基于“宏观-微观-符号三重表征”的化学教学研究

余瑞 汪世宏

摘要：基于“宏观-微观-符号”三重表征的思想，以“原电池”（第一课时）为例，阐述课堂教学过程中如何将“宏观辨析”、“微观探析”、“符号表达”三者有机结合并建立三者之间的内在联系，形成化学学习特有的思维方式。

关键词：三重表征  教学设计  学科思想

一、“宏观-微观-符号”三重表征的思维方式

物质及其变化所持有的三种表征形式：“宏观、微观和符号”。宏观表征是指物质在物理和化学变化中表现出来的，可以直接观察到以宏观现象在学习者头脑中的反映，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;符号表征是指字母和图形符号在学习者头脑中的反映。这3种表征并不是孤立的，而是彼此联系，共同构成学习者对化学知识完整的表征体系（如下图）[1]。

三重表征从化学学科的特点出发统领整合化学学习，帮助学生厘清纷繁复杂的宏观、微观、符号领域间的关系，克服化学学科自身特点所造成的困难，帮助学生全面、深刻地理解化学，形成化学学科独特的思维方式[1]。

二、基于“宏观-微观-符号三重表征”的“原电池”教学设计框架

本课题是人教版高中化学必修第二册第六章第一节的内容，是电化学的重要知识。在前一节课的内容中，分析了化学能与热能的相互转化，而本节课将学习化学能和电能及电能的应用，学生将对化学在提高能源的利用率和开发新能源中的作用与贡献有初步认识。

学生在上学期学习的氧化还原反应知识为理解原电池的概念奠定了良好的基础。故本课题既是对高中化学必修第一册第一章中氧化还原反应中相关内容的提升与拓展，又为选择性必修1中化学反应与电能的学习奠定必要的基础。

本节课以水果电池为音乐贺卡供电为导入，联系生活中的电池，引导学生思考如何实现化学能与电能的直接转化。首先，以实验探究为手段，引导学生进行猜想与假设，在掌握宏观证据后进行推理，让学生感受到探究式学习的乐趣。同时，教师利用 flash 动画进行微观探析，探究原电池中微粒的运动方向，更有利于学生深刻理解原电池的本质，并引导学生利用符号—电极反应与电池反应方程式将原理表示出来。最后，设计小组实验探究活动环节，使全体学生积极参与教学过程，养成乐于探究实验，勤于思考的好习惯。

三、“原电池”教学流程设计

环节一：创设情境，导入新课

情境：将水果与没电的音乐贺卡连接以后，贺卡能正常发声。

【教师】水果充当了什么角色？联系生活中的各类电池思考化学能与电能的转化。

【学生】感到惊讶，对本节课充满了兴趣，干电池，蓄电池等。

教学意图：利用贴近学生的生活场景进行情境创设，激发学生的学习兴趣，引起学习动机。并将化学与生活联系起来。

环节二：实验探究，探索新知

【教师】电池是如何将化学能直接转化为电能的呢？今天让我们一起走上科學的探索之路，首先我们来看一组实验。根据我们之前学习的知识，把锌片和铜片分别放入稀硫酸溶液中，会有什么现象呢？教师演示实验并用温度计测量稀硫酸溶液的温度。

【学生】发现溶液温度升高

【教师】如果用一根导线将锌片和铜片连接起来后同时放入稀硫酸溶液中，会有什么现象呢？如果再接上一个数字万用表又会有什么现象呢？

【学生】发现电流表指针偏转，溶液温度变化不大

【教师】电流表指针偏转、溶液温度变化不大说明什么？

【学生】产生了电流……

【教师】像这样将化学能转化为电能的装置，我们就将之称为“原电池”。电流是由电子的定向移动产生的，哪个化学反应类型中存在电子的转移？

【学生】氧化还原反应

【教师】动画演示解释原电池的工作原理，总结归纳原电池的工作原理

【学生】仔细观看动画、认真听讲、思考，做好相应的笔记。

教学意图：利用生动形象的动画从微观上帮助学生理解原电池的工作原理，理清粒子的运动过程，体现了宏观辨识与微观探析的学科核心素养。

“宏观-微观-符号”三重表征思维方式：通过宏观现象判断原电池的正、负极，培养学生的证据推理能力。将宏观、微观、符号表征三者联系起来，提高学生的模型认知能力。

环节三：对比探究，逐步分析

【教师】采用“控制变量”的思想，引导学生将铜锌原电池与不能产生电流的装置进行对比，分析装置不能形成原电池的原因？

【学生】发现原电池形成的条件。

教学意图：采用科学探究过程中“控制变量”进行对比的思想，通过对比分析，学生自己能够提炼出结论，提高学生的分析、类比及归纳能力。

环节四：学生实验，自主探究

【教师】引导学生自主进行实验探究，请学生在小组内讨论利用上述哪些用品可设计成一个原电池装置，在导学案上画出实验装置图并动手进行实验。

【学生】在小组内讨论，一起设计实验方案，自己动手组装装置，进行实验。

教学意图：检测学生对原电池形成条件的掌握，同时培养学生的实验观察及操作能力，让学生深刻感受到化学是一门以实验为基础的学科。

“宏观-微观-符号”三重表征思维方式：将宏观现象与微观结构有意识地联系起来，促进学生对化学电池工作原理的理解，通过化学实验支持理解微观表征的目的。

环节五：总结归纳、反馈练习

【教师】总结本节课的知识脉络，突出教学目标。投影（反馈练习）

【学生】动脑思考，回答……

教学意图：引导学生建立知识网络体系，帮助学生进一步巩固知识，加深对课堂内容的理解与掌握。

四、反思

1、以问题质疑为驱动，实验探究为手段，培养核心素养

本节课主要通过以问题质疑为驱动，实验探究为手段，培养核心素养为目标，并通过情景设置、图片、动画模拟等多媒体形式进一步寓教于乐，引导学生主动思考、积极探究，体验知识的发生、发展过程，自觉内化建构所学知识，充分体现学生的主体地位。

2、 层层落实“宏观-微观-符号”三重表征，体现化学学科观念思想

本课主要以铜锌原电池为例让学生自主探究原电池的工作原理，将宏观-微观-符号三重表征的思维方法层层落实。在观念认识上，有助于学生从微观视角研究宏观现象本质，能够在变化观、微粒观和能量观等方面形成一定的认识。

参考文献：

[1]陈萌. 基于TPACK理论框架的学生“三重表征”的构建[J]. 化学教学：2017（9）：16-18.

[2]李俊.普通高中化学课程标准[M]. 北京：人民教育出版社，2017：3-8.