jié)合可以更簡潔、更系統(tǒng)地進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生也會更加容易理解和掌握實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論[3]。

結(jié)語

伴隨課改的深入發(fā)展要求，信息技術(shù)對教學(xué)特別是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的支持強(qiáng)度越來越大。因此，教師不僅需要提高信息技術(shù)水平，將信息技術(shù)與中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)深度融合，也要將信息技術(shù)手段與三重表征的教學(xué)形式深度融合于中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。充分發(fā)揮信息技術(shù)在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的價值，靈活變換教學(xué)手段、教學(xué)形式和教學(xué)方法。三重表征在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中有很重要的地位，通過信息技術(shù)從三重表征的角度進(jìn)行中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可提高課堂的教學(xué)效能，也可促進(jìn)學(xué)生思維能力的培養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張桂花，李遠(yuǎn)蓉，王強(qiáng).信息可視化技術(shù)對化學(xué)三重表征轉(zhuǎn)換學(xué)習(xí)效果影響的眼動實(shí)驗(yàn)研究[J].化學(xué)教學(xué)，2022，428（11）：26-31.

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基金項(xiàng)目：吉林師范大學(xué)教育科研振興基金項(xiàng)目“基于教師專業(yè)發(fā)展的職前培養(yǎng)與職后培訓(xùn)一體化模式創(chuàng)新研究”（JSJK201402）；吉林師范大學(xué)研究生教育教學(xué)創(chuàng)新項(xiàng)目“高師院校‘本碩互補(bǔ)式’教育實(shí)習(xí)實(shí)踐模式創(chuàng)新研究”（2016研創(chuàng)新46號）

作者簡介：劉婷（1998—""），女，漢族，四川廣安人，吉林師范大學(xué)，在讀碩士研究生，主要研究方向是信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)；付璐（1998—""），女，漢族，吉林德惠人，吉林師范大學(xué)，在讀碩士研究生，主要研究方向是中學(xué)化學(xué)基本概念教學(xué)。

*通訊作者：陸國志，教授，吉林師范大學(xué)課程與教學(xué)論研究所。