基于三重表征思维的高中生解题能力培养研究

摘要：三重表征，即宏观表征、微观表征、符号表征，是促进学生化学学习的必备思维方式.因此，以三重表征思维为载体，帮助学生形成系统化的知识体系，培养学生表征问题、分析及解决问题的能力，具有一定的可行性和必要性.文章以高中化学“离子反应”知识为例，结合三重表征思维，通过具体的教学实践，探索培养学生解题能力的可行路径.

关键词：三重表征思维；高中化学；解题能力

中图分类号：G632文献标识码：A文章编号：1008-0333（2024）27-0092-03

收稿日期：2024-06-25

作者简介：王文刚（1980.8—），男，甘肃省舟曲人，本科，中学高级教师，从事中学化学教学研究.

三重表征即宏观表征、微观表征和符号表征三个层次，宏观表征主要关注物质的宏观性质与外部表现；微观表征深入分子与离子层面，探讨物质的结构及其相互作用；而符号表征则重在化学反应的符号表示与化学式.只有当学生能够融会贯通三个层次，才能全面、深入地理解化学知识.通过三重表征的思维训练，学生可以更准确、系统地解决化学问题.在此背景下，本研究结合人教版高中化学“离子反应”知识，探索如何更有效地培养学生的三重表征思维，从而提高其问题解决能力.

1分析教学内容，明确教学目标

“离子反应”是人教版高中化学课程中的重要内容之一，主要涉及以下知识点：一是离子的形成，元素在失去或得到电子后，形成带有正电或负电的离子，如Na⁺、Cl^-等；二是离子方程式，展示了发生反应的主要离子，例如Ag⁺+Cl^-AgCl；三是溶液中的电离，当盐类、酸或碱溶解在水中时，会形成其对应的阳离子和阴离子；四是沉淀反应，两种含有不同离子的溶液混合，有时会产生不溶于水的固体沉淀；五是中和反应，酸和碱的溶液混合，产生水和盐；六是置换反应，某一离子置换另一溶液中的离子，形成新的化合物；七是氧化还原反应中的离子变化：元素在反应中损失或获得电子，从而表现为其氧化态的变化.因此，在以“离子反应”为例，培养学生解题能力的过程中，教师可以引导学生从微观（电离）的角度出发，探究宏观的化学现象（离子反应现象），最终以符号表征的形式（离子方程式），解决化学问题[1].

在此基础上，结合三重表征思维，明确教学目标.在宏观表征层面，从观察和实验中理解离子反应.学生可以通过实验观察沉淀的生成、颜色的变化或溶液的酸碱性变化，直观地理解离子反应的外部表现[2].例如，在沉淀反应中，学生可以观察到两种透明的溶液混合后产生颜色鲜艳的沉淀.在微观表征层面，深入离子和分子层面，探讨离子反应的本质.学生理解离子如何在水中移动、沉淀如何形成，以及离子如何在溶液中进行置换；对于中和反应，学生可以想象酸性氢离子和碱性氢氧根离子的结合，形成水分子.在符号表征层面，通过化学方程式和符号来表示离子反应.学生学会写出离子的化学式，如Na⁺、Cl^-；能够正确书写离子方程式，例如Ag⁺+Cl^-AgCl，并理解其中所表示的化学变化[3].

2引入具体问题，培养解题能力

2.1进行问题设计

在一个工业园区的废水处理厂，需要处理含有Ag⁺、Ba⁺、Fe3⁺的废水，请你为该废水处理厂设计废水处理方案，按序沉淀三种离子，并指出每一步的化学反应.

设计意图：此题涵盖了离子反应知识的多个方面，从宏观的工业问题到微观的离子行为，再到符号表征的方程式书写，确保学生不仅能够理解离子反应的基本概念，而且能够应用这些概念来解决实际问题，培养了学生问题解决和知识应用能力.

2.2梳理解题思路

2.2.1宏观表征阶段

教师可以通过使用工业视频或动画，展示真实工厂中废水处理的场景，使学生从宏观的角度了解整个废水处理过程.组织学生以角色扮演的形式，扮演废水处理厂的化学顾问，将问题转化为实际场景.工厂的大型废水处理池，这些废水需要经过多个处理步骤来分离和沉淀不同的离子，其任务是优化工厂的沉淀过程，需要其研究不同的沉淀策略、进行实验验证，并在班级前进行演示.

设计意图：为学生提供真实场景的解题参考，确保学生从宏观层面理解问题的复杂性并识别关键信息，使学生对问题形成直观的认识，加强学生对离子反应知识的实际应用.

2.2.2微观表征阶段

学生可以通过模型或电子版教材，查看各个离子与其他物质结合后的稳定性，以确定最容易形成的沉淀.学生首先需要回顾相关知识，明确每种离子与哪些常见阴离子发生沉淀，并需要知道离子沉淀的顺序，即哪种离子最容易沉淀、哪种其次、哪种最后.在此过程中，教师可以组织学生设计小型的化学实验活动，用于测试不同的沉淀策略，学生需要考虑如何控制变量，如何测量沉淀的效率，以及如何确保实验的可重复性.

设计意图：培养学生利用微观角度去观察和分析问题的能力，从而更深入地理解化学过程，使学生从分子和离子的角度深入理解化学过程和反应.同时，通过实验，强调实践操作和科学研究方法，提高学生的实验设计和操作技能，同时培养学生的批判性思维.

2.2.3符号表征阶段

2.3明确解题步骤

2.4实际操作与验证

2.4.1实验材料准备

2.4.2实验步骤

2.4.3分析与讨论

设计意图：通过小组展示与全班讨论，学生可以展示自己的分析与理解，同时培养学生的交流与合作能力.

3结束语

基于三重表征思维方式，以人教版高中化学“离子反应”知识为切入点，尝试采用三重表征思维模式整合和引导学生的学习过程.引导学生不仅能在宏观、微观和符号层面上构建坚实的知识结构，而且能将这些知识与日常生活和实际实验相联系，从而更加深入、系统地理解化学反应.通过教学实践发现，基于三重表征的解题教学，不仅增强了学生对离子反应的本质理解，更有效地培养了学生的化学思维和解题能力.

参考文献：

［1］ 周秋玲，陈述，焦银春.基于三重表征的中学化学课堂教学探究：以“氧化还原反应”为例[J].广东化工，2021，48（20）：253-254，264.

[2] 高秀玲，苏国英.学生“宏微符”三重表征思维方式的构建策略：以初中《定量研究化学反应》案例教学为例[J].现代教育，2018（10）：57-58.

[3] 郑雁方，王蕾，单明清，等.基于化学三重表征的教学设计：以“乙酸的酯化反应”为例[J].湖北师范大学学报（自然科学版），2021，41（04）：113-118.［责任编辑：季春阳］