国内中学化学符号教学研究的综述

叶静怡

摘要：对国内18篇关于中学化学符号教学的文献的研究内容进行分类分析。研究表明，化学符号在化学教学中有多种教学功能，但学生在化学符号学习中却存在问题。研究者试图应用各种媒介、素材及认知理论帮助学生进行化学符号学习。但目前这些研究还存在较多问题并未被关注，笔者提出了一些未来的研究建议。

关键词：化学符号；化学教学；三重表征；文献综述

文章编号：1005–6629（2015）6–0014–04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

化学知识的表征分三种水平，即宏观水平（macro level）、微观水平（micro level）、符号水平（symbolic level）。化学学科的符号表征以化学符号体现，它是为解决化学认识成果的存在形式和描述化学的对象而建立的，是学生学习化学重要的、有效的思维工具和认识工具，也是化学认识成果交流和传播的工具。化学符号一直是初中化学启蒙学习的分化点，问题长期存在有待突破，受到不少研究者关注。

1 化学符号的基本含义及分类

化学符号，也常称为“化学用语”。化学符号是代表物质的组成、结构和变化的一系列符号或图式。从表达方式上分，主要有两类。一类是字母型符号，如化学式、化学方程式。另一类是构象型符号（图式），如原子结构示意图、结构式、晶体模型、仪器或实验操作示意图就属于此类。从功能上分，有表示元素（原子或离子）的符号或图示、表示物质组成和结构的式子以及物质变化的式子三大类[1，2]。

2 中学化学符号教学研究的现状分析

以“化学符号”作为题名关键词在中国知网搜索，搜索得到相关论文共27篇。以“化学用语”作为题名关键词在中国期刊网搜索，搜索得到相关论文共243篇。绝大部分是未作任何理论及实证教学研究的经验性文章，如介绍“利用背诵口诀记物质化学式”或“利用象形方式记忆元素符号”等类型的教学经验。本文关注对“化学符号”或“化学用语”教学方面实质性的研究，因此，先对此类文章根据其发表的时间、研究的内容、发表的期刊等作了一定的筛选。

2.1 研究学段的分布

以初中学段的化学符号教学为主题的文献有12篇，以高中学段的化学符号教学为主题的文献有6篇。由于有1篇是介绍海峡两岸中学化学基本概念与化学用语的区别的，与本研究主题相关度较低，将其排除，因此纳入研究的文献共18篇。在研究学段的分布上，初中的化学符号教学研究更多。分析原因有以下两点：

（1）初中是化学符号的启蒙学习期，起着构建基本化学符号工具、建立基本化学符号表征网络的作用。初中化学符号学得好不好，直接影响到学生后期化学学习的兴趣，问题解决能力、思维能力的培养等等。因此，初中阶段的符号教学受到研究者更多的关注。

（2）初中的化学符号相对高中的数量比较少，问题比较集中，研究的难度比较好控制；高中比初中学段新增了离子结构示意图、电子式、电子排布式、结构简式、热化学方程式、离子方程式、电极反应式等化学符号，涉及的化学问题陡增，研究难度大增，也可能是高中关于化学符号的研究较少的原因。

2.2 研究内容的分类

根据研究文献的内容，可对其分成三大类：（1）教学功能应用类，研究化学符号作为一种表征方式对学生学习化学的作用；（2）学习情况调查类，了解初高中学生对“化学符号”掌握、理解及应用的情况；（3）教学策略研究类，研究实际教学中，教师如何让学生更容易地掌握、理解及应用化学符号。

2.2.1 化学符号教学功能应用类

研究主题为化学符号教学功能应用的文献有2篇。付勇（2007）[3]首先从理论上探讨化学符号在化学问题解决中的问题表征阶段、选择问题解决策略阶段中的作用，然后以初、高中生为研究对象，通过问卷测试法和作业分析法，发现化学符号表征是中学生常用的化学问题表征形式之一，有助于学生更加有效地解决化学问题。李晓等（2013）[4]认为化学用语类符号能帮助学生掌握物质组成的相关信息，建构相关概念与原理，促进化学思维能力的提高；化学模型类符号与化学问题的交互作用促进了学生包括空间思维能力、问题解决能力和逻辑能力等科学思维能力的全面提高。换言之，从化学用语类的化学符号的角度而言，最主要的教学功能是帮助学生理解概念与原理，构建化学思维方式，以达到解决化学问题的目的。

2.2.2 化学符号学习情况调查类

研究主题为化学符号学习情况调查的文献有6篇，其中2篇期刊论文分别与2篇研究生学位论文的作者为同一人（或为第二作者），内容相近。学习情况的调查包括两种类型：一是学生对化学符号学习的观念与认识，二是学生对化学符号的掌握程度的调查。初中生与高中生的调查结果非常接近：

（1）多数学生觉得化学符号学习难度大。具体原因为：一是符号多，元素符号、化学式、化学方程式和电离方程式，对于某些学生来说，就是一堆英文加数字，多而杂；二是难记忆，部分学生不记得化合价、原子团、化学式、化学方程式，就无从书写；三是缺方法，还有学生对化学符号停留在死记硬背的水平，不会运用交叉法、最小公倍数法书写化学式或者是观察法配平等；四是缺乏兴趣，不知化学符号为何而来，也不管它们为何而写，自然就无法正确书写、理解，更别说应用了[5]。

（2）多数学生在化学符号识记书写方面表现较好，但在内涵理解方面表现参差不齐，思维运用方面整体较差。简单、常见的化学符号如“CO2”、“H2O”多数学生能写出来，但涉及将化学式、化学方程式这些符号与宏观物质、现象或者微观反应的过程实质进行联系时，学生表现差异较大，化学成绩好的学生，对化学符号的宏观、微观的意义理解透彻，但成绩不良的学生只停留在识记符号层面[6，7，8]。

（3）学困生、学中生、学优生之间的化学符号学习水平差异显著。原因主要来自学生和教师两个方面，包括学生的识记策略不同、“三重表征”能力不同、构建的化学符号知识体系层级不同、教材的衔接以及教师的教学技能因素等[9，10]。学优生间化学符号的掌握程度差异不大，随着学业水平的降低，个体差异增大。女生的化学符号学习水平优于男生，尤其是符号的应用水平，男女生有明显的差异[11～13]。

（4）初中生以直观思维为主，逻辑性不明显，学习抽象的物质结构、繁琐的化学用语时还是存在着很大困难。大部分学生认为不论是哪种粒子，都是实心或空心的圆圈或球体，靠单线连接或紧密堆积方式组合在一起，这是受教材或者是教师讲授时所使用的“模型”的影响所致。不少学生看到“H2O”中有“H2”，就会认为水中含有氢气，主要是由于学生对化学符号的理解流于书面的符号写法，而忽略符号的实际意义。

2.2.3 化学符号教学策略研究类

化学符号教学策略研究类文献共有10篇，主要分为以下几类：

（1）运用各种媒介帮助化学符号的理解和记忆。一是使用图示法，配合图形及化学符号呈现的图示，建立化学符号与相关化学知识的联系，促进对化学原理的理解。例如，通过在集气瓶中画出各种分子的模型结合原子结构示意图（图1）或者文字描述，帮助学生建立元素概念，理解元素、化学式的意义以及化学式周围数字表示的意义，用原子、离子结构示意图以及文字的叙述来帮助理解离子的概念及形成过程，用在溶液中画出各种离子及其反应前后的离子种类的变化图（图2）来帮助理解化学反应的微观实质并写出离子方程式等[14]。

二是化学扑克牌法，在化学扑克上印有各种物质的名称、化学符号以及物质的介绍及图片。游戏规则多样，可以由一个学生出牌，另一个学生说出牌中物质的化学式以及物质分类；也可以让一个学生出牌后，另一个学生尝试出一种能与其反应的物质的牌，而第三个学生可以出该反应的反应物，最快用完牌方胜利。学生在游戏过程中，一来可以通过扑克牌上面的信息熟悉化学式的书写，而且通过物质的化学反应的游戏便能使学生熟悉化学反应方程式。化学扑克牌的游戏方式渗透“寓学于乐”的教育理念的同时，有助于学生建构化学分类观，理解化学反应规律，为解决初三、高中的化学用语难题提供新的教学方式和学习方法[15，16]。

媒体的优势在于能形象地反映抽象的化学符号意义，有助于学生对各种化学符号的理解的同时为化学符号的识记提供了一条新的途径，比起反复的死记硬背，形象的图示、丰富的图片等信息及有趣的游戏更容易被学生所接受。

（2）巧用基于新课程背景编制的教材、试题来帮助化学符号的学习与应用。教材中化学符号的知识是分散出现的，而且是由易及难的，因此，在最初教授化学符号知识的时候，应该让学生对化学符号里面每个符号的宏观意义及微观意义都逐一认识，且要“低要求”，逐步培养学生的兴趣，并且善用教材中各表格资源，将各种化学符号的意义进行归纳整理[17]。中考、高考中都有不少化学符号的相关考题，从考试情况中发现，即使是高中学生的化学用语的使用情况都并不理想，利用一些中考、高考试题，引导学生全面理解化学用语的含义，培养学生的类比、创新、信息提取、科学探究等高级的化学符号的理解与应用能力[18～20]。

（3）运用认知理论进行化学符号教学的研究。王招弟（2011）、刘霞（2012）应用原型范畴理论，将符号学习过程分为三个阶段：原型学习阶段，此阶段是先将某一实物的化学符号（即之后赖以模仿学习的“原型”）学习好；原型启发下的非原型学习阶段，此阶段是要求学生根据第一阶段学习的原型来模仿学习新的化学符号；概念巩固阶段，在这个学习阶段，要求学生不但对化学符号达到“会读、会写”，也要达到“会用”的程度。根据这些理论的指导，研究者根据不同的化学符号学习阶段以“元素符号”、“化学式”为课题进行教学设计并教学，发现原型范畴认知策略能帮助学生分阶段学习化学符号，能提高学习效率与效果[21，22]。迟少辉（2011）以九年级学生为研究对象，将初中化学符号学习具体分为元素符号识记，化学式、微粒符号表征，化学式计量，化学方程式五个阶段，根据每个阶段的目标要求编制测验，诊断学生学习中存在的具体问题，探查学优生、学困生的认知差异，然后在教学后对照测验反映的问题进行合理干预，发现干预后学生尤其是学困生的化学符号掌握情况有改善[23]。这些研究者，或是以认知理论，或是以化学符号的知识本身将化学符号的学习分为不同的阶段，然后针对不同的阶段进行教学策略设计、实施，都取得较好的教学效果。

3 研究的结论与启示

3.1 研究结论

本研究的主要结论有三：一是化学符号是化学教学中认识、思维和交流的工具，对概念的认识、原理的理解及问题的解决起到重要作用。二是无论是高中还是初中学生，他们对化学符号的记忆、理解和运用都存在一定的问题，尤其是理解和应用方面，不同学习水平的学生间表现参差不齐。三是运用各种有形的媒介、教材中的素材与试题整合以及认知理论能帮助学生记忆、理解及运用化学符号。

3.2 进一步研究的展望

从对以上文献分析，虽然这些研究对化学符号的学习情况调查的研究方法、课堂教学方面有一定的指导作用，但是也存在以下问题：

（1）化学符号是联系宏观、微观表征的桥梁，但化学符号学习情况调查内容中关于化学符号与宏观、微观间的转换能力方面却较少提及，如果能细化这些能力问题，调查的结果会对教学有更好的指导作用。

（2）教学资源及评价体系有待开发及完善。虽然已有的研究中，也有类似“化学扑克牌”等教学资源的开发，但是实际上还是停留在“记忆”的层面，“理解”和“应用”层面的教学资源开发还有所欠缺，接下来的研究还需从挖掘其与宏观、微观表征之间的关系的角度出发来开发系列教学资源并进行合理的教学设计。

（3）认知理论在化学符号教学研究中运用不足。虽然有一些研究者开始意识到认知理论在化学符号学习中的重要性，也尝试运用在教学上，但是应用的方式较为单调，只是根据某个认知理论将符号学习分阶段，然后根据各阶段反映的特点进行简单的干预，对教学进行修正。但是，研究者并未根据认知理论对学生是如何对“化学符号”这门符号语言在脑海中进行同化并使用的过程进行研究，可见，这样对认知理论与化学符号教学的结合远远不够。我们更多地应该从学生初学时就借助认知理论找出学生化学符号相关的错误概念的成因，然后据此进行相应的资源开发及教学设计从根本上改变错误概念，从“化学符号”的心理形成过程着手进行教学。

参考文献：

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[3]付勇.化学符号在中学生化学问题解决中的作用研究[D].扬州：扬州大学硕士学位论文，2006.

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[21]刘霞.原型范畴理论在九年级化学化学符号教学中的应用研究[D].长沙：湖南师范大学硕士学位论文，2012.

[22]王招弟.九年级学生化学符号学习过程研究[D].长沙：湖南师范大学硕士学位论文，2011.

[23]迟少辉.化学符号认知规律的微观研究[D].上海：华东师范大学硕士学位论文，2011.