高中生化学四重表征能力培养的有效途径探析

摘 要：四重表征思维方式是一种契合化学学科特点并能促进学生对化学知识理解的教与学的有效方式。高中生四重表征能力培养是一个长期的过程，需要教师在教学设计和教学实践中科学地、有规划地实施培养过程。文章结合“少教多学”教学理念，提出高中生化学四重表征能力培养的有效途径，为新课改下如何发展学生学科关键能力、提升学生学科核心素养提供参考。

关键词：高中化学;四重表征;能力培养

一、 引言

化学是在分子、原子的水平上研究物质的组成、结构、性质及其变化规律的一门科学。新课程改革的实施对基础教育的教学内容和教学方式都提出了新的要求，强调教师的教学重心要从理论知识教授转变为学科核心素养培养。培养高中生的四重表征能力对于提升学生的化学学科关键能力和学科核心素养，实现高阶思维能力的发展起着尤为重要的作用。

二、 四重表征

1993年，苏格兰约翰斯顿提出学习者可从宏观、微观和符号三种表征水平上认识和理解化学知识。随着科技的进步，2009年，钱扬义基于手持技术背景，将化学与计算机、数学等学科相结合，提出曲线表征，以此将原有的三重表征拓展四重表征。分别为：表示宏观信息在个体大脑中呈现和记录的方式的宏观表征;从微观粒子角度研究物质的组成、结构、运动、性质及其相互作用、反应机理等信息的微观表征;表示化学物质组成、结构、性质、状态等符号在学习者大脑中的反映的符号表征;将化学反应中的物质变化以坐标曲线的形式在学习者头脑中的反映的曲线表征。

三、 高中生化学四重表征能力培养的有效途径

（一）提升教师专业素养，以“少教多学”理念引领能力培养过程

教师是教育的引领者，是教学的实践者。其教学理念和思维方式会通过教学过程渗透到学生的日常学习中，从而影响学生的思维习惯和能力水平。教师应注重强化自身四重表征意识和转化能力，在课堂教学过程中呈现可观察的、可想象的、规范符号化的、图形化和定量化的化学知识表征形式，不断加强自身专业素养。

此外，教师应在正确的教育理念引领下，科学化合理化地设计教学、艺术化地构建课堂，以坚实的教学实践展现专业智慧。提倡教师以“少教多学”教学理念引领四重表征能力培养过程。“少教”指教师通过精选教学内容、精编教学流程、精设教学环节等，将学生自主思考的时间延长，在有限的时间内达到最大效益的教。“多学”指学生在教学环境中以课堂主体的身份进行主动、深入的学习。教师要切合实际，在充分把握知识、学情、考情的前提下，精心设计教学方案，以教师的“多思少教”促成学生的“多思多学”，让学生在思考、探究、合作的过程中自主汲取知识，获得能力素养层面的发展。同时要通过课堂反馈、课后访谈、测验结果等不断改进教学。

（二）强化四重表征思维，提升四重表征能力及表征间转换意识

学生只有在知识的学习过程中领悟并习得了思维方法，才能做到对知识的自如迁移和灵活运用。四重表征作为化学独有的思维方式，可以帮助学生多角度、多维度地对知识进行多重感知，深化对知识的理解。新知的学习过程是学生建立四重表征意识，形成四重表征思维的重要阶段。

教师可先结合旧知厘清四重表征的基本概念，之后逐步将表征思想融入新知学习中。在新授课时，要积极引导学生有意识地运用四重表征，做到将知识四重表征化。例如：可优先呈现最易被接受的直观、可视的宏观信息，让学生通过观察、触摸等方式直接感受物质及其变化。之后启发学生透过现象看本质，将宏观与微观相联系，由感性认知上升到理性思考，构建微观视角的物质及其变化，并用规范化的符号语言进行表述。最后从定性转向定量，描绘或剖析相关图像。以此不断强化四重表征在化学学习中的重要性和实效性，使学生逐渐养成四重表征思维习惯，以逐渐形成自身的四重表征能力。此外，高考对学科关键能力的考查中涵盖信息获取与加工能力和证据识别与推理能力。平日中应精选综合性习题以锻炼四重表征间转换的意识和能力，培养学生以四重表征视角提炼题中有效信息及其表征方式，发掘试题考查方向，在表征间转换以达到问题的解决，进一步提升四重表征转换的意识和能力。

（三）规范符号表征，深化“数—形—物”定量研究意识

化学学习过程中的种种思维活动实质上都是对赋有意义的化学符号和文字信息进行加工的过程。无论在日常教学、试题讲评、还是在作业批阅时，都应密切关注学生的符号表征能力，注重培养学生读懂符号语言和运用符号语言进行规范化表达观点的能力。

曲线表征通过数形结合的方式，将复杂的信息涵盖在图像中，对学生的各项表征能力和表征间的转换能力都是一项挑战。在教学中要注重培养学生将数据信息、图形信息、物质变化信息贯穿联结的“数—形—物”定量研究意识。在教学中，可结合手持技术，开发基于数字化实验的研究内容，对实验数据进行实时曲线表征，让学生在参与实验的过程中，从宏观角度观察现象，从图像化的数据剖析微观反应历程;或以化学中的定量关系和具体的化学实验为载体设计曲线的绘制和分析环节，引导学生主动进行曲线表征。再者可直接将某一图像作为研讨内容，引导学生基于图像中所含数据、曲线的起点、拐点、变化趋势、切线斜率等信息，推理分析反应历程，实现信息的整合与表征间转化。

（四）结合图式和模型，联结四重表征，建构整合知识网络

在阶段性复习总结时，可引导学生结合图式和模型对知识进行整合和网络建构，使知识更富组织性。如可选用概念图辨析概念性知识;韦恩逻辑图整合存在并列、包含等逻辑关系的知识;流程图联结物质的相互转化;思维导图梳理元素化合物知识（如图1）;模型表征原理性知识，并可建构相应解题思维程序模型（如图2）。图式和模型的运用，使学生在对知识的自主梳理和網络建构的过程中不断地进行着思维的发散和收敛，将有效地联结起四重表征，进一步提升学生的四重表征能力。

（五）强化新情境下四重表征的灵活运用，实现高阶思维能力的发展

新课标中指出：真实、具体的问题情境是学生化学学科核心素养形成和发展的重要平台。近年高考也趋向以真情境、新情境作为背景，对学生的学科关键能力和核心素养水平进行考查。在实际教学中，可根据学生四重表征能力的发展水平，挑选来自生产生活实际、当代化工技术、最新科研成果、化学史等相关情境中的关联知识作为教学辅助资料，进行四重表征的应用训练。通过引导学生识别题目中有效信息的呈现形式，组织生生交流、小组互动、师生讨论、学生代表示范等教学环节，将四重表征的思维过程显性化，学生通过推理宏观现象产生的微观本质原因，联结定性与定量信息，进行标准化的符号表达，实现从基础能力到进阶能力的提升。同时，可创设相似、相异情境进行对比辨析，让学生在知识的迁移中升华对四重表征的理解与运用，学生通过总结思维過程，构建解决此类问题的认知角度和思维模式，最终实现陌生情境下复杂问题的解决，实现高阶思维能力的发展。在此以一个有关氧化还原反应的情境练习题为例。

本题选取化工原料硫酸亚铁，对其受热分解实验进行了定量与定性探究。需要学生提取并整合图像信息和文字信息，计算并推理反应物和产物的组成。而在进行第（3）题符号表达时又会发现仅有第（2）题推理出的产物无法配平方程式，进而继续引发思考。

四、 结语

高中生化学四重表征能力的培养是一个长期的过程，需要教师在确保学生主体地位的同时，将用四重表征视角看化学的思维方式深入到每节课中，内化到学生的学习方式和学科思维中。只有学生真正掌握了学科思维方式，才能提升学科关键能力和学科核心素养，而这种思维方式，也将引导学生适应未来不断变化发展的各种情境。

参考文献：

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[3]林建芬，盛晓婧，钱扬义.化学“四重表征”教学模式的理论建构与实践研究：从15年数字化手持技术实验研究的回顾谈起[J].化学教育，2015，36（7）：1-6.

作者简介：张继方，内蒙古自治区呼伦贝尔市，呼伦贝尔市海拉尔区第三中学。