建立三重表征：初中化学用语教学的现实突围

汪定用

化学用语既是初中化学的核心知识，又是学生学习化学的重要分化点。新课程改革十多年来，一线教师对化学用语的教学重视程度远不及科学探究，化学用语教学的实际水平仍然显得比较陈旧，需要重新审视和现实突围。

一、现实反观：意义失落的化学用语

化学用语是用来表示物质的组成、结构、变化规律的化学符号及术语，是对化学现象的一种本质抽象。初中阶段学生需要掌握的化学用语主要包括元素符号、化学式和化学方程式等，在实际教学中化学用语的教学常常存在以下不良现象。

1.作为记忆的知识

为了分散化学用语学习的难点，在化学用语教学之前就过早地让学生记忆一些元素符号、化学式等，这对学生来说是囫囵吞枣式的枯燥记忆。在化学用语教学中，过度强调书写技能与规则，淡化符号产生的意义和本质内涵，学生缺乏对化学用语内在意义的理解，难以与化学用语建立良好情感。在化学用语复习与巩固的教学中，单一地用重复练习的方法来进行强化，把化学用语局限在符号简单识记的层次上。

2.作为孤立的知识

把化学用语仅仅作为记忆的知识来学习，本身也就切割了符号与其意义的联系，这是孤立化学用语的一个体现，另一方面化学用语与其宏观现象、微观本质之间不能进行转换是深层次孤立化学用语的表现，比如说水的化学式“H2O”，学生如果不能将H2O与作为宏观物质的水和作为微观构成的水分子及其结构特点联系起来，那么H2O还仅仅是一个孤立的符号而已，仍然没有建立起宏观表征、微观表征与符号表征之间的联系，也就不能形成有效的化学用语思维。

二、实践突围：三重表征认知图式的建立

从宏观、微观和符号三种表征水平上来认识和理解化学知识并建立三者之间的内在联系是化学学习特有的思维方式，即称之为三重表征思维方式。国内外研究表明，化学学习的最大困难是化学用语学习，而不能将化学符号和具体的宏观物质与微观物质联系起来是导致化学学习困难的主要原因，因此，以化学用语为中心，建立三重表征认知图式是化学用语教学实践突围的根本之路，以下以人教版“化学方程式”第一课时教学为例具体阐述。

1.价值转向：从单一符号技能转向观照符号意义

人教版教材把“化学方程式”安排在第五单元“质量守恒定律”的课题之中，以前面几个单元中“氧气的性质”“水的电解”等宏观反应和微观上分子、原子的性质、结构以及化学用语上元素符号、化学式为基础，属于综合性和抽象性的知识，对学生来说有相当大的学习难度。具体原因之一在于学生刚刚进入化学学习，对相关块面的知识还缺乏自然顺畅的联系，例如宏观上的物质与化学式之间，宏观上的物质与微观上的粒子之间对应性连接不够顺畅，使得具有综合性的化学方程式学习变得困难。原因之二在于学生接触的具体化学反应的事实和微观反应解析的实例很少，甚至还只属于个例认知水平，这对抽象性化学方程式学习也造成了困难。

然而，化学方程式是初三学生认识化学的新视窗和制高点，是进一步走进化学学科的关键节点，化学方程式的教学需要把握其价值定位。化学方程式是用化学式来表示化学反应的式子，其要素包括化学式、化学计量数、反应条件及表示沉淀或气体的箭头，应该说构成比较简单，但是如同汉字一样，在笔画上很简单，而表达的内涵又极其丰富。主要包括两个方面：一是本体意义上体现的关于反应物、生成物及反应条件的信息，各物质的质量比例关系的信息，各粒子个数比例关系的信息等等；二是与宏观表征、微观表征相互转换上的意义，即符号的化学方程式与真实的化学反应或与微观想象之间的转换，这也就是形成三重表征认知图式上的意义。如果说第一方面的意义是内在的、相对静态的，那么第二方面的意义可以说是与外部联系的、动态的。这些意义就是化学方程式教学的价值所在，是化学方程式教学的逻辑起点和基调。化学方程式教学要由单一符号技能教学转向观照其意义的教学，从而让学生建立初步的符号情感和符号思维。对此，化学方程式的教学设计可以以符号意义为背景底色，从具体反应事实引入化学方程式，通过典型化学方程式的结构与意义的解读形成化学方程式认识，再依托多角度的情境对话建构化学方程式的三重表征。这样在符号意义的背景下，整个教学过程成为一个内在紧密关联的整体。

2.素材优化：丰富和发展学生经验

研究表明，影响学生三重表征中单维转换上的差异的因素有：对某一知识表征自身的掌握程度。倘若缺乏对宏观、微观、符号表征中任一表征中的相关知识或能力，都影响到学生进行两两表征之间的转换以及三重表征之间的转换；建立不同表征间某些内在对应关系；对问题表征的深度不同。对问题本身包含的信息进行深度加工，提取有效的部分，将有助于不同表征间的转换。

对应于以上因素，所选择的化学方程式教学素材一方面是指向化学方程式本身的掌握程度，另一方面是促进化学方程式与宏观表征、微观表征间的转换。具体的素材教学设计上，提供三类素材，一是提供鲜活的素材，为抽象的化学方程式学习提供具体而真实的情景，以确立知识发生和发展的“锚”。这样的素材为教学导入阶段的“碳在氧气中燃烧的演示实验”，以及教学后程中的“镁条在二氧化碳中燃烧”的演示实验。二是提供补充性的图片素材，以增进知识的掌握程度和促进表征间的转换。在教材素材的基础上，在化学方程式形成和巩固教学中增加了氢气燃烧、甲烷燃烧、黑火药爆炸等图片素材。三是对重要情境进行精细化加工，提供推动教学内在进展的关键性素材。例如氢气燃烧以及甲烷燃烧情境中反应微观粒子素材的介入，再如镁在二氧化碳中燃烧情境中，其化学方程式的首先推出而引发的对该化学反应的认识等，这些都是推动符号表征与宏观表征、微观表征相互转换的关键性素材。

3.方式创生：三重表征间的交互

在教学方式上，本堂课以化学方程式与宏观世界、微观世界三者间的交互为基本形式。具体来说体现在教学的三个进程之中，一是体现在教学开始环节中，即通过演示碳在氧气中燃烧的实验，引导学生用符号来表示宏观反应，这是宏观表征向符号表征的转换，从而引出化学方程式，并体会到化学方程式中“=”的意义。二是体现在教学的主体环节即化学方程式内涵意义的形成中。先让学生尝试书写氢气的化学方程式，辨析不用“ H2+O2 H2O”“ H2+O H2O”等表示的原因，认识化学方程式是用化学式表示化学反应的式子及化学计量数。接下来让学生尝试画出与氢气燃烧的化学方程式对应的微观粒子示意图，这是符号表征向微观表征的转换，是难度较大的一个认知跨越。然后顺势让学生思考“如果介入相对分子质量这个概念后，各物质间质量具有怎样的关系”，这是微观表征向宏观表征的转换，也预示着化学方程式涵义基本形成。三是体现在教学的巩固与拓展环节中。首先让学生说“S+O2 SO2 ”的涵义和读出化学方程式，然后让学生说出陌生反应“2Mg+CO2 2MgO+C”的涵义，并推测其反应现象，随后演示实验来检验学生的预测。本环节中让学生推测现象并实验验证的目的是培养学生由符号表征联想宏观表征的意识和能力，也就是培养符号思维。其次出示甲烷燃烧前后的微观示意图（见图1），让学生写出化学方程式，这是微观表征向符号表征的转换。最后以黑火药的配方问题来拓展教学，即让学生思考“据史书记载，我国古代的炼丹家在长期的炼制丹药过程中，意外发现将硝石、硫磺和木炭按一定比例混合会发生爆炸，由此诞生了中国古代四大发明之一的黑火药，然而，古人们经历了数百年的实践探索方得黑火药的配方。其实，黑火药的爆炸是一个化学反应，请问你可以通过什么办法破译出黑火药的配方”。接下来出示黑火药燃烧的化学方程式“2KNO3+S+3C K2S+N2 +3CO2 ”和相关相对原子质量，学生破译配方。这是一个以符号表征为中心的三重表征交互的问题解决过程，是学生对符号表征的综合性体验。

关于三重表征的交互，张丙香、毕华林在研究德维塔克等的三重表征关系图的基础上提出了新的关系图（见图2）。该图显示，宏观世界是真实的，符号是表征的，微观世界是真实的但是也有表征的成分，因此用不同的颜色来表示。每1种表征水平和其他2种表征水平都有交集，3种表征水平也有共同的交集，交集部分说明知识的表征水平间具有内在联系。从内部表征的角度看，交集部分意味着学生能在它所包含的不同表征水平之间进行信息转换，交集中表征水平越多，交集面积越大，说明概念理解越深刻也越丰富。从外部表征的角度看，表征形式越丰富，越有利于对知识的理解。

化学方程式具有明显的3种表征水平，教学中以三重表征间的交互为基本方式就是不断扩大交集的面积，从而让化学方程式这个化学用语真正在学生头脑中活起来，深刻起来，让化学用语从单一记忆的知识转化为启蒙学生化学学习的智慧，这样的教学是本质性的化学用语教学。