化学三重表征在复习课上的应用

化学三重表征在复习课上的应用

作者：刘琳琳 杨天林

来源：《教育教学论坛》2016年第35期

摘要：化学三重表征分别是：宏观表征、微观表征和符号表征。近10年来，化学三重表征逐步进入我国中学化学课堂，帮助教师引导学生进行化学知识的意义建构。但是由于其引进时间不长，仍存在一些理解上的偏差，本文利用三重表征架构分析高中复习课常见问题，并提出针对性建议。

关键词：三重表征；高中化学；复习课

中图分类号：G427 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）35-0172-04

作为研究化学范畴内教育问题的化学教育长期依附两门上位学科——化学和教育学，其自身的研究仍处于演绎借鉴阶段，理论化程度较低，缺乏独立自觉的理论研究基础与体系，并且化学教育在理科知识基础上又融入教育学、心理学等相关内容，不再只是单纯的自然科学。我们不妨选择从化学表征的本源出发，采用社会科学研究方法分析这种实在科学，总结相关事件的规律[1]，借助化学的三重表征系统，帮助学生获取科学概念，掌握科学过程，理解科学本质，发展科学视角，构建科学思维。 一、三重表征的含义

化学家依靠各种各样的物质模型来描述、解释和预测化学物质及反应过程的性质。化学学科知识的内容特点决定了在化学学习中，学习者必然要从宏观、微观和符号三尺度对物质及其变化进行多重感知，进而在心理上形成化学学习三重表征（宏观表征、微观表征和符号表征）。表征或表征系统，是人们知觉和认识世界的一套规则[2]。

化学的宏观表征即能观察到的化学变化，如颜色变化、水溶液pH值和反应产生气体或沉淀物等等；微观表征为原子、分子和离子反应提供解释。例如，在锌粉和硫酸铜置换反应中，微粒水平上锌粉转化为锌离子，而铜离子变为金属铜；符号表征则是化学研究和交流的工具，沟通了宏观与微观，涉及化学学科中所使用的符号、公式和方程，以及分子结构图、图表、象征物模型与计算机动画[3]。例如，酸碱中和反应，其化学方程式为NaOH+HCl=NaCl+H2O，通过方程式除了展示出反应发生过程外，还给出参加反应的物质的量，即1摩尔氢氧化钠与1摩尔氯化氢反应，产生1摩尔氯化钠和1摩尔水（宏观表示），同时，化学方程式也在微观层面表明，一分子氢氧化钠与一分子盐酸反应生成一分子氯化钠和一分子水。

化学学习三重表征以建构主义为指导思想，引导学生通过自己对知识的认识、结合自己的心理结构与信念来建构知识，该过程具有自觉性、主动性、他人无可替代性。通过三重表征能够更好地探讨如何引导学生对知识的整合水平由宏观进入微观，而后抽象为符号认识，进而理

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解化学反应本质，提高科学素养，是一种新的化学学习范式。作为化学教育研究的理论基础，指导着世界各地化学教育工作者的课程、软件、教学研究[4]。

德国哲学家康德提出：除非头脑中有必要的相关知识概念，并能使用它们，对感知到的事实真理进行整理分析，并得出相应结论，否则你不可能学会任何东西[5]。建构包括结构性知识及大量的非结构性经验背景。由化学三重表征入手，从基础出发，才能使得科学教育真正地为提高全民素养服务。

二、三重表征复习课应用策略

复习课较之新授课而言，学生已经初步掌握了相关的知识及特性，我们所要做的就是查遗补缺，加强知识应用，密切课本知识与实际生活联系，提高学生知识系统化程度，而三重表征正是帮助学生进行不同认知层次知识转化的重要范式。如何引导学习者深化三重表征思维建构的过程如图1所示。

结合学习过程分析，学生理解三重表征困难的原因主要是以下三方面：（1）微观表征抽象且具有不可视性，学生思维受已有宏观观察经验所影响，难以理解微观表征；（2）概念深化过程中所需知识较为艰涩，难以激发学生学习动机；（3）学生概念性知识有限且空间想象能力贫乏，难以将一种表征转化为另一种表征[6]。调查表明，很多高中教师在教学中没有联系三种表征，进行不同表征间转换的训练，忽略了引导学生完成内部联系的探究，不利于促进概念深化。

（一）合理使用化学视觉语言，帮助微观世界可视化

学习化学知识是一项复杂的认知活动，而―00后‖中学生习惯于诸如―微博‖、―朋友圈‖等即时性、碎片化阅读，不善于建立系统的知识结构，使得其认知方式偏重感性化，缺乏足够的辨别能力与空间思维[7]。对于可见的宏观现象，新授课通过实验可以给学生对化学性质与现象最直接的认识；复习课上并没有很多时间给我们做实验，也可以使用虚拟实验室以及相关习题，重复记忆帮助学生回顾，加深现象记忆与理解。但是微观世界具有肉眼不可见性，如果学生不具备微观构想能力，很难将宏观现象与微观本质联系起来。鉴于学生特性我们需要通过一系列的教学手段，吸引学生感官，确保学习的有效性与持久性，才能完成相关素养的提高。视觉作为接受信息的第一道大门，毫无疑问是我们研究的重点。化学的视觉语言是通过化学符号和图标来表示化学物质和过程的性质和行为，例如物质的成分（如H，O，H2O），或其属性和行为（如+，g，→），并开发新模板以促进概念理解与程序推理（如描述化学反应）。另一方面，我们依据一些对象或事件设定图标模型表示物质（如原子的空间排布或分子球棍模型），虽然是用符号组成该系统的骨架，但代表了模拟分子的三维结构，提供特定水平的视觉-空间信息和解释[8]。综合利用微观模拟与符号表征，增强了微观世界的可视化和宏观描述的标准化，给了学生观看微观世界的―眼睛‖和描述化学世界的语言，使抽象过程形象化，同时把宏观现象跟微粒运动联系起来，深化学生对物质组成及性质辩证关系的认识。例如，对于难以观察的微粒，我们选择采用PS、Chemdraw等软件制作粒子图像，通过Flash动画模拟电子流

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动过程，让学生直观感受化学反应微观运动过程，得到具象化知识，再通过符号表征规范对反应原理的解释。建议使用立体图标设计微粒形象（见图2），配合学生爱好，调剂枯燥的复习生活令学生易于接受。

（二）网络化整理概念，加强认识知识间联系

复习中我们首先对之前所学的知识进行一个简单回顾，定义概念框架为对相关理论基础的整合情况和研究结构的视觉表征；而后定义概念框架为针对整个研究过程中所有关键成分的研究目标、文献、理论、方法和研究发现解读的一种整合方式[9]。最后给出方法，升华思想，进行阶段性总结。然而本过程中，所需知识储备量需求较大，学生很难把握，所运用的知识也距学生最近发展区较远，易造成学生学习动机萎靡。动机受到兴趣、自我效能、归因和目标取向等方面的影响，故而我们要抓住以下四点来进行课程编排：（1）选择一个中心概念作为主题。（2）课程主题沿中心树状展开。（3）为各分支编制简练的关键词。（4）分支机构之间有结构关系。可以很好地帮助学生概化知识，形成上位认识[10]。这里我们以电解池的复习为例，通过图3所示的思维导图构建概念结构，具化思维，使化学知识更加具体，令学生有一个更加直观的认识，并留下较浅的悬念，给了探究余地，进而从―求知‖且―可行‖两处入手激发学生学习动机。

通过一系列的回顾总结，为学生实现观念转变提供契机与可能，也是学生进行反思与转化的重要环节；并且复习、综合了已有知识，加深理解进而得出结论，获得科学理念，实现由原有的错误或片面观念向完整科学观念转变的过程；另外学习者在完善思维导图的过程中又一次复习了所需知识，构建知识间多层次、多角度的联系，有效地帮助学生完成三重表征之间转化。

（三）合理运用综合知识，促进三重表征交互联动

处理化学知识时，如果我们认为它们是纯粹的现象，那么我们可能会倾向于将它们归为宏观水平；如果我们认为它们是描述、解释和预测的模型，就易认为它们在微观或符号水平，如何连接它们成了化学教育的难点。个体凭借概念形成理论，并使用更狭窄的二次概念对理论进行次级范畴化[9]，三重表征的相互转化就是次级范畴化的过程。在化学学习中如果学生能自动地完成转换，在三者间自由地互通表征，做到由表及里、由此及彼，那么我们就可以判定学生能够利用三重表征进行化学知识的意义建构，成功内化知识。例如，当学生面对可见的化学变化时，能够自发地运用已有知识去理解并解释它的微观本质，并用化学语言来表示它；而处理化学符号表征时，可以自觉地导出其相应的宏观表征和微观表征等等。但是，如果学生无法自发地在不同表征间进行信息转换，就需要教师在复习过程中对学生的已有知识结构进行升级，提高学生对不同表征进行转化的意识和能力。首先，教师在教学过程中要培养自己的三重表征教学意识，强调三重表征转换的重要性，引起学生的关注，并配合典型的转换范例，突出其在化学学习上的意义，使学生亲身体验到三重表征的实用性，激发学生运用三重表征的动机；其次，在教师创造性地使用教材、深入研究挖掘各知识点的三重表征联系的基础上，还要求教师使各知识点三重表征外显化，即将潜在的三重表征过程用一种合适的、可观测的、可重

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复的形式呈现到学生面前。在此过程中，教师应由浅入深，注意控制―三重表征应用学习范例‖的展示程度：在帮助学生三重表征思想构建的初期，尽量将完整地学习过程传达给学生，并注意与学生交流学习感受与收获且制定一个评价方案，规范操作，引导学生系统化地进行训练；当学生的三重表征能力达到一定程度时，应逐步减少标准学习过程的展示，鼓励学生自己寻找属于自己的学习方法；而后，教师要尽可能多地为学生创造亲自运用三重表征的机会，创建一个有利于进行三重表征的学习情境；最后我们还要因材施教，选择、编制一系列综合性习题，对学生的掌握程度进行检测[6]，形成校本化的知识结构及训练体系。这里我们以一道原电池综合题为例。

本题取自美国高中主流化学教材《Glencoe Chemistry-Concepts and Applications》（McGraw，2002）第606页实验，这里我们将实验改为实验题，本题涉及多层次表征讨论，并定量地进行计算，联通了三重表征运用，以期帮助学生构建完整的科学思维。该原电池组成较复杂，初学者很难直接看出电路组成，适合复习阶段学生拔高训练，且其中涉及跨学科知识，更好地帮助学生科学思维构建。 三、结论

三重表征学习方式的培养是一个长期过程，其形成不能仅仅依赖于教师的讲解，还需要学生在学习过程中亲自运用并体验它，使其逐步内化为自己的学习方式。通过上面的讨论，我们已经对三重表征在复习课上的运用有了初步的认识，首先它能够帮助复习阶段的学生进行多层次知识分类讨论，完成知识与技能的再次内化；其次随着三重表征的运用，学生逐步理解知识由浅入深，由表及里，有具体到全局的深化，逐步获得较上位的二次理论，理解了知识发展过程，找到属于自己的学习方法，学会了如何学习，促使学生―终身学习‖意识养成；最后，通过一步步地学习与训练，引起学生学习动机，更是培养了学生的科学探究能力，完善了受教育者科学素养的构建，使得学生在学习中潜移默化地完成了自己情感态度价值观的建设。 三重表征近几年流行于高中化学教学，对于―校本教材‖的开发具有极大意义。掌握化学三重表征方法，不仅使得学生分门别类地处理化学知识，还能够引导学生综合理解各方面化学知识，也只有掌握了三重表征，才能使学生把宏观现象和微观本质以及化学符号三者有机地联结起来，帮助学生认识、理解化学科学本质。 参考文献：

[1][德]马克斯·韦伯（Max·Weber）.社会科学方法论[M].韩水法，莫茜，译.商务印书馆，2015.

[2]施良方.学习论[M].人民教育出版社，2001.

[3]A.L.Chandrasegaran，David F.Treagust，Mauro Mocerino. An Evaluation of a Teaching Intervention to Promote Students’ Ability to Use Multiple Levels of Representation When Describing and Explaining Chemical Reactions[J].Res Sci Educ，2008，（38）：237–248.

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