无机化学教学三重表征思维研究

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摘要：将“宏观－微观－符号”三重表征思维运用于应用型高校无机化学的学习，培养学生在自然科学学习中的科学思维方式，进行有意义的学习并高效地掌握无机化学知识．在教学实践中，加强无机化学中三重表征思维方式的渗透和深化，进一步探究基于三重表征思维适用于应用型高校无机化学学习的教学策略，激发学生的学习兴趣，提高学生学习能力．

关键词：应用型高校；无机化学；三重表征；教学策略

随着经济社会的发展，应用型高校发展越发快速，坚持以人为本，不断进行教育改革与教学实践创新．作为应用型高校的一名无机化学一线教师，如何在无机化学课堂教学中改进教学方法，达到高效的课堂教学效果成为主要考虑的问题．在无机化学专业教学过程中，急需转变传统的教学模式，寻找一套创新又能满足教师和学生需求的教学模式．三重表征思维模式［1］在化学学科的应用最早由苏格兰格拉斯哥大学科学教育中心的约翰斯顿（A．H．Johnstone）提出，即对物质进行宏观表征、微观表征和符号表征，并在学习过程中建立起三者的联系，该思维方式是无机化学学科独特的思维方式，有利于学生良好的认知结构和科学观念的形成．但目前在绝大多数高校无机化学课堂运用该思维模式的教学研究甚少．为顺应学校应用型高校转型，根据化学特色专业的建设规划，构建一种基于三重表征思维的新的教学模式应用于无机化学课堂教学成为迫切需要．目前，国内外针对三重表征思维模式的研究倾向于三重表征的基本内涵及教育价值、形成过程及内容特质、培养策略及学生现状等方面进行探讨．［2－4］不少学位论文还开展了三重表征思维对具体化学内容掌握的影响、不同学段或地域的学生三重表征思维的调查研究．［5］这些研究成果，对化学教师理解与实施三重表征思维培养的教学具有重要参考价值．但是，以上研究更多针对于刚接触化学学科的中学生，［6］针对应用型高校无机化学教学中三重表征思维却鲜少提及．因此，在大学无机化学课堂探究三重表征思维有很重要的意义．综上所述，笔者就自己多年的无机化学教学实践，探究三重表针思维在应用型高校无机化学课堂教学的具体应用．

1树立三重表征意识

无机化学是应用型高校化学相关专业学生从中学进入大学后的第一门专业基础课，可以在学生刚开始接触无机化学时帮助学生树立三重表征意识，即“宏观－微观－符号”，具体的教学过程中从绪论开始，帮助学生以无机化学中化合物的物理化学性质以及制备应用等形象的宏观事实为基础，构建化合物的组成、结构等微观视角，并以无机化学独特的符号系统建立起宏观和微观的联系，让学生意识到三重表征思维对无机化学的学习甚至后续其他课程的学习有很大的意义及积极作用．只有学生树立了三重表征意识，才可能在无机化学学习中主动构建三重表征知识体系，从而体会三重表征思维在学习过程中的益处，明白这种思考方式的优势，形成良性循环．

2通过三重表征建构知识间的联系

无机化学的知识分成两大板块一是宏观化学原理和物质结构原理，二是元素化学知识．如何让学生高效有意义地掌握好这些知识，则可以通过三重表征思维对该学科知识进行建构，对物质的性质及变化规律通过实验、现代教育技术等方式进行宏观表征，然后由宏观深入到微观探求反应的本质，反过来根据结构决定性质构建微观到宏观的知识体系，利用符号表征构建宏观和微观转化的桥梁，将三者有机融合，构建科学合理的知识体系．例如，2NO2N2O4这个可逆反应是否达到平衡状态，可以从宏观的角度去观察颜色或者压强等判断各物质的量是否保持恒定，从微观的角度去判断单位时间消耗的微粒数目是否和生成的微粒数目，然后通过符号表征有机地将宏观和微观结合起来，帮助学生开阔视野，建立化学平衡的认知结构．

3利用三重表征思维创设生动的情境

现代无机化学的特征正从基本上是描述性的科学向推理性的科学过渡；从宏观结构向微观结构深入；现在，一个比较完整的，理论化的，定量化和微观化的无机化学新体系正在迅速形成．苏霍姆林斯基说过，“若教师不设法使学生产生情绪高昂、智力振奋的内心状态，就急于传授知识，那只能是使人产生冷漠的态度，给脑力带来疲劳．［7］要想让学生积极主动有热情地学习无机化学知识，可以在无机化学教学实践中利用三重表征思维创设生动的情境有利于学生对无机化学知识的学习以及能调动学生的学习兴趣．三重表征思维可以帮助学生在理解的基础上获取化学知识，在具体的问题情境中快速轻松地提取有用信息，帮助学生实现量到质的飞越．例如在讲解水解平衡知识时，单纯地讲解水解平衡很抽象，学生很难理解，可以创设实验情境，设计简单的实验将微观的隐性的实验事实用宏观的方法表现出来，可以以碳酸钠为例，碳酸钠本身水解实验现象不明显，但是它水解后呈碱性这一实验事实我们可以创设合理的实验情境，在碳酸钠溶液中加入酚酞溶液呈现红色然后再滴加氯化钙后溶液的颜色逐渐消失，然后用符号表征出实验事实，就可以帮助学生理解并掌握水解平衡这一抽象概念．最终可以促进学生对化学原理的理解，培养学生解决实际问题的能力．

4教学过程中注意实施三重表征思维

学生在初步了解和掌握三重表征后，教师可进一步在教学过程中加深学生对“宏观－微观－符号”的理解和应用，让学生形成并习惯运用该思维方式解决无机化学学习中的相关问题．在无机化学教学过程中很多章节都可运用“宏观－微观－符号”的思维方式学习，例如配合物的价键理论的学习中，Ag（NH3）＋2结构的学习，可以通过宏观实验现象与化学符号以及微观结构相互结合从而得出Ag（NH3）＋2是直线型这一结论．又比如过渡元素锰的学习，宏观实验现象多而杂，很难记忆，如何把宏观的实验现象和微观结构有机结合起来，可以通过符号表征有机的将宏观性质和微观特征结合起来如图1，学生更好地掌握锰的相关知识，体现了三重表征思维的具体应用，有意识地培养学生运用三重表征解决无机化学学习中遇到的问题．图1在学习反应历程这一知识点的时，过氧化氢和氢溴酸反应生成单质溴，这是宏观事实，微观上，这是由四个基元反应完成的，如何体现宏观与微观之间的关系，进而理解反应历程，就必须结合符号表征，引导学生建立起“微观－宏观－符号”知识体系，进而快速地掌握反应历程这一知识点，为后续由反应机理推导实验速率方程做充分的知识储备．在无机化学的教学实践中，教师应善于有机地结合“宏观－微观－符号”三重表征思维方式帮助学生科学地掌握知识，引导学生建立有效的思维方式，帮助学生积极高效地参与课堂教学，提高对无机化学的学习兴趣．

5基于三重表征提高学生的学习能力

课程和教学的最终目的是帮助学生掌握知识，学会如何学习，通过知识的的传授和探讨使具有科学的思维能力，最终提高学生的科学素养．在无机化学教学过程中融合三维表征学习相关知识，建立“宏观－微观－符号”三个维度间的密切关系，让学生形成合理、科学的知识脉络，让学生在学习无机化学的过程中实现对知识的把握，理解性记忆，做到融会贯通，很大程度地提高应用型高校学生无机化学知识的迁移能力，解决学习生活中实际问题的能力．比如在化学平衡的学习中，比较恒容、恒压下可逆反应的平衡，对学生而言比较抽象难懂，教师则可以先引导学生分别对恒容条件下的平衡以及恒压条件下的平衡进行三维表征的学习，首先安排学生对两种平衡状态通过宏观现象和微观实质建立起符号表征，然后让学生进一步理解单一状态的平衡，建立起宏观－微观－符号三维表征的内在联系，然后引导学生进一步对两种状态下的平衡进行比较，利用微观可视化等现代技术手段建立模型，让学生对恒容、恒压下的可逆反应平衡状态有更深入的理解，从而多维度地掌握该知识，并引导学生运用该思维取解决本章节的一些其他知识．培养学生举一反三的能力和实现思维的飞越．

6三重表征思维运用的反思

经过多次课堂教学实施三重表征思维，学生基本能建构在无机化学学习中运用三重表征思维学习相关知识，但这远远不够，教师还应在无机化学教学实践中有效地引导学生实现知识的内化，这就需要加强学生的反思性学习，比如，学生在学习钠的性质这一章节，教师可以引导学生反思在学习过程中是否结合了钠的宏观性质，微观本质以及符号想结合的角度思考问题，钠与水的反应的宏观实验现象是红气球浮游声，那它的微观本质是什么，怎样结合符号表示等问题，让学生形成自我分析、归纳、总结，有意识地科学地反思对于无机化学知识的掌握程度，进一步强调三重表征思维，让学生再次体验和运用该科学的思维方式，将课堂上教师的思维方式内化为学生自己的思维和方法，最终实现高效而有意义地学习，提高学生学习兴趣．同时教师也同时反思针对不同章节还有哪些更为合适的教学方法和思维方式，具体内容还有待进一步实践探究．

结语

三重表征思维是体现了无机化学学科特有的认知视角和思维方式，实践证明是适用于应用型高校无机化学学习的有效思维，有助于应用型高校化学相关专业大一新生更好地学习并掌握无机化学知识，可以提高学生学习化学的兴趣，进而帮助学生有意义地学习更多的知识，同时培养学生独立思考解决问题的能力．在今后的教学中应更进一步探究如何帮助学生建构三重表征思维，帮助学生提高学习效率，为后续课程的学习打下良好的基础．

参考文献：

［1］毕华林，黄婕，元英丽．化学学习中“宏观一微观一符号”三重表征的研究［J］．化学教育，2005（5）：51－54．

［2］范慧婷．基于宏微符三重表征对学生掌握化学方程式的思考［J］．新课程·中学，2014（11）：112－113．

［3］张丙香，毕华林．化学三重表征的含义及其教学策略［J］．中国教育学刊，2013（2）：73－76．

［4］范慧婷．基于宏微符三重表征对学生掌握化学方程式的思考［J］．新课程·中学，2014（11）：112－113．

作者：刘丹 陈安银 胡晓黎 单位：四川文理学院 化学化工学院