关于化学教学中运用三重表征提升学生“宏微”核心素养的思考

罗秀华

摘要：化学学科的发展经历了宏观到微观的过程，化学符号是全世界通用的化学语言，也是连接宏观与微观的桥梁。“宏观辨识与微观探析”是化学核心素养的首要维度，它与三重表征一脉相通，都是基于宏观、微观、符号对物质进行的探究分析。本文解读了化学三重表征与“宏观辨识与微观探析”学科素养的关系，讨论了通过在化学教学中使用三重表征提高学生“宏观辨识与微观探析”学科素养的方法和路径。

关键词：三重表征;“宏微”核心素养;方法和路径

中图分类号：G633.8  文献标识码：A文章编号：1992-7711（2021）10-070

《普通高中化学课程标准（2017年版）》[1]提出了“以发展化学学科核心素养为主旨”的基本理念，规定了 “宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知、科学探究与创新意识、科学态度与社会责任”5大化学学科核心素养。其中“宏观辨识与微观探析”核心素养（以下简称“宏微”核心素养）是化学核心素养中极其重要的一方面，是化学学科所特有的素养，它是指学生在学习化学的过程中，能够通过观察、辨识一定条件下物质形态及其变化的宏观现象，能够从物质的微观层面理解其组成、结构和形式的联系，并运用符号表征物质的变化。而所谓三重表征就是从宏观、微观、符号三种表征的角度去认识和理解化学知识，建立三者之间的有机结合与相互转化，是体现化学本质特征思维方式的有效途径[2]。从这里可以看出，三重表征和“宏微”核心素养之间是一脉相通的，它们在高中化学教学中的落实和应用，对促进学生认识化学本质，加深对化学知识的理解、应用具有重要的意义。

本文从三重表征的角度制定了探究实施策略，旨在通过基于三重表征呈现多样化的情境活动、重视三重表征的实验设计、关注三重表征搭建学习桥梁、利用三重表征构建多元化评价体系的方法和路径，提高学生“宏微”核心素养。

一、基于三重表征呈现多样化的情境活动，强化“宏微”核心素养水平

传统的化学课堂以教师为主，注重教师对知识的传授，教学内容和教学方法非常乏味，无法唤起学生对化学的学习兴趣，学生学习主动性不高，更谈不上化学素养的培养，而三重表征化学教学理论的应用实践，教师可以结合其教育理论本质，开发创新教学方法，基于三重表征呈现多样化的情境活动，帮助学生从多层次、多角度去理解化学知识，既可以化解化学抽象内容，又可以强化“宏微”核心素养水平。

例如，在教学《氧化还原反应》化学内容时，就可以基于三重表征呈现多样化的情境活动，旨在让学生通过多角度分析氧化还原反应，认识其反应的本质。

【活动1】利用信息技术手段，展示图片情境、提升宏观辨识素养

在教学的时候，展示生活中碳燃烧、钢铁生锈，实验室中氢气还原氧化铜、过氧化氢分解，盐酸和氢氧化钠的反应、钠在氯气中燃烧、工业上钢铁的冶炼的高清图片。

【活动2】设计多样化的符号表征情境从物质观、元素观、价态观多角度的表征分析氧化还原反应，具体任务如下：

⑴請你写出图片展示化学过程的化学方程式;

⑵从得氧失氧的角度分析表征反应;

⑶请你从化合价升降的角度分析表征反应。

【活动3】利用信息技术手段，播放动画情境、提升微观探析素养

电脑播放动画视频，将微观的知识可视化，让学生直观地观察钠原子与氯原子结合成氯化钠的过程和电子转移的过程，在微观展示的过程中，将知识情境化，引导其从化学变化的实质去思考，然后进一步从钠原子和氯原子的核外电子的排布和得失电子的难易程度的角度思考电子转移的具体情况，最后将反映前后元素化合价变化情况与电子转移进行一一对应，从而使其从微观上对宏观现象进行解析思考，激发化学学习兴趣，提升微观探析素养。

【活动4】利用单双线桥法表征氧化还原反应的本质，将宏观与微观落脚在符号表征上。

通过知识情境的真实展示，集中学习注意力，帮助学生运用三重表征进行学习整合，这样既可以加深对氧化还原反应的认识，还可以巩固三重表征思维方式，强化宏观、微观、符号等表征学习水平，进而强化“宏微”核心素养水平。

二、重视三重表征的实验设计，深化“宏微”核心素养水平

化学是一门以实验为基础的自然科学，通过化学实验的宏观现象得到物质的性质，进而了解物质的组成与微观结构[3]。但是，在实际实验教学中，以往都是教师演示，学生模仿，是一种被动探索、被动实验的过程，教学变得机械无意义，很难培养学生的“宏微”核心素养。为提高“宏微”核心素养，可以利用三重表征设计实验，让学生根据实验的直观展示进行自主实验探索，在主动探究、观察分析、交流沟通中，帮助其探测微观世界。

例如，在《钠及其化合物》教学中，教师可以让学生列举常见的含钠元素的物质，让学生进行互动交流，然后从三重表征的角度进行引导，设计以下教学环节：

【环节一】：认识钠单质

指导学生从原子结构预测钠的可能的性质，设计以下任务：

⑴观察钠和氧气的反应

让学生切开钠的外皮，观察新切开的钠的表面变化，然后指导实验，在空气中加热金属钠，观察实验现象并进行分析;

⑵探究钠和水的反应

指导学生从元素组成和氧化还原反应的角度预测反应产物，设计实验检验预测，动手实验，并分析其实验现象，验证预测;

⑶导学生根据以上真实实验和学习经过，归纳钠的物理性质和化学性质，解释钠的保存。

【环节二】：认识氧化钠和过氧化钠

让学生通过氧化钙的性质类比推测氧化钠的化学性质，并书写化学方程式，然后让学生根据氧化钠的性质，类比预测过氧化钠的性质，然后设计以下实验任务。

⑴指导观察脱脂棉包裹过的过氧化钠，滴加水后发生燃烧的实验;

⑵指导观察脱脂棉包裹过的过氧化钠，通入二氧化碳后发生燃烧的实验;

⑶指导归纳过氧化钠的化学性质，预测其用途;

⑷指导归纳研究物质性质的基本方法和程序。

通过三重表征的实验设计引导，在实验探究观察过程中，根据实验对比，让学生书写Na2O2与水反应以及Na2O2与二氧化碳反应的方程式，搭建符号学习桥梁，进行宏观辨识与微观探析，建立三重表征思维，从而强化学生对过氧化钠性质符号表征的认识，促使对过氧化钠知识有一个全面地认识。在实验探测过程中，建立符号表征关联，通过实验深化“宏微”核心素养。

三、關注三重表征搭建学习桥梁，增进“宏微”核心素养水平

化学符号是连接化学宏观现象与微观世界的桥梁。在化学教学中，为让化学符号学习变得有意义，教师要将化学符号的学习，运用于化学宏观辨识与微观探析的世界中去，充分发挥其中介连接的作用，强化宏观-微观-符号的联系，让学生学会从符号去认识物质的化学本质，学会依据宏观现象揭示微观本质，通过符号进行表示，在自由转化的过程中，培养三重表征化学思维，提升“宏微”核心素养。

例如，在《离子反应》的教学中，可以为学生提供铜片、石墨、氯化钠固体、氯化钠溶液、无水酒精等，让学生根据已有的知识，思考怎样才能使得小灯泡亮起来？学生通过回顾初中知识，设计导电性实验，然后动手实践，解释从微观角度探析物质导电的原因，最终得出电解质的概念，具体过程如下：

【任务一】自主设计实验探究物质导电性原因，具体过程如下：

⑴讨论导电的条件;

⑵观察导电性实验，描述现象，得出结论;

⑶用微观示意图画出氯化钠固体、氯化钠溶液、熔融氯化钠的存在形式;

⑷自主建构得出电离、电解质等概念;

⑸书写电离方程式;

⑹以Na2CO3、MgCl2等类型物质进行拓展练习;

⑺引入阿伦尼乌斯电离模型，明确电解质溶于水会自动解离成离子。

【设计意图】通过分析实验现象，培养学生的证据推理能力，将学生的思维借用微观示意图外显，提高“宏微”核心素养，发挥三重表征教学的优势。然后，通过化学中的科学模型，提高对电离概念本质的理解，进而基于电离产生的离子种类，从微观本质定义酸碱盐。

【任务二】结合电离方程式从电离的角度概括出酸碱的本质。

通过形象直观的感受，在宏观物质现象的观察与微观粒子行为的思考辨析过程中，建立相互转化的宏微联系，然后让学生自主建构电离模型，并推导出电离方程式的书写，根据宏微探索推导其符号表示，在宏微转化中，提高学生的探究能力和归纳演绎能力，增进“宏微”核心素养水平。

四、利用三重表征构建多元化的评价体系，提升“宏微”核心素养水平

评价作为教育教学环节的重要组成部分，为培养“宏微”核心素养，提高化学学习效果，在教学的时候，教师可以围绕化学三重表征构建一系列有层次的课堂活动进行点评分析，在关注学习过程表现的同时，按照强化意识-建立转化关系-形成表征思维模式-完善认知结构等程序进行过程点评，在多元点评中，使其内化知识，调整认知结构。

例如，在教学《葡萄糖的化学性质》时，旨在帮助学生认识和体会微观结构决定宏观性质的观念，使其能够从微观角度探析葡萄糖的结构，然后根据所学知识演绎出宏观的性质。在教学点评的时候，可以从宏观-微观-符号等表征进行学习深化，在多元点评学习内容的过程中，加深对化学知识的理解。具体过程可按照以下流程进行点评：

【学生1】从葡萄糖的结构，发现葡萄糖既有羟基又有醛基，应该具有醇类物质和醛类物质的通性，可以发生酯化、氧化、还原等化学反应，因此它可以与乙酸，新制的氢氧化铜、银氨溶液、氢气等发生反应。

【学生2】刚才的同学的推理非常正确，我也是这样认为的。

【学生3】刚才的同学的想法非常有道理，但是根据我的经验，多个有机基团之间，可能也会产生一定的影响，可能葡萄糖还具有其他的性质。

【教师】同学们的思考都很有道理，但是实践是检验真理的唯一标准，下面我们就来验证一下吧！

学生通过实验验证依据符号和微观结构推测出的宏观性质，最后发现大部分的推测是正确的，但是由于基团之间的相互影响，葡萄糖也有新的性质。

这样运用三重表征构建多元化评价体系让学生先进行自评和互评，教师就此过程中所涉及到的问题，以及问题解决是否完善进行点评分析，在三重表征构建的多元化评价体系评价中使其形成宏微思维，提升“宏微”核心素养水平。

综上所述，化学三重表征的形成具有一定的顺序性和阶段性，其思维方式具有稳定性、阶段性、迁移性的特性。教学中应结合具体教学内容和学生的思维发展进程，从学生认知水平出发，灵活运用教学方式、手段，通过基于三重表征呈现多样化的情境活动、重视三重表征实验设计、关注三重表征搭建学习桥梁、利用三重表征构建多元化评价体系等方法，诱发、引导学生主动运用三重表征全方位、多层次地描述宏观现象以及微观机理，强化三重表征学习理论在学生大脑中的印象，增强三重表征能力，进而提升“宏微”核心素养。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准（2017版）[S].北京：人民教育出版社，2018：89-92.

[2]黄超楠.基于三重表征的高中化学离子反应教学设计与实践[D].开封：河南大学，2020.

[3]耿君.高中化学三重表征教学模式的建构与实践研究[J].化学教学，2019（9）：46-50.

（作者单位：广东省深圳市沙井中学，广东 深圳 518104）