化学符号在实验教学中起到“宏观—微观”关系建立的桥梁作用

陈文红

【摘要】“微粒观”是重要的化学学科基本观念之一，对“微粒观”的考查主要体现在宏观现象微观分析中，简称为“宏观—微观”的运用。但是，化学学科的三重表征“宏观—符号—微观”是不可分割的、互相统一的。在教学中，教师应重视化学符号对建立“宏观—微观”的桥梁作用。

【关键词】三重表征;“宏观—微观”运用;化学符号;元素化合物实验教学

道尔顿和阿伏加德罗等人的研究得出一个重要的结论：“物质是由原子和分子构成的，分子的破裂和原子的重新组合是化学变化的基础。”“在化学变化中分子会破裂，而原子不会破裂，但可重新组合成新的分子。”原子论和分子学说的创立是奠定近代化学的基础。

毕华林教授在《化学基本观念的内涵及其教学价值》一文中提出了化学学科“基本观念”。其中，“微粒观”是重要的学科基本观念之一，并对“微粒观”的重要概念做了较完整的表述。初中毕业水平测试中，在评价学生观念素养方面，也重视“微粒观”的考查。一线教学中，对“微粒观”重要概念的讨论及如何建构“微粒观”的教学探讨如雨后春笋，厚积薄发。

一、学生在运用“宏观—微观”的思维方式“断层”

根据《义务教育化学课程标准（2011年版）》及《广州市义务教育阶段九年级化学学科单元学业质量评价标准（试行）（2017年版）》，在初中阶段，学生的“微粒观”达成的重要评价观点可以归纳为以下两点：（1）能够从微粒的角度（质量和体积都很小;微粒之间有间隔;不停的运动）解释一些宏观现象;（2）能用模型化的方式用微粒的观点去理解物理变化及化学变化的本质（能看懂、会描述），能用模型、动画等建立宏观物质与微粒之间的联系（能分析解释会运用）。

1.对中考“用微粒的观点解释或分析物质组成及其变化”的考查分析

以广州市2021年初中化学毕业水平考试中第16题（2）为例：

这一题目以“盐酸与生锈铁钉发生反应”这一宏观事实展开了“微粒观”的一系列考查，包括用模型表示反应后生成物的微粒、判断混合液中的反应和钙离子检验（离子的性质）、利用化学方程式的计算（基于粒子从量的角度认识化学变化）。

考生在第（2）小题的答题过程出现的问题：

（1）无法确定构成氢气、氯化氢的微粒。考生的典型错误答案：构成氢气的微粒是，构成氯化氢的微粒是;

（2）在根据宏观现象分析盐酸与生锈铁钉反应后生成物的微粒构成时，缺乏或者不熟练通过先分析反应后写出化学方程式的方法来沟通“宏观—微观”的關系。

2.对正在学习“微粒观”的学生展开的调查分析

在完成人教版初中化学上册第3单元“物质构成的奥秘”和第4单元“化合价与化学式”的教学后，选择两次单元测验成绩平均为55分（满分100）左右的学生（共60名学生）进行以下三个问题答题情况的调查。

调查结果统计如下：

在对新学阶段学生的反馈调查中，出现了典型错误答案，如，“水是由2个氢原子和1个氧原子构成的”“氯气由氯原子构成”“氯气由氯离子构成”等。这反映了学生在解答“宏观—微观”类的题目时，其思维方式是直接将宏观物质与微观知识对接，没有用好化学符号对解答“宏观—微观”类题目的桥梁作用，甚至完全没有想到可以用化学符号作为分析的立足点。

从表格1-3的统计数据中可以看出，写出物质的化学式或反应的表达式后再画出微观示意图的，比起没写出物质的化学式或反应的表达式就画出微观示意图的，学生答题的正确率明显要高出一截。后续对部分学生进行了访谈，发现学生在理解化学变化的微观本质时，学生是知道“反应物的分子分开成原子，原子重新结合成新的分子”这个知识点的，但是却常常不知道或者不会，通过写出物质化学符号进而分析物质的组成，从而再判断“新分子”的构成并画出模型图。也就是说，学生对微粒的知识处于“知道懂得”，但是却不会“分析运用”，而这中间缺少的思维方式，正是通过用化学符号分析物质组成，用化学符号作为“宏观—微观”的桥梁。

二、教学中重视化学符号对建立“宏观—微观”的桥梁作用

对中考“微粒观”的考查要求及对考生的答题分析，对新学阶段学生的“微粒观”运用的反馈调查分析。基于以上两个方面的分析，可以发现学生建立的“宏观现象—微观分析”思维方式，是缺乏以符号作为桥梁的。也就是说，学生的知识建构中，“宏观—符号—微观”三重表征不能统一，学生在理解分析有关问题上做不到三重表征“互通”。基于此，笔者提出了在教学中应重视化学符号对建立“宏观—微观”的桥梁作用。这也是笔者将“符号”放在三重表征关系中间的原因。

化学式的教学中要体现“宏观—符号—微观”三重表征的思维。人教版九年级化学上册第四单元课题4“化学式与化合价”，对单质的化学式书写及对化合物的书写的教材内容编写都是文字表述。例如，稀有气体用元素符号表示，如，氦写为He，氖写为Ne;非金属气体在元素符号右下角写上表示分子中所含原子数的数字，如O2;在书写化合物的化学式时，除要知道这种化合物含有哪几种元素及不同元素原子的个数比外，还应注意以下几点：

1.当某组成元素原子个数比是1时，1省略不写

“宏观—符号—微观”三重表征思维统一，不是将每一版块的相关知识要点学完就可以建立的。要建立“宏观—符号—微观”三重表征思维，要达到“宏观—微观”的熟悉运用。因此，教师要在新授课化学式的教学中把物质的构成与化学式的意义联系起来。学生能吃透物质的组成，这既是“宏观—微观”运用时的重要砖瓦，也建立了一定基础的“宏观—微观”的思维方式。笔者提出的教学建议如表2-1所示。

这样设计的优点：（1）微粒构成示意图与符号对照关系直观明了。例如，“O2”符号中右下角的数字含义，就是分子结构中该原子的个数。直观的对照展示，让学生更容易理解符号与微粒构成的关系。

（2）表格中加上物质所属类别，有助于学生建立更牢固的思维方法。例如，很多学生在判断氯化钠构成的微粒时完全没有头绪，往往想不到是离子构成，这就是缺乏思维方式的体现。而表2-1的教学设计，能够帮学生建立起来的思维方式，首先分析组成元素的类别分别是金属元素与非金属元素，在结合时金属元素的原子失去电子成为阳离子，非金属元素的原子则得到电子成为阴离子，阴阳离子按照一定的个数比例相互结合，其离子个数比体现在其化学式中。

以上述的设计展开教学，学生能够通过“化学符号”对物质组成进行分析，更好地建立“宏观—微观”的关系，真正把“宏观—符号—微观”的三重表征在思维上统一起来。

2.元素化合物的实验教学中要训练“宏观—符号—微观”三重表征的思维

实验是化学的重要基础，许多重要的原理、定律的建立都是通过实验得到的。以人教版九年级初中化学为例，一共设置8大学生实验活动，其中，元素化合物的实验有4个，占率达50%，而在酸碱单元中共设置10个教师演示实验，无一例外全部是元素化合物内容。可见，元素化合物的实验课在初中阶段的重要性。元素化合物的实验目的往往更注重对宏观物质的性质学习，但是对学生的考查评价却不仅仅是物质的变化和性质，往往会以常见物质的性质及其变化为载体，以“宏观—符号—微观”三重表征的模式来考查和评价学生。

在人教版初中化学的教材中也有体现“用模型在宏观物质与微观粒子之间建立联系”，下表2-2是第三单元“物质构成的奥秘”后各章节出现的微粒观模型教材。

从表2-2可知，“微粒观”基本观念的形成是在后续教学中不断巩固和深化的，并且体现了“用模型在宏观物质与微观粒子之间建立联系”的教学目标。但是从教学效果分类上看，人教版选材的微粒模型图达成的教学作用还是有所欠缺，主要体现在对宏观“量化”事实的解释及化学符号对“宏观—微观”桥梁作用的缺失。

教师要主动在元素化合物的實验教学中挖掘适合的素材，加强化学式、化学方程式等化学符号对“宏观—微观”的桥梁作用，进一步整合并训练学生“宏观—符号—微观”三重表征的思维。笔者将提出的部分元素化合物的实验教学建议在表2-3呈现出来。     ;                    （下转第23版）（上接第22版）

表2-3 人教版九年级化学部分元素化合物的实验教学建议

以上四个元素化合物的实验教学建议，意在鼓励教师在授课中，主动挖掘宏观知识背后的微观意义，主动帮助学生建立“宏观—微观”的过程分析思维，用好化学符号的整合作用。

总之，“宏观—符号—微观”三重表征是统一的，作为最具化学学科特征的思维方式，三者是不能分割的。如果将“宏观表征”和“微观表征”归属于表述性描述性的表征，那么“符号表征”则可以认为是公式性的可量化的表征。所以，在教学中要重视化学符号起到的思维作用，用好“化学符号”连接“宏观—微观”的桥梁作用。

[本文系广州市海珠区教育科学规划2021年教师专项课题“基于教学评一体化的初中化学实验教学研究”（课题编号：2021C033）的研究成果]

参考文献：

[1]教育部.义务教育化学课程标准（2011年版）[S].北京师范大学出版社，2012.

[2]毕华林，卢巍.化学基本观念的内涵及其教学价值[J].中学化学教学参考，2011（6）：3-6.

[3]黄婕.“宏观—微观—符号”三重表征的化学学习研究[D].山东师范大学，2005.

[4]王丽秋.初中化学实验教学功能研究[D].内蒙古师范大学，2015.

[5]赵璐.初中化学微粒观学习进阶的教学实践研究[D].新疆师范大学，2017.

[6]戴光宏.基于化学核心观念教育的教学内容分析和教学目标设计[J].中学化学教学参考，2012（3）.

责任编辑  温铁雄