通过“三个情景”谈“三重表征”在化学教学中的重要性

王爱华

摘要：选取了两个人数相同的平行班级，以铜与浓硫酸的反应、甲烷的空间结构、铜-石墨硝酸银溶液的原电池的三个情景教学为背景，探究了三重表征在中学化学教学中的重要作用。结果显示，教师在日常教学设计中多从宏观-微观-符号角度出发，组织课堂教学，不但可以促进学生对知识点的掌握，同时还可以培养学生从不同的表征的角度去理解、消化知识的能力，让学生从更深层次掌握知识。

关键词：三重表征;三个情景;宏观分析;微观辫识;符号表达;实践

文章编号：1008-0546（2021）04-0014-03 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.04.004

1982年johnstone首次提出化学中的“三重表征”，他认为学生学习化学时，需要接触宏观一微观一符号的三重表征[1]。

宏观表征是指对物质所进行的外在可观察的现象在学习者脑海中的反映。化学学科中可以直接观察到的现象主要是指物质中可以直接观察到的现象，即物质属性中的物理性质和化学性质的外在表现。学生通过观察物质的形状、颜色、或者通过与其他物质发生反应所产生的一系列可观察的现象如光、热等来感知事物，在头脑中形成图像的如蓝色的硫酸铜溶液，形成声像的如不纯的氢气燃烧发生爆炸。形成动作的如用手撕铝箔等对物质的多重感知反映，形成对物质宏观表征的认识。

微观表征是指不能通过直接观察得到的物质的结构、组成、反应机理等微观领域的属性在学习者头脑中的反映。学生通过教师的讲解、模型展示或借助一定的多媒体、想象微观水平上物质的内部结构、组成及其变化运动来感知事物。在头脑中形成图像的如金刚石的结构是空间四面体，石墨是层状的网状结构。语义的如原子是构成物质的一种粒子，形成逻辑的如分子由原子组成的。对物质的多重感知反映，形成对物质的微观表征。

符号表征：是指由拉丁文和英文字母组成的符号和图形符号在学习者头脑中的反映。

很多研究表明，在化学学习过程中学生对宏观表征和符號表征掌握相对较好，但对物质的微观表征和三重表征的联系认识不足。2017年新修订的化学课程标准明确提出了化学学科五大核心素养，“宏观辨识和微观探析”便是其中之一，要求学生在化学的学习中能从不同层次认识物质，能从宏观和微观的视角分析与解决问题[2]。因此，本文通过三个相同情景，在两个人数相同的平行班级的不同的教学，来谈“三重表征”在化学教学过程中的重要性。

一、铜与浓硫酸的反应的情景教学

1.A班

在A班首先演示了铜与浓硫酸的课本实验（图1），随后让学生通过观察得出实验现象和结论（图2）。

2.B班

在B班也演示了铜与浓硫酸的课本实验（图3），引导学生留意观察铜丝的变化，让学生得出实验现象和结论，展示学生的实验现象和结论（图4）。

通过展示，开始继续追问，为何铜丝变黑？引导学生的思路有意倾向于氧化铜的生成。从主观方面去引导学生做出客观的判断之后再次追问，课本的反应方程式为何这样书写？如何得到？

学生通过两个化学方程式的叠加，得出了课本中的化学方程式（图5）。

3.7天之后开始抽查两个班学生对铜与浓硫酸反应方程式的掌握情况

通过表1我们可以明显看到，最终B班达成的效果要比A班达成的效果好很多。造成这个差异的就是在B班强调了微观表征的重要性。从三重表征角度出发A班通过实验给学生建立了宏观表征直接过渡到符号表达，感觉也顺理成章。在B班通过实验给学生建立了宏观表征，再通过现象分析可能反应机理。在学生现有的主观认识上引导学生做出客观的判断，再运用数学的数据处理原理获得课本呈现的化学反应机理。学生通过宏观-微观-符号，进行三重表征的学习，可以从不同的层次认识物质，从而达成对实际问题自主解决的能力。

二、对甲烷结构的认识

1.B班

在B班首先让学生书写甲烷的电子式，确定学生确实掌握之后，要求学生写出甲烷的结构式（图6）。

随后提问甲烷可能的空间结构是什么（图7）？

追问如果是这个结论成立，那么甲烷的二氯取代物有几种（图8）？

取出甲烷的模型，让学生思考二氯取代物的有几种（图9）？

结论：因为甲烷的二氯取代物只有一种，所以甲烷不是平面结构，而是空间结构。

2.A班

在A班首先让学生书写甲烷的电子式，确定学生确实掌握之后，要求学生写出甲烷的结构式。随后提问甲烷可能的空间结构是什么？

给每个学生球棒，让学生自己动手搭建甲烷的空间结构（图10）。

如果是Ⅰ成立，那么一氯取代、二氯取代、三氯取代分别有几种？让学生分别去搭建，得出答案。

如果是Ⅱ成立，那么一氯取代、二氯取代、三氯取代分别有几种？让学生分别去搭建，得出答案（表2）。

结论：判断甲烷是平面结构，还是空间结构可以看二氯取代物的种类。

3.7天之后开始抽查两个班学生对甲烷空间结构的掌握情况

从表3的数据上分析，A班掌握的情况比B班掌握的情况好，甲烷俗称天然气，天然气是一个宏观的物质，学生对它主观的认识也是非常清楚的，毕竟天然气已经进入了千家万户。对甲烷的结构辨识，是属于微观辨析。学生通过球棒模型的搭建，强化了微观认识。通过“三重表征”的学习，再在教师的引导下，把学生存在的主观错误的认识转化为客观认识，从而达成教学目标，提高了学生学习的效率。

三、原电池

1 .A班

在A班首先让学生动手实验，观察实验现象（图11、图12）。

引导学生通过实验现象得到电极反应（图13）。

2.B班

在B班首先让学生动手实验，观察实验现象（图14、图15）。

（1）产生电流的条件是什么？

（2）为何这个实验可以形成电流？

（3）你能画成图像吗（图16、图17）？

结论：产生电流首要的条件是要有闭合的回路，外部是电子由负极定向移动到正极，溶液中是银离子定向移动到正极，硝酸根定向移动到负极，从而产生了闭合回路。正极有电子，银离子得电子，从而正极有银生成;负极失去电子，形成铜离子，溶液变蓝。

3.7天之后开始抽查两个班学生对原电池中电流的方向、现象及其电极反应书写的掌握情况

通过表4中的数据看到B班的掌握情况要比A班好，造成这个差异的就是在B班让学生通过画图去理解原电池的形成机理。通过自主实验让学生有宏观的辨识，通过画图让学生更深层次地理解微观粒子的如何运动造就了这样的实验现象。在此基础上再引导学生完成电极方程式的书写。学生通过宏观一微观一符号，进行三重表征的学习，对知识点的掌握效果明显要好很多。

在日常教学中，我们可以看到化学方程式的记忆成为了学生的难点，电化学平衡反应等等这些都是教学的难点，也是学生难以掌握的内容。之所以成为难题，是学生还不能从宏观到微观到符号之间自由地切换。所以教师在日常的教学过程中要重视“三重表征”的应用，有宏观表征的，要通过宏观的现象让学生思考可能的微观世界的变化，有微观表征的，要让学生分析，这样的特性可能呈现出来的现象有哪些，当然不同的学生主观认识也往往不同，所以教师通过引导、互动让学生最终得出客观的认识，最后让学生用符号正确地表达出来。加强宏观一微观一符号的教学模式，可以加强学生三重表征联系的能力，有效地提高学生的掌握情况。

参考文献：

[1]Johnstone A H.Why is science difficultto learn？Things areseldom what they seem[J].Joural of computer assisted learn-ing，1991，7（2）：75-83

[2]中华人名共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：3-5