“宏观—微观—符号”三重表征下的原电池原理教学

张浩

摘要：“宏观-微观-符号”三重表征是化学学科特征的思维方式，能增进学生对化学知识的理解，优化学生的化学知识结构。文章结合物理学科最简单的电路图，用“宏观-微观-符号”的思想探析原电池原理的教学。

关键词：宏观；微观；符号；原电池原理

文章编号：1008-0546（2017）03-0046-02 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.03.015

一、教学思路

宏观表征是指肉眼可观察到的现象在学生头脑中的反映，微观表征主要是指肉眼不可见的微粒的组成与结构、反应机理和微粒的运动等微观属性在学生头脑中的反映，符号表征是指符号（主要有化学用语、微粒结构示意图和结构式，以及一些图形、模型等）在学生头脑中的反映[1]。通俗点说，化学学习过程，很多的就是观察了宏观现象，描述了宏观现象，尝试着从微观上进行解释，然后用相关的符号将其表达出来，从而形成内在逻辑的知识结构。

苏教版化学2专题2第三单元第一节“化学能转化为电能”，即原电池原理的教学，正是“宏观-微观-符号”三重表征的具体实例之一。以下简述相关教学片断。

二、教学过程

1. 认清最简单的电路图（说明：所有图中均未画出开关）。

（1）标出电源的正负极及电流方向。

（2）指明：①电荷的定向移动形成电流；

②电流方向与正电荷运动方向一致，与负电荷运动方向相反；

③外电路中电流从正极流出，流入负极；内电路中电流从负极流向正极。

设计意图：用学生熟识的物理学科知识，为下面认识原电池的正负极、电子的运动方向及溶液中的阴阳离子迁移方向做很好的铺垫。

2. 演示图2的实验。

3. 描述实验现象：灵敏电流计指针发生偏转，鋅片不断溶解，铜片表面有气泡产生，锌片表面也有气泡产生。

设计意图：实验是中学生学习化学的有效手段之一。做实验，观察实验，描述实验现象，都是学生建立宏观表征的过程。

4. 认识Zn-Cu-稀硫酸原电池的原理。

（1）根据实验中灵敏电流计指针的偏转方向，在图2中依次标出电流方向、正负极、电子（e-）的运动方向及溶液中H+、SO42-的迁移方向，得到图3。

设计意图：灵敏电流计指针的偏转方向，属于宏观可见的；据此正确的标出电流方向，对于学生而言又具有简单的可操作性。进一步地明确“Zn为负极、Cu为正极，e-、SO42-的迁移方向，H+的迁移方向”，都成为了顺理成章的事情。这个过程是从宏观走向微观的一步，也是帮助学生建立微观表征的过程。而最后图片3的呈现，正是符号表征的体现。（说明：由Zn产生的Zn2+及溶液中的OH-的迁移方向暂不进行标注的原因是为了让板书相对简约一点。当然，这一点也可以在课中提问学生以了解学生对本节的掌握情况。）

（2）比对图3与图1

指出：共同点①灵敏电流计与小灯泡都属于用电器，它们与导线共同组成外电路；

②Zn-Cu-稀硫酸原电池，相当于电源，其内部属于内电路；

不同点是物理学科更多地关注电流方向，而化学学科更多地关注本质层面的“微观的”粒子的迁移方向，而两者本身的关系又是表里如一且互相印证的。

设计意图：不难发现，两幅图片具有高度的统一对应性。这个过程，是“宏观-微观-符号”三者有机融合的过程，并且这样刻意的安排，能有效地突破判断原电池中电子、阴阳离子迁移方向这一教学难点。

（3）结合实验现象和图3，书写电极反应式及电池反应式并解读其含义。

负极反应式表明了锌片逐渐溶解的过程，锌失去的电子沿着导线流入铜片，锌失去电子后变成Zn2+进入溶液并向正极（Cu）迁移。铜片表面产生的气泡，正是H+向正极（Cu）迁移并获得电子而得到的氢气。

设计意图：按照宏观表征（实验现象）和微观表征的宏观呈现（图3），收集线索，再次微观探析，最终使符号表征得以宏观呈现（电极反应式及电池反应式），促进了学生对“宏观-微观-符号”进行深度的融合，增进了学生对化学知识的理解，优化了学生的化学知识结构。

5. 升华：学生解读剩余的一个实验现象——锌片表面也有气泡产生

如果这个时候，学生不再只是说出：锌可以与稀硫酸反应产生氢气，而是能说出：实验所使用的锌片不可能是纯锌，而不纯的锌片浸入稀硫酸中本身已经构成了原电池，那么，原电池原理才算真正地融入了学生的化学知识结构中。

设计意图：我们不能消除一切阻力，也不能把第二个斜面做得无限长，所以伽利略的斜面实验是个“理想实验”，或者可以说成是一个模型。图2所示，也是一个模型，因为当我们真正实验的时候，我们没有纯锌、纯铜。而正是模型和实际实验的相互反馈，指引着我们探索物质世界的规律。

三、教学反思

上述的教学片断，经历了实验、宏观现象描述、模型对比、微观探析和符号表征等过程，是“宏观-微观-符号”三重表征的高度融合，也是化学教学的内在要求，可以实现学生对事物从感性认识到理性认识的一次飞跃[2]。实验现象描述、图1和图3的模型和电极（电池）反应式的板书呈现，突出了教学的重点，当然它也可以成为学生的课堂笔记，为学生课后进一步将知识消化、内化和迁移（认识其他化学电源）提供了范本。

参考文献

[1] 毕华林.化学学习中“宏观-微观-符号”三重表征的研究[J].化学教育，2005，5：51-54

[2] 李宏春.基于化学核心素养的微课教学实践和思考[J].化学教与学，2016，7：34-36