论文部分内容阅读
【摘 要】“宏观—微观—符号”三重表征是化学学科独有的、最显著的思维方式。研究者以“水的组成”教学为例，让学生经历宏观观察、微观辨析与符号表征的过程，培养学生“宏观—微观—符號”的思维方式和表征方法，落实化学学科核心素养。
【关键词】宏观—微观—符号;三重表征;水的组成
【作者简介】黄瑞萍，一级教师。
正如化学诺贝尔奖获得者霍夫曼教授所说，化学即表征。从某种意义上说，化学就是一门表征的学科。自从1982年约翰斯顿教授首先提出化学学习的三重表征以来，三重表征的研究得到了国内外化学教育专家的重视。在教学实践中，笔者发现三重表征是化学学科独有的、最显著的思维，是学好化学必备的核心能力之一。本文以人教版化学九年级上册的“水的组成”为例，对三重表征的教学实践进行探究。
一、“宏观—微观—符号”的内涵与意义
化学是一门研究物质组成、结构、性质以及变化规律的学科，化学学科的内容特点决定了宏观、微观、符号是对化学学科的教学起到统领和高度概括的思想，从这三方面来研究化学不仅能帮助学生厘清宏观、微观、符号之间的关系，还能帮助学生形成化学学科的思维方式，培养化学学科的核心素养。
表征是指信息在头脑中的呈现方式。宏观表征是指物质在物理和化学变化中表现出来的，可以直接观察到的宏观现象在人脑中的反映，是一种丰富的感性认识。如铁丝在氧气中燃烧，可以观察到铁丝剧烈燃烧，火星四射，有黑色固体生成，同时通过触摸集气瓶还可感知铁丝燃烧放出热量。微观表征主要是指有关物质的微观组成和结构，微观粒子的性质及相互关系等微观属性在学生头脑中的反映。微观表征是看不见摸不着的，往往需要通过建模、动画模拟等形式来帮助学生形成微观表征。如金刚石和石墨物理性质的差异，教师可以通过展示金刚石的正八面体立体网状模型让学生感知金刚石的稳固性，同时让学生去推拉石墨结构的层状模型，从而感知石墨的质软和滑腻的成因。符号表征主要是指物质组成的符号和图形符号在学生头脑中的反映。如“O2”表示氧气，其由氧元素组成，还可以表示一个氧分子，其中一个氧分子由两个氧原子构成。可见，符号表征是联结宏观表征与微观表征的纽带。这三种表征形式之间不是孤立的，而是有机联系的，它们共同构成学生对化学知识完整的表征系统。
二、基于“宏观—微观—符号”三重表征思维的构建模式“宏观—微观—符号”三重表征的思维方式是解读化学的重要思维方法，该思维方式指出了化学的研究对象是宏观世界与微观世界，同时借助化学符号来表示研究所得。基于三重表征相结合的教学设计，教师可通过可感观的宏观实验现象入手，以建模等形式引导学生从微观层面进行分析、解释化学反应的实质，最后再以符号的形式将宏观的化学反应直观、简洁地表示出来（如图1）。
基于三重表征相结合的思维构建模式形成了学生在化学学习过程中的三种思维与知识表征方式，运用这样的思维和表征方式学习化学，促进了学生对化学知识的理解，提高了学生分析问题和解决问题的能力。
三、基于“宏观—微观—符号”三重表征的教学设计1教学内容分析
《义务教育化学课程标准（2011年版）》指出，水是学生最熟悉的物质，在教学中要注意引导学生通过实验探究水的组成和性质[1]，从本课题开始，学生对物质的认识进入了分子微观层面。学习人教版第三单元“物质构成的奥秘”恰是学生形成“宏观—微观—符号”思维的铺垫时期，而“水的组成”则是学生形成“宏观—微观—符号”思维的入门时期。学生学习化学的关键就在于建立“宏观—微观—符号”的思维方式（这也是学生学习化学的难点），这相当于既掌握了技术类工具知识（化学符号的识、读、写），又掌握了原子论的思想和方法，如同学生手中掌握了一支猎枪和寻找猎物的基本方法，在化学的森林里，他就能主动获取知识，立于不败之地[2]。
2教学目标分析
“水的组成”一课的教学目标如下。
（1）通过氢气燃烧和水的电解实验探究水的组成。
（2）结合化学史实，在人类认识水的组成过程中体会科学探究过程和思维方法。
（3）逐步认识“宏观—微观—符号”三重表征的思维方式。
3教学流程图
4教学过程
环节一：化学史实引入课题——情境创设化学史是人类在长期社会实践活动中关于大自然的化学知识的系统的历史描述[3]。我国著名化学教育家傅鹰先生曾说：“化学给人以知识，化学史给人以智慧。”在教学中，教师要充分挖掘化学史料，让其在化学教学中发挥作用。水是学生非常熟悉的物质，对于熟悉的物质，学生有时往往会熟视无睹。为了激发学生对本节课“水的组成”的探究兴趣，培养学生实事求是的精神，教师通过介绍“水的组成”研究的化学史，以此创设本节课的教学情境。在历史上，水曾经被看作一种元素，后来因为英国科学家普利斯特里将“可燃空气”跟空气混合点燃发出巨大声响，瓶内有不少水珠后，人们才开始对水的组成进行研究。在同一时期，英国科学家卡文迪许用纯氧代替空气进行了上述实验，但在当时，他们对水的组成都没有做出正确的解释。直到18世纪末，卡文迪许的助手访问巴黎时，将这一实验告诉了拉瓦锡，拉瓦锡在随即进行的跟踪实验中，不仅合成了水，还成功将水进行分解，这样才开启了人们对“水的组成”的正确认识。教师通过创设化学史实的教学情境，让学生从化学视角认识“水的组成”，激发学生的探究欲。
环节二：实验探究水的组成——宏观表征课堂上，教师以科学家拉瓦锡的故事引导学生从水的合成和水的分解两个方面探究水的组成。教师用启普发生器制取氢气，演示氢气燃烧，学生观察实验，描述实验现象。学生分小组探究水的电解实验。通过自己动手实验，学生观察到水通电后，两极上都有气泡生成，一段时间后，正极上形成气体体积大约是负极气体体积的二分之一;正极上形成的气体能使带火星的木条复燃，负极上形成的气体能燃烧，发出淡蓝色火焰。通过这样的实验探究，学生获得良好的感性认识，形成宏观表征。接着，教师再通过宏观现象在学生头脑中的表征，引导学生讨论、分析水的组成。小组讨论的结果如下。 在水的合成和水的分解两个环环相扣的实验教学中，学生体会到如何准确地进行宏观表征，学生分析反应历程以及新物质的生成证据推理等能力也得到了提升。
环节三：借助模型认识水的组成——微观表征通过前面的实验教学，学生已经能从宏观角度认识水的组成元素。接着，教师借助模型让学生从分子、原子微观角度认识水的组成，将宏观现象與微观实质有机地结合起来。最后，教师展示水电解的微观过程（如图2）。
在前面的化学学习中，学生已经知道化学反应的实质是分子分裂成原子，原子重新组合成新分子的过程。教师通过水电解的微观动画展示，让学生从微观角度认识到水的电解过程是水分子分裂成氢原子和氧原子，然后氢原子和氧原子重新组合成新的氢分子和氧分子的微观实质的过程，从而得出由于氢、氧原子的种类不变，因此元素的种类也是不变的结论，将宏观现象与微观实质有机地结合起来。
在教学过程中，教师还利用阿伏加德罗定律，即同温同压下，体积相同的气体，分子个数相同，引导学生从宏观现象氧气和氢气的体积比为1∶2，结合水电解的微观过程分析水分子的构成，在这个过程中从微观角度再次印证了水的元素组成，同时引导学生利用宏微结合的思维推导出水的化学符号为H2O，分析过程如下。
水分子中氢氧原子个数比是2︰1，水的化学符号为H2O（符号表征）环节四：化学用语直观表示——符号表征符号表征是联结宏观表征与微观表征的纽带。教师引导学生学习两个新的化学反应，让学生用化学符号将这两个化学反应表示出来。学生板书如下。
氢气燃烧符号表征：H2+O2点燃H2O;
水的电解符号表征：H2O通电H2+O2。
通过以上教学设计，学生从这三种表征之间的联系，认识到它们共同构成对化学知识完整的表征系统。
环节五：归纳小结——形成思维教师以“水的组成”教学为例，为学生构建“宏观—微观—符号”三重表征的思维方式（如图3），提高学生分析问题与解决问题的能力，培养学生宏观辨析与微观探析的化学核心素养。
四、教学启示
1转变理念，提升素养
21世纪的课堂教学，着重关注学生的核心素养。因此，教师要转变理念，从知识的讲授者转变为现代教育教学的实践者和培养者，平时多学习相关的教育教学理念，提高自身的专业素养，理解培养三重表征思维的重要性和必要性，提高自身三重表征的思维水平，只有这样才能有效提升学生三重表征思维的意识和能力，培养学生的化学学科核心素养。
2挖掘教材，整合资源
由于教材编排的阶段性及教材内容的局限性，学生三重表征思维的形成不可能一气呵成，教师在教学中要善于挖掘教材，整合资源，把握不同教学内容与阶段对三重表征思维的培养。如在执教人教版第三单元“物质构成的奥秘”时，教师要把握好时机，这是三重表征思维形成的铺垫时期。教师要为学生打开认识化学世界的微观大门，引领学生从分子、原子微观层面来认识物质、认识化学，为学生三重表征思维的形成打好基础。又如教师在执教人教版第五单元“如何正确书写化学方程式”时，通过前期的铺垫、训练和积累，反复构建化学方程式的“宏观—微观—符号”三重表征含义，不断强化三重表征之间的交互关系，帮助学生形成和实现“宏观—微观—符号”三重表征思维方式的相互联系与转化。
3持之以恒，培养思维
“宏观—微观—符号”三重表征的思维是化学学科特有的思维。在教学中，教师要将三重表征的思维渗透到日常的教学中，不断强化三重表征相结合的化学思维，让学生学会从微观水平分析宏观现象，依据宏观现象揭示微观本质，并用化学符号语言进行表述。教师在持之以恒的教学实践中，引导学生形成“宏观—微观—符号”的化学思维方式，能为学生在初中化学学习过程中打开化学世界之门，落实化学学科的核心素养。
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2011年版）[M].北京：北京师范大学出版社，2011.
[2]胡久华，王磊.初中化学教学策略[M].北京：北京师范大学出版社，2010.
[3]汪朝阳，肖信.化学史人文教程[M].北京：科学出版社，2010.
（责任编辑：陆顺演）
【关键词】宏观—微观—符号;三重表征;水的组成
【作者简介】黄瑞萍，一级教师。
正如化学诺贝尔奖获得者霍夫曼教授所说，化学即表征。从某种意义上说，化学就是一门表征的学科。自从1982年约翰斯顿教授首先提出化学学习的三重表征以来，三重表征的研究得到了国内外化学教育专家的重视。在教学实践中，笔者发现三重表征是化学学科独有的、最显著的思维，是学好化学必备的核心能力之一。本文以人教版化学九年级上册的“水的组成”为例，对三重表征的教学实践进行探究。
一、“宏观—微观—符号”的内涵与意义
化学是一门研究物质组成、结构、性质以及变化规律的学科，化学学科的内容特点决定了宏观、微观、符号是对化学学科的教学起到统领和高度概括的思想，从这三方面来研究化学不仅能帮助学生厘清宏观、微观、符号之间的关系，还能帮助学生形成化学学科的思维方式，培养化学学科的核心素养。
表征是指信息在头脑中的呈现方式。宏观表征是指物质在物理和化学变化中表现出来的，可以直接观察到的宏观现象在人脑中的反映，是一种丰富的感性认识。如铁丝在氧气中燃烧，可以观察到铁丝剧烈燃烧，火星四射，有黑色固体生成，同时通过触摸集气瓶还可感知铁丝燃烧放出热量。微观表征主要是指有关物质的微观组成和结构，微观粒子的性质及相互关系等微观属性在学生头脑中的反映。微观表征是看不见摸不着的，往往需要通过建模、动画模拟等形式来帮助学生形成微观表征。如金刚石和石墨物理性质的差异，教师可以通过展示金刚石的正八面体立体网状模型让学生感知金刚石的稳固性，同时让学生去推拉石墨结构的层状模型，从而感知石墨的质软和滑腻的成因。符号表征主要是指物质组成的符号和图形符号在学生头脑中的反映。如“O2”表示氧气，其由氧元素组成，还可以表示一个氧分子，其中一个氧分子由两个氧原子构成。可见，符号表征是联结宏观表征与微观表征的纽带。这三种表征形式之间不是孤立的，而是有机联系的，它们共同构成学生对化学知识完整的表征系统。
二、基于“宏观—微观—符号”三重表征思维的构建模式“宏观—微观—符号”三重表征的思维方式是解读化学的重要思维方法，该思维方式指出了化学的研究对象是宏观世界与微观世界，同时借助化学符号来表示研究所得。基于三重表征相结合的教学设计，教师可通过可感观的宏观实验现象入手，以建模等形式引导学生从微观层面进行分析、解释化学反应的实质，最后再以符号的形式将宏观的化学反应直观、简洁地表示出来（如图1）。
基于三重表征相结合的思维构建模式形成了学生在化学学习过程中的三种思维与知识表征方式，运用这样的思维和表征方式学习化学，促进了学生对化学知识的理解，提高了学生分析问题和解决问题的能力。
三、基于“宏观—微观—符号”三重表征的教学设计1教学内容分析
《义务教育化学课程标准（2011年版）》指出，水是学生最熟悉的物质，在教学中要注意引导学生通过实验探究水的组成和性质[1]，从本课题开始，学生对物质的认识进入了分子微观层面。学习人教版第三单元“物质构成的奥秘”恰是学生形成“宏观—微观—符号”思维的铺垫时期，而“水的组成”则是学生形成“宏观—微观—符号”思维的入门时期。学生学习化学的关键就在于建立“宏观—微观—符号”的思维方式（这也是学生学习化学的难点），这相当于既掌握了技术类工具知识（化学符号的识、读、写），又掌握了原子论的思想和方法，如同学生手中掌握了一支猎枪和寻找猎物的基本方法，在化学的森林里，他就能主动获取知识，立于不败之地[2]。
2教学目标分析
“水的组成”一课的教学目标如下。
（1）通过氢气燃烧和水的电解实验探究水的组成。
（2）结合化学史实，在人类认识水的组成过程中体会科学探究过程和思维方法。
（3）逐步认识“宏观—微观—符号”三重表征的思维方式。
3教学流程图
4教学过程
环节一：化学史实引入课题——情境创设化学史是人类在长期社会实践活动中关于大自然的化学知识的系统的历史描述[3]。我国著名化学教育家傅鹰先生曾说：“化学给人以知识，化学史给人以智慧。”在教学中，教师要充分挖掘化学史料，让其在化学教学中发挥作用。水是学生非常熟悉的物质，对于熟悉的物质，学生有时往往会熟视无睹。为了激发学生对本节课“水的组成”的探究兴趣，培养学生实事求是的精神，教师通过介绍“水的组成”研究的化学史，以此创设本节课的教学情境。在历史上，水曾经被看作一种元素，后来因为英国科学家普利斯特里将“可燃空气”跟空气混合点燃发出巨大声响，瓶内有不少水珠后，人们才开始对水的组成进行研究。在同一时期，英国科学家卡文迪许用纯氧代替空气进行了上述实验，但在当时，他们对水的组成都没有做出正确的解释。直到18世纪末，卡文迪许的助手访问巴黎时，将这一实验告诉了拉瓦锡，拉瓦锡在随即进行的跟踪实验中，不仅合成了水，还成功将水进行分解，这样才开启了人们对“水的组成”的正确认识。教师通过创设化学史实的教学情境，让学生从化学视角认识“水的组成”，激发学生的探究欲。
环节二：实验探究水的组成——宏观表征课堂上，教师以科学家拉瓦锡的故事引导学生从水的合成和水的分解两个方面探究水的组成。教师用启普发生器制取氢气，演示氢气燃烧，学生观察实验，描述实验现象。学生分小组探究水的电解实验。通过自己动手实验，学生观察到水通电后，两极上都有气泡生成，一段时间后，正极上形成气体体积大约是负极气体体积的二分之一;正极上形成的气体能使带火星的木条复燃，负极上形成的气体能燃烧，发出淡蓝色火焰。通过这样的实验探究，学生获得良好的感性认识，形成宏观表征。接着，教师再通过宏观现象在学生头脑中的表征，引导学生讨论、分析水的组成。小组讨论的结果如下。 在水的合成和水的分解两个环环相扣的实验教学中，学生体会到如何准确地进行宏观表征，学生分析反应历程以及新物质的生成证据推理等能力也得到了提升。
环节三：借助模型认识水的组成——微观表征通过前面的实验教学，学生已经能从宏观角度认识水的组成元素。接着，教师借助模型让学生从分子、原子微观角度认识水的组成，将宏观现象與微观实质有机地结合起来。最后，教师展示水电解的微观过程（如图2）。
在前面的化学学习中，学生已经知道化学反应的实质是分子分裂成原子，原子重新组合成新分子的过程。教师通过水电解的微观动画展示，让学生从微观角度认识到水的电解过程是水分子分裂成氢原子和氧原子，然后氢原子和氧原子重新组合成新的氢分子和氧分子的微观实质的过程，从而得出由于氢、氧原子的种类不变，因此元素的种类也是不变的结论，将宏观现象与微观实质有机地结合起来。
在教学过程中，教师还利用阿伏加德罗定律，即同温同压下，体积相同的气体，分子个数相同，引导学生从宏观现象氧气和氢气的体积比为1∶2，结合水电解的微观过程分析水分子的构成，在这个过程中从微观角度再次印证了水的元素组成，同时引导学生利用宏微结合的思维推导出水的化学符号为H2O，分析过程如下。
水分子中氢氧原子个数比是2︰1，水的化学符号为H2O（符号表征）环节四：化学用语直观表示——符号表征符号表征是联结宏观表征与微观表征的纽带。教师引导学生学习两个新的化学反应，让学生用化学符号将这两个化学反应表示出来。学生板书如下。
氢气燃烧符号表征：H2+O2点燃H2O;
水的电解符号表征：H2O通电H2+O2。
通过以上教学设计，学生从这三种表征之间的联系，认识到它们共同构成对化学知识完整的表征系统。
环节五：归纳小结——形成思维教师以“水的组成”教学为例，为学生构建“宏观—微观—符号”三重表征的思维方式（如图3），提高学生分析问题与解决问题的能力，培养学生宏观辨析与微观探析的化学核心素养。
四、教学启示
1转变理念，提升素养
21世纪的课堂教学，着重关注学生的核心素养。因此，教师要转变理念，从知识的讲授者转变为现代教育教学的实践者和培养者，平时多学习相关的教育教学理念，提高自身的专业素养，理解培养三重表征思维的重要性和必要性，提高自身三重表征的思维水平，只有这样才能有效提升学生三重表征思维的意识和能力，培养学生的化学学科核心素养。
2挖掘教材，整合资源
由于教材编排的阶段性及教材内容的局限性，学生三重表征思维的形成不可能一气呵成，教师在教学中要善于挖掘教材，整合资源，把握不同教学内容与阶段对三重表征思维的培养。如在执教人教版第三单元“物质构成的奥秘”时，教师要把握好时机，这是三重表征思维形成的铺垫时期。教师要为学生打开认识化学世界的微观大门，引领学生从分子、原子微观层面来认识物质、认识化学，为学生三重表征思维的形成打好基础。又如教师在执教人教版第五单元“如何正确书写化学方程式”时，通过前期的铺垫、训练和积累，反复构建化学方程式的“宏观—微观—符号”三重表征含义，不断强化三重表征之间的交互关系，帮助学生形成和实现“宏观—微观—符号”三重表征思维方式的相互联系与转化。
3持之以恒，培养思维
“宏观—微观—符号”三重表征的思维是化学学科特有的思维。在教学中，教师要将三重表征的思维渗透到日常的教学中，不断强化三重表征相结合的化学思维，让学生学会从微观水平分析宏观现象，依据宏观现象揭示微观本质，并用化学符号语言进行表述。教师在持之以恒的教学实践中，引导学生形成“宏观—微观—符号”的化学思维方式，能为学生在初中化学学习过程中打开化学世界之门，落实化学学科的核心素养。
参考文献：
[1]中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2011年版）[M].北京：北京师范大学出版社，2011.
[2]胡久华，王磊.初中化学教学策略[M].北京：北京师范大学出版社，2010.
[3]汪朝阳，肖信.化学史人文教程[M].北京：科学出版社，2010.
（责任编辑：陆顺演）