初中学生化学反应三重表征思维整体设计实践

邓锦松 吴海滨（.连城县教师进修学校，福建连城36600；.连城县塘前学校，福建连城36600）

初中学生化学反应三重表征思维整体设计实践

邓锦松1吴海滨2
（1.连城县教师进修学校，福建连城366200；2.连城县塘前学校，福建连城366200）

鉴于三重表征是一个整体以及初中教材表征物质及其转化的方式有一定的阶段性和顺序性，提出培养初中学生三重表征思维的教学应把三重表征当作一个整体和立足于整个初中化学教学内容对其进行设计，并进行了相应的实践。

初中化学；三重表征；整体设计；教学实践

“从‘宏观——微观——符号’三种表征水平上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”，［1］即称之为三重表征思维。三重表征是一个整体，“如果学生能整合三重表征进行学习，那么其会提升自身对化学概念的理解，提高化学学习的水平”。［2］初中化学是化学教育的启蒙阶段，决定了教材（沪教版，下同）表征物质及其转化的方式有一定的阶段性和顺序性，如化学反应的表示方式经历了文字表达式、符号表达式和化学方程式等阶段，而对化学反应微观实质解析的实例则很少。因此，培养初中学生三重表征思维的教学，一要根据初中化学的内容特点，把三重表征当作一个整体，引导学生从“宏观——微观——符号”三种水平上认识和理解化学知识，并建立三者之间的内在联系；二要立足于整个初中化学教学内容，将有利于三重表征思维形成的教学内容组成一个教学系统，从分析各阶段化学知识对培养三重表征思维的价值和学生心智发展历程出发，对其进行整体设计。文章就培养初中学生化学反应三重表征思维的整体设计作一些探讨。

一、整体设计文字表达式教学

身边的化学物质是化学学习的开端，也是培养学生化学反应三重表征思维的开始。本章集中学习了氧气、二氧化碳、水的性质和用途，所出现化学反应用文字表达式表示，并在文字表达式下方标注物质的化学式。文字表达式是化学反应的“中文”表达，简洁地反映了化学反应的反应物、生成物和反应条件，是对化学反应宏观表征的一种浓缩，是书写化学方程式的基础。因此，教学中不要把文字表达式孤立化，而要提供机会、创造条件增加学生对化学反应宏观表征的体验，引导学生建立化学反应宏观表征与文字表达式的联系，同时，兼顾与化学符号的联系，促进反应文字表达式的记忆与理解，为化学方程式的书写打下基础。

案例1实验室用高锰酸钾制取氧气的反应原理的教学设计

①向学生巡展高锰酸钾，并介绍高锰酸钾是常用的消毒剂。

②加热少量的高锰酸钾固体，用带火星的木条检验生成的气体。

③问题思考：加热高锰酸钾之后的固体剩余物是什么，是一种物质还是两种物质？

④播放“分离高锰酸钾分解剩余物”的微课。

⑤巡展锰酸钾和二氧化锰，让学生观察其颜色和状态。

⑥学生书写高锰酸钾加热分解的文字表达式。

⑦PPT展示图1内容。

图1 高锰酸钾加热分解的宏观表征与文字表达式的联系

设计说明：通过①②③④⑤丰富高锰酸钾分解的宏观表征。通过⑥建立高锰酸钾分解宏观表征与反应文字表达式之间的联系。通过⑦将这种表征方式外显化，实现高锰酸钾加热分解宏观表征与文字表达式之间联系在学生头脑中的内化。

二、整体设计有关水的知识内容教学

教材在第2、3、4章中都出现了有关水的知识，第2章通过水的分解和化合说明了水的组成；第3章通过水分解的微观示意图，从微观层面上诠释了化学反应的实质，说明了分子与原子的区别；第4章从水分解化学方程式书写中说明了有气体放出的反应要在生成气体的右边用“↑”标明。这三章分别从宏观、微观和符号三个层面表征了水分解的反应，教学中，笔者与一线教师一道将三者串在一起进行整体设计，实践中发现，对促进学生化学反应三重表征思维方式的形成起到了很好的效果。

案例2化学反应三重表征思维形成的整体设计

环节一水的组成

①教师演示电解水的实验，学生观察、描述实验现象。

②师生一起检验生成物。

③学生书写反应的文字表达式。

④回忆第1章中“加热葡萄糖、砂糖、面粉”实验中的启示（通过化学变化可以变成其他物质，但反应物及生成物中应含有同种元素）。

⑤从电解水的实验中可以得出水的组成吗？你的依据是什么？

⑥PPT展示图2内容。

图2 电解水宏观表征与文字表达式的联系

环节二原子

①回忆电解水的实验现象，并写出电解水反应的文字表达式。

②问题引导：构成水、氧气、氢气这三种物质的微粒是什么？你能画出它们的微观示意图吗？

③问题引导：水通电时，水分子是怎样变成氢分子和氧分子的呢？你能够用水分子、氧分子、氢分子模型展示出来吗？

④问题引导：在拆解的过程中，为什么要用到两个水分子的模型呢？

⑤学生讨论教材中的“交流与讨论”栏目内容。

⑥PPT展示图3内容。

图3 电解水的微观表征与化学反应的实质

环节三化学方程式的书写

①请学生描述电解水的实验现象。请根据所学的知识写出能表示电解水这一反应的方式。

②展现学生书写的情况如下：

a．水在通电的条件下生成氧气和氢气。

b．水■→■■■■■通电氢气+氧气

c．H2O■→■■■■■通电H2+O2

③评价以上哪一种方式能从定性和定量方面准确地描述化学反应，并评价其优缺点。

④从学生说的只有“d”情况能准确地从定性和定量方面描述电解水的反应，但很麻烦出发，要求学生把微观示意图转化成化学符号，然后告诉学生这个就是表示电解水的化学方程式。

⑤讨论：水电解的化学方程式中蕴含着哪些意义？

⑥PPT展示图4内容。

图4 电解水的三重表征

设计意图：在水的组成的教学中，通过实验，体验电解水反应的宏观表征，并将宏观表征融入到反应的文字表达式中。在原子的教学中，以电解水的宏观现象和反应的文字表达式为基础，借助微观模型，学生在拆解、组装的过程中，使抽象的、不可视微观过程直观化，实现对化学反应微观实质的建构，同时也完成电解水的宏观表征到微观表征的转化与融合，并将这种融合通过PPT外显化。在化学方程式的书写中，学生在微观示意图转化成化学方程式的过程中，实现了微观到符号的连接，并在讨论电解水方程式的含义和PPT的展示中，将电解水的宏观现象、微观过程等都有机地融合在化学方程式中。

三、运用三重表征，整体设计化学教学

经过上述以电解水为中心，从宏观、微观、符号及其三者之间的内在联系上认识电解水的反应，学生虽然初步建立了化学反应三重表征的思维方式，但学生对三重表征间的联系还不稳固，三重表征之间的切换也不熟练。因此，在后续的教学过程中，教师要有运用三重表征整体设计教学的意识，从三重表征典型实例出发，如铁的冶炼原理、溶液的均一性和导电性、酸碱的性质和中和反应等，创造性地使用教材，整体设计教学，帮助学生形成用三重表征的思维方式学习和理解化学知识的方法，提高化学学习的水平。

案例5铁的冶炼反应原理的教学设计

问题导入：工业上如何将铁的化合物（Fe2O3、Fe3O4）转化为铁（Fe2O3、Fe3O4→Fe）。

猜想：寻找一种能将铁的氧化物中的氧元素夺去的物质，就可以实现。

演示实验：一氧化碳与氧化铁的反应。

实验观察：红棕色粉末变成黑色物质，澄清石灰水变浑浊，黑色粉末能被磁铁吸引。

问题思考：产生上述现象的微观本质是什么？

播放视频：播放“一氧化碳与氧化铁反应”的微观动画视频。

问题思考：从上述的视频中可以发现，一个一氧化碳分子只能结合一个氧原子，同时转化为二氧化碳，氧化铁中的氧原子被三个一氧化碳分子夺去之后生成了铁。那么，这个过程如何用化学方程式表示。

问题思考：①从这个化学方程式，你能提取出相应的微观与宏观信息吗？②试写出Fe3O4与CO反应的化学方程式，并说说它的宏观和微观含义。

板书设计：

图5 铁的冶炼反应原理的三重表征

设计意图：通过比较铁的氧化物与铁的元素组成，猜想铁的冶炼原理，运用实验证实猜想，并体验铁的冶炼反应原理的宏观表征，然后将宏观实验现象背后蕴含的微观本质转化为驱动性问题“产生上述现象的微观本质是什么”，让学生想象铁冶炼的微观过程，再播放“一氧化碳与氧化铁反应”的微观动画，突破学生对微观表征的相异构想，建立起铁的冶炼反应原理宏观现象与微观本质的联系，之后，学生在书写化学方程式和揭示化学方程式意义的过程中，将该反应的宏观表征和微观表征都统一到符号中。最后，要求学生写出Fe3O4与CO反应的化学方程式，并从方程式出发，要求学生描述该反应的宏观现象和揭示其微观本质，强化了化学方程式在宏观表征和微观表征的中介作用，实现三重表征有效融合与转化。

“在过去的30年，化学三重表征已经逐渐成为最有影响力、最富有创造性的思想之一”。［3］目前，我国化学教育工作者对高中阶段三重表征思维培养策略的实践研究较多，而对初中阶段的研究则很少。初中阶段是三重表征思想形成的奠基期（九年级上册）和建构初期（九年级下册）的关键时期。［4］初中化学的启蒙性质，决定了培养三重表征思维策略有别于高中阶段，有其自身的独特性，课题组教师将继续关注培养初中学生三重表征思维的研究，为提升初中化学教学质量提供一种参考。

［1］林秋成.利用三重表征训练提高学生问题解决能力的实践研究［J］.化学教与学,2014（9）.

［2］［3］张丙香,毕华林.化学三重表征的含义及其教学策略［J］.中国教育学刊,2013（2）.

［4］杨梓生.对“宏观——微观——符号”三重表征思维及其培养的认识［J］.中小学教材教学，2015（7）.

（责任编辑：张贤金）

福建省教育科学“十二五”规划2015年度课题“培养初中生定量观的教学研究”（项目编号：FJJK15-495）。