化学概念原理教学中“四重表征”教学模式构建与发展

福建省永安市第一中学(366038)

钟美金●



化学概念原理教学中“四重表征”教学模式构建与发展

福建省永安市第一中学(366038)

钟美金●

化学概念原理教学是化学教学中的重难点，对于化学概念原理的教学如何采用较为合理的教学模式便是需要思考的问题.本文先对“四重表征”教学模式进行了介绍 .并以“电解原理”教学为例，说明化学概念原理教学中“四重表征”教学模式构建与发展.

化学概念原理；四重表征；教学模式

化学概念原理是通过对运用比较、归纳与综合的方法将化学现象与化学事实进行加工，最终反映出化学之中的本质.对于高中化学教学来说，概念原理教学的有效性直接决定化学教学的质量，在新课标的实施情况下，对于化学概念原理的教学如何采用较为合理的教学模式便是需要思考的问题 .

化学“四重表征”是指宏观现象、微粒作用、符号系统、曲线图像等知识的外在呈现形式，、宏观表征指的是颜色、状态、气味、用途等宏观现象的表征；微观表征是指动画模拟微粒组成和结构、微粒间运动和相互作用的微观层面的表征；符号表征是指化学式、结构式、电子式、化学方程式等符号层面的表征；曲线表征是指将化学反应中的数据变化以定量的曲线形式在坐标轴中记录下来， 是将宏观表征和微观表征联系起来的桥梁.

如何运用“四重表征”教学模式培养学生的化学基本观念？

一、问题的提出

在教学电化学原理后进行测试，笔者发现学生对其中的一道题答题情况较差，得分率仅为0.2.

题目：某同学设计了一个甲醇燃料电池，并用该电池电解200mL一定浓度NaCl与CuSO4混合溶液，其装置如图：

(1)写出甲中通入甲醇这一极的电极反应式____.写出电解过程中乙池铁电极的现象____.

(2)理论上乙中两极所得气体的体积随时间变化的关系如丙图所示(气体体积已换算成标准状况下的体积)，写出在t1后，石墨电极上的电极反应式____，原混合溶液中NaCl的物质的量浓度为____mol/L，CuSO4的物质的量浓度为____mol/L.(假设溶液体积不变)

(3)在t2时所得溶液的pH约为____；电解至t3时，消耗水的质量为____g.

通过对学生的测试结果及交谈情况分析，总结出有以下几点原因：一是、学生没有掌握好电化学的基本原理，不能正确地书写出原电池、电解池的电极反应；二是、当电解质溶液中有多种阳离子和阴离子时，学生按阴阳离子的放电顺序，只考虑了一种离子，忽略了其他离子；三是、不理解图像丙中的曲线变化趋势，起点、拐点、终点表示的意思.四是、学生不能很好的运用元素守恒、得失电子守恒的方法去解决有关电化学的计算； 从这些问题可以看出学生对电化学的基本原理及实验现象(宏观表征)，电解过程中电解质溶液中离子的运动情况及离子浓度变化(微观表征)，电化学方程式、电极方程式(符号表征)和所给图像(曲线表征)之间的对应关系认识不清、理解不透.追根究地，是学生没有以元素观、微粒观、转化观、守恒观等化学基本观念为指导去分析、解决相关的问题.

二、运用化学“四重表征”解决问题

笔者针对以上试题测试中学生暴露出的问题，引导学生用“四重表征”教学模式对该题进行分析，尝试以元素观、微粒观、转化观、守恒观分析解决问题.

0-t1段：

宏观表征：随着电解进行阳极石墨附近有黄绿色气体生成，阴极铁棒表面有红色的固体析出.

曲线表征：曲线Ⅰ0-t1一直为零无气体生成，说明曲线Ⅰ为阴极关系图.曲线Ⅱ0-t1生成气体的体积逐渐增大至224mL，说明曲线Ⅱ为阳极关系图,且t1时刻出现了拐点，说明Cl-完全反应.根据元素守恒则原混合溶液中NaCl的物质的量浓度为0.1mol/L.

t1-t2段：

微观表征：此时乙池中阳极附近的Cl-完全反应，OH-开始放电，溶液中H+浓度逐渐增大.乙池中阴极附近还是Cu2+继续放电，Cu2+浓度逐渐减少.

宏观表征：随着电解进行阳极石墨附近有无色无味气体生成，阴极铁棒表面有红色的固体析出.

t2-t3段：

微观表征：此时乙池中阳极附近的OH-继续放电，阴极附近H+开始放电.

宏观表征：乙池中的阴阳极均有无色无味的气体生成.

可以得知消耗水的总物质的量为0.01mol+0.03mol=0.04mol，其质量为0.72g.

本题采用“四重表征”教学，让学生通过元素观、微粒观、转化观、守恒观等化学基本观念从不同的角度对知识进行建构，提高分析、解决问题的能力.

三、“四重表征”教学模式在化学概念教学中的建构

“四重表征”的教学模式能够引导学生合理且快速地理解化学的核心概念、解构到化学实验的本质与原理，从而提升学生的化学知识水平. 笔者结合“电解概念原理”教学实践具体谈谈如何运用“四重表征”教学模式进行化学概念原理的建构.

1.创设实验情境，进行宏观表征的教学

实验①将两根碳棒分别插进装有CuCl2溶液的U形管两端，浸入2min后，观察现象.

实验②用导线连接两根碳棒后，并接上电流计，再分别插入装有CuCl2溶液的U形管两端，观察电流计指针是否偏转和两级的变化.

实验③在装有CuCl2溶液的U形管两端，插入两根碳棒作电极，并接上电流计，连通12V的直流电源，把湿润的淀粉碘化钾试纸放在与直流电源正极相连的电极附近，2min后，观察U形管内两级、溶液颜色、试纸颜色的变化和电流计指针是否偏转.

教师引导学生归纳：①②都无现象，③中与电源负极相接的碳棒上有一层红色的固体析出，说明有铜生成；与电源正极相接的碳棒上有气泡产生，并有刺激性气味，能使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝，说明有氯气生成；电流计指针发生偏转，说明电解质溶液导电；溶液颜色逐渐变浅，说明Cu2+浓度逐渐变小.

设计意图：实验教学是为学生提供宏观体验的最直接方法，“连环式”的对比实验在学生的头脑中形成“宏观表征”的表象，自然引入到新知识教学，培养学生观察、分析实验现象的能力，为后面教学奠定了基础.

2.原因分析、使用微观动画模拟，进入微观表征的教学

教师追问：(1)通电前，氯化铜溶液里主要存在哪些离子？这些离子的运动情况怎样？

(2)通电后，这些离子的运动情况有什么改变？

(3)当离子定向运动到电极表面上时，发生了什么变化？

教师动画模拟，引导学生观察溶液中离子的运动情况.

学生讨论、整理、叙述：(1)通电前，氯化铜溶液电离出自由移动的铜离子和氯离子.

(2)通电后，在电场的作用下，铜离子和氯离子发生定向移动，铜离子移向与电源负极相连的电极，氯离子移向与电源正极相连的电极.

(3)铜离子得电子发生还原反应，氯离子失电子发生氧化反应.设计意图：通过动画模拟“电解氯化铜溶液的微观反应过程”，实现“宏观表征”到“微观表征”的转换，让学生在头脑中形成“微观表征”的表象，学会从微观的角度解释宏观现象.

3.书写有关的电极方程式，进入符号表征教学

教师归纳电解的原理、电解池形成的条件等.

设计意图： 通过书写电极方程式，引导学生借助“符号表征”来描述产生化学现象的本质， 宏观表征、微观表征、符号表征三者的有机结合帮助学生构建化学概念的形成过程.

4.结合图像、数据进入深层次的曲线表征的教学在对化学概念原理进行定性的学习后，还要结合图像、数据进行定量的分析，能够简单分析曲线趋势等变化规律，加深对反应原理的理解.如笔者文章一开始提到的例题，在教学中将“宏观-微观-符号-曲线”进行有机的结合，培养学生分析图像和处理数据的能力.

采用化学“四重表征”教学模式， 引导学生从宏观、微观、符号、曲线的角度对知识进行意义建构，并建立“四重表征”之间的内在联系，有利于学生对概念原理的理解与记忆，培养学生分析和解决化问题的能力.“四重表征”之间可以根据知识体系结构和实际教学内容来选取不同的转换顺序，任何一种表征的薄弱都会引起不同表征间的转换困难.

[1]王春“四重表征”教学模式在化学概念教学中的应用于思考[J].中学化学教学参考2014(11)11-13

[2]杨洁,钱扬义.“四重表征”在“化学反应速率”教学中的价值——由2007-2012年高考题得到的启示[J].化学教学,2012,(11):58-62.DOI:10.3969/j.issn.1005-6629.2012.11.022.

[3] 韦新平.基于SOLO分类理论的化学“四重表征”教学研究——以“浓度对化学平衡的影响”为例[J].化学教学,2013,(10):31-33,49.DOI:10.3969/j.issn.1005-6629.2013.10.010.

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1008-0333(2016)33-0088-02