基于“宏-微-符”教学理论的教学设计

曹英

摘要：基于“宏观一微观一符号”的教学理论可有效强化学生对学科内容的思考和理解，以基于该理论解构化学反应中的能量变化这一内容的教学为例，在教学实践中设计五个教学环节，让学生经历宏观观察、微观探析与符号表征的过程，可以有效培育学生的化学核心素养。

关键词：“宏-微-符”教学理论;能量变化

文章编号：1008-0546（2018）10-0072-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

一、“宏-微-符”的内涵与必要性

表征是现代认知心理学的核心概念之一，它指信息在人脑中记载和呈现的方式。宏观表征是指物质在物理和化学变化中表现出来的可以直接观察到的宏观现象在人头脑中的反映。如通过观察可以知道铁在氯气中燃烧产生棕褐色烟，加水后溶液呈棕黄色，通过感知还可以知道铁在氯气中燃烧会放热。宏观表征是一种最丰富的感性认识且具有再现性，可以为微观领域的学习打下基础。微观表征主要是指有关物质的微观组成和结构、微观粒子的运动及相互作用等微观属性在学习者头脑中的反映;学生微观表征的形成，需要通过想象来完成，教师通过讲解、模型展示、多媒体手段等来帮助学生想象和理解。如氯化钠晶体是由钠离子和氯离子构成的，以及电子云的形状、伸展方向，有机物分子结构等，教师可以通过展示模型或学生动手搭建模型来帮助学生想象和理解川。

“宏-微-符”理论是解读高中化学教学的重要思想理论（见下图）：从知识角度来看，该理论指出了高中化学研究对象为宏观世界与微观世界，同时借助于化学研究范式下的符号来表示研究所得;从学生学习的角度来看，该理论指出了学生在化学学习中的三种思维加工与知识表征方式，这对于教师理解学生的化学学习过程是大有裨益的[2]。

二、基于“宏-微-符”的教学设计程序

物理变化和化学变化过程中的发光、发热或颜色变化等宏观现象，能够通过直观感知或化学仪器测量出来。教学中以具体实验中产生的宏观现象人手，引导学生分析宏观现象背后的微观本质。从微观角度解释实验中产生的宏观现象的本质原因，为了直观、简洁地表达出实验中产生的宏观现象，采用化学语言如符号、方程式等进行表示。

三、例谈基于“宏-微-符”理论的教学设计——以“化学反应中的能量变化”为例

1.学习内容与要求

本节课为上科版高一上第4章“剖析物质变化中的能量变化”中“4.2化学变化中的能量变化”，学科教学基本要求上为“单元5物质变化中的能量变化”中的“5.2化学反应与能量变化”。

（1）内容水平

学习水平A、B、C、D分别对应知道、理解、运用和综合。

（2）具体要求

3.教学过程

教學环节1：宏观—实验感知

[教师]化学与我们的生活息息相关，我们不仅可以利用化学反应来制备我们所需的物质，还可以利用化学反应中的能量变化来为我们的生活和生产服务。我们通过几个实验来感知化学反应中的能量变化（表2）。

[学生]按要求动手做实验，并以不同方式感知化学反应中的能量变化。

[教师]展示实验结果：随机选取学生们的实验，用温度传感器连接到电脑上，点击收集数据，观察温度变化曲线图，形象地展示出化学反应过程中温度的变化。

教学环节2：建构概念

[教师]通过以上三个实验我们得知化学反应有些放热，有些吸热，怎么来描述化学反应中的热量变化呢？请大家阅读教材82页。

[学生]阅读教材，思考。

[教师]请大家举例学过的哪些反应是放热反应？

[学生]举例并归纳常见的放热反应：燃烧反应、中和反应、活泼金属和酸反应、氧化钙和水等。

[教师]补充引导：大家还记得“滴水生烟”这个实验吗？

[学生]回顾第二章“开发海水中的卤素资源”相关知识，锌粉和碘在水作催化剂的条件下反应，产生紫烟，说明反应放热，放出的热量使碘升华。

[教师]美丽“冻”人，有些爱美的女孩子，冬天的时候会贴暖宝宝，不但美丽，还不冻人，大家有没有关注过暖宝宝其中的化学原理呢？

[学生]铁粉和空气中的氧气还有水反应：

4Fe（OH）₂+2H₂O+O₂-4Fe（OH）₃

[教师]从反应类型角度，加以总结，常见的放热反应有哪些？

[学生]常见的放热反应：燃烧反应、中和反应、活泼金属和酸反应、大多数化合反应。

[教师]大多数化合反应为放热反应（C与CO₂反应等除外）。

[教师]请大家举例学过的哪些反应是吸热反应？

[学生]常见的吸热反应：大多数分解反应（除“火山反应”——重铬酸镂分解等除外）：Ba（OH）₂·8H₂O和NHCl反应;少数化合反应。

[教师]重铬酸钱分解等为放热反应;C、CO、H₂还原金属氧化物为吸热反应;少数化合反应（如C与CO₂反应）为吸热反应。

教学环节3：微观-理论探析

[教师]为什么化学反应会放热或吸热呢？请大家阅读教材83页。

[学生]阅读教材，思考。反应热的宏观本质为反应物总能量与生成物总能量的差值。

L教师]从化学变化的实质，探析反应热的微观本质是什么呢？以氢气和氯气化合生成氯化氢为例。

[学生]化学变化的实质是反应物中化学键的断裂与生成物中化学键的形成。H-H键和Cl-Cl键断裂吸收能量，H-Cl键形成释放能量。故微观本质为旧键断裂吸收能量与新键生成放出能量的差值。

教学环节4：符号-问题表征

[教师]化学反应过程中的热量变化如何以化学用语的形式表征出来呢？

[学生]阅读教材，给出热化学方程式的概念。

[教师]模拟游戏“美女找茬”，以下为几个热化学方程式，“大家来找茬”，尽可能全面地找出热化学方程式与化学方程式的不同之处。

H₂（g）+1/2O₂（g）-H₂O（g）+241.8kJ，

CaCO₃（s）-CaO（s）+CO₂（g）-178.27kJ，

C（s.金刚石）+O₂（g）→CO₂（g）+395.41kJ。

[学生]思考讨论。

[教师]2H₂（g）+O₂（g）→2H₂O（g）+241.8kJ，对不对？为什么？从宏观和微观两个角度分别作出解释。

[学生]思考讨论。

[教师]化学方程式中化学让量数可表示什么含义？

[学生]思考讨论。

[教师]为什么书写时有这么多要求？每个要求的原因是什么？

[学生]思考讨论，归纳总结。

①注明物质的状态（s、l、g、aq）。

②可不写“↑”和“↓”，可不写反应条件。

③化学方程式后注上反应热，放热用“+”，吸热用“一”，并注明单位;化学计量数不同，反应热也不同，两者成正比。

④化学计量数仅表示物质的量，不表示微粒个数，可以写成整数或分数。

值）存在同素异形体的要注明其同素异形体的名称。

教学环节5：实际应用

[教师]热化学方程式的应用

1.判断物质的稳缎性——物质能量越低，越稳定。

已知25℃、101kPa下，石墨、金剛石燃烧的热化学方程式分别为：C（石墨）+O₂（g）→CO₂（g）+393.51kJ;C（金刚石）+O₂（g）→CO₂（g）+395.41kJ，据此推理，_______较稳定。

2.判断化合反应生成物质的热稳定性。

H₂（g）+F₂（g）-2HF（g）+271.1kJ

H₂（g）+Cl₂（g）→2HCl（g）+184.6kJ

H₂（g）+Br₂（g）→2HBr（g）+72.8kJ

H₂（g）+I₂（g）2HI（g）-53kJ

[教师]不论是利用第二章所学卤化氢热稳定性递变规律还是第三章化学键的知识，我们都能判断出卤化氢热稳定性由大到小的顺序。能不能从今天所学知识出发，得出相应结论？

[学生]思考回答。物质化合时，生成等物质的量的生成物时，放出热量越多，生成物的热稳定性越大。

[教师]如何使燃料充分利用？

[学生]思考回答。

[教师]请大家阅读教材86页和87页。

四、“宏-微-符”理论对化学教学的启示

结合化学学科特征提出的“宏-微-符”理论，既吻合了学生的认知方式，又体现出化学学科的特点。在学科核心素养培育的背景下，教师应将“宏一微一符”思想渗透到日常教学中，引导学生形成“宏观一微弓见一符号”相结合的化学思维习惯。学生经由“宏一微一符”理论所演绎出的这样一个有效的教学过程，在高中化学学习过程中是可以高效形成化学核心素养的。

参考文献

[1]范江文.重视“宏-微-符”三重表征，突破化学式的学习困难[J].中学化学教学参考，2015（11），25-26

[2]杨金芳.“宏微符”三重表征下的气体摩尔体积教学[J].教师通讯，2017（14）：51

[3]上海市教育委员会教学研究室.上海市高中化学学科教学基本要求[M].上海：华东师范大学出版社，2017：36