巧用图像表征解决化学问题

朱 勇

（江阴市青阳中学 江苏 江阴 214401）

视觉文化日益受到关注的今天，图像已逐渐取代文字，成为传达信息最重要的手段之一，在教育传播领域也表现出同样的趋势。图像虽然不像文字描述、数值显示那样直接传达某一方面的信息，但它能提供给我们大量多方位、多角度的总体性信息。如果在化学教学中巧用图像表征方式，可以有效地提高学生分析问题、解决问题的能力，同时还能培养和发展学生的创造能力。

一、为什么要用图像表征解决化学问题

1．化学学科的特点

化学学科的知识是以化学基本概念、化学反应原理和化学实验操作技能为支柱的网状结构， 语言描述、数值显示和图像显示是学习化学时的三种表征形式。化学基本概念和化学反应原理基本是通过语言描述呈现，它可以在不进入具体数值的详细分析下给人们提供一般信息概况。但化学是一门以实验为基础的科学，很多化学反应的原理、现象和结论需要通过具体的数值来表示化学反应的详细情况，无论是语言描述还是数值显示，提供的化学信息都比较单一，缺乏全面性和总体性。图像表征则可以一次性提供给我们化学反应或化学现象的大量的、过程性和总体性的信息。例如监测某地区的雨水，分析当地污染情况，通过图像可以一次性提供各时间段降雨强度、雨水的pH值，雨水中的主要污染物等信息，有利于对当地环境污染进行整体性和开放性的研究，这是语言描述和数值显示无法一次性就达到的。

在化学学习和研究中必然要用到上述三种表征形式，从人类认知的层面来看，图像表征具有两个根本特征： 一是可以直接提供跨越诸多抽象层次的信息；二是可以给研究者提供对象的大量信息［1］。化学学科与其他学科联系密切， 所呈现的知识覆盖面广，而且知识点多、细、琐碎。在化学学习和研究中运用图像表征，不仅可以对现有单一的、零散的知识进行整合重组，形成知识网络，而且还能将这些多层次的抽象知识转化为可以直接得到的，并能立即反馈应用的知识，有利于创新思维的形成。

2．图像表征对学生思维发展的作用

图像表征并不是原封不动地将原有知识进行同化，而是通过知识间的本质关系和意义，归纳抽象出同一层次的结构性知识，因而将看似无关的知识形成了逻辑上的必然联系。授之以鱼不如授之以渔，如何让学生自动地利用大脑中已有的知识储备，快速有效地解决实际问题，图像表征即可以很好地驱动大脑中的知识。

（1）图像表征使信息集中化

根据物质的组成对物质进行分类，可以将物质分为混合物和纯净物， 纯净物又可以分为单质和化合物，单质还可以分为非金属单质和金属单质，化合物还可以分为无机化合物和有机化合物……学生单靠文字识记有一定困难，通过图像表征可以把诸多信息集中起来，形成知识网络结构，利于学生构建知识体系，便于大脑调动利用。

（2）图像表征使问题清晰化

化学实验中面临许多复杂问题，这些问题错综复杂而又环环相扣，迷惑性很大。学生遇到这样的问题望而却步。图像表征可以对现有信息进行分析、筛选、加工，和学生大脑中已有的信息进行重组、建构，大大简化了学生对模糊信息或不完整信息的破译［2］。让学生在“山穷水尽疑无路”中发现“柳暗花明又一村”。

（3）图像表征使思维最优化

学生在遇到具体问题时，大脑中往往会形成多种方法，并对这些方法平行加工。但现有的知识储备使得学生在同时处理多种信息的时候困难重重，也无法集中注意力去解决最关键的问题。图像表征作为一个知识网络储存在大脑中，直接为学生提供了解决问题的“心理捷径”，减轻思维的负担，使思维最优化，大大提高了解决问题的效率。

二、图像表征帮助学生解决问题的实施策略

1．学生“看图”感知图像表征的便利性

［例1］一定物质的量浓度溶液的配制中，关于容量瓶读数误差分析。

有关读数的误差分析学生很容易出错， 有的学生甚至采用死记硬背的方法，什么“俯大仰小”之类的，但发现并不是“放之四海而皆准”，换成量筒或者其他仪器又会出错。如果采用画图的方法，则可以处变不惊。

通过图示可以发现溶液的凹液面与容量瓶的标准刻度线可谓“泾渭分明”，分析误差变得很容易，准确性大大提高。学生通过看图分析误差，便利、准确、快速，也更容易接受，遇到量筒读数的误差分析、滴定管的读数误差分析，都可以采用这种方法，屡试不爽，对图像产生了“好感”。

2．教师“画图”实现由抽象到具象的转变

［例2］向硫酸钠溶液中滴加氯化钡溶液使SO42－沉淀完全，并将BaSO4过滤、洗涤干净。

（1） 如何证明SO42－已沉淀完全？

（2） 如何洗涤沉淀？

（3） 如何判定沉淀已经洗涤干净？

仅从抽象的文字描述来解决这道题目，学生常常无处下手，如果利用图像则可以展现“实验情境”，学生可以快速找出解决问题的方案。

Ⅰ．画示意图，再现“真实实验”：

设问①： 如果硫酸钠和氯化钡恰好完全反应，那么得到什么溶液？

设问②：如果硫酸根离子未沉淀完全，那么所得溶液中应该含有哪些离子？

Ⅱ．画沉淀洗涤装置图

设问③：我们用如图所示的装置来洗涤沉淀，沉淀应放在哪里洗涤？ 如何操作？

学生普遍没有沉淀洗涤的实验经历，画出洗涤沉淀的装置图，可以让学生了解洗涤沉淀的过程，感受到实验的真实性，为今后解决相似问题提供借鉴。

3．学生自我“画图”促进知识的内化

［例3］现 有300mL H2SO4和Na2SO4的混合溶液， 其中H2SO4为1．00mol／L，Na2SO4为0．800 mol／L。若 要 使H2SO4变 为2．00 mol／L，Na2SO4变 为0．500 mol／L，则应在溶液中加入98．0%（密度为1．84 g／cm3）硫酸多少毫升？ 再加水稀释至多少毫升？

Ⅰ．画示意图，再现实验过程

Ⅱ．画关系图，找突破口

原本无法突破的一道题目，学生通过画图发现变化过程中并没有涉及到硫酸钠， 抓住变化前后硫酸钠的物质的量不变， 可以很快求出变化后混合溶液的体积，所加浓硫酸的体积V1也迎刃而解。学生通过画图，找出问题的关键所在，体验了成功的喜悦，促进了知识的内化和升华，对学生思维的拓展也起到推动作用。

4．文字描述和图像表征相得益彰

［例4］在学生已经知道氯水的成分后，老师在课堂上演示了一个趣味实验：把一朵带露的红玫瑰放到盛有干燥氯气的集气瓶中。红玫瑰很快变成 “白”玫瑰。学生对此进行了猜测。

猜测一：氯气具有漂白性，能使红玫瑰褪色

猜测二：氯气与玫瑰上的水分作用，产生的盐酸使红玫瑰褪色

（1）你认为哪种猜测是正确的？ 如果你不同意以上两种猜测，请给出你的猜测。

（2）请你设计实验方案，证明你的观点。（提供的实验用品有：带露的玫瑰、风干的玫瑰、盐酸、干燥的氯气、氯水、蒸馏水，实验仪器自选。）

实验方案：________________________________。

这样一道探究性实验题， 如果单用语言描述，繁琐而且可能表达不清，如果用示意图来回答，则简洁明了。

反之，通过示意图也可以将干燥的氯气、氯水在性质上的差异在大脑中转化为语言描述，通过学生之口讲述出来，提高学生的语言文字表达能力。文字描述和图像表征相辅相成，相得益彰。

三、反思

1．教师教学中重视画图，做好示范引导作用

苏霍姆林斯基在《给教师的建议》一书中说过：“教学中要教会学生把应用题‘画出来’……”。教学中教师要做好示范引导， 把图像表征的方法教给学生，如同给学生提供了一个知识的“最近发展区”，提供给学生一种思维方式，让学生去模仿学习，不断提高。

2．教师积极鼓励学生画图，让画图成为习惯

学生体会到了图像表征的便利性和重要性， 逐渐产生了画图的需要，教师要及时抓住学生的心理需求，鼓励学生在问题解决过程中尝试去画图，不断感悟，在一次次成功的体验中感受图像带来的好处， 从而产生主动画图的需要，让画图成为一种良好的习惯。

［1］刘高岑．科学研究中的图像表征方法及其创新功能［J］．科学学研究，2012，（12）：1782

［2］张向葵，华炜．图式：发展学生创新能力的奠基石［J］．当代教育论坛，2003，（12）：54－56