高中生化學(xué)四重表征能力培養(yǎng)的有效途徑探析

摘 要：四重表征思維方式是一種契合化學(xué)學(xué)科特點并能促進(jìn)學(xué)生對化學(xué)知識理解的教與學(xué)的有效方式。高中生四重表征能力培養(yǎng)是一個長期的過程，需要教師在教學(xué)設(shè)計和教學(xué)實踐中科學(xué)地、有規(guī)劃地實施培養(yǎng)過程。文章結(jié)合“少教多學(xué)”教學(xué)理念，提出高中生化學(xué)四重表征能力培養(yǎng)的有效途徑，為新課改下如何發(fā)展學(xué)生學(xué)科關(guān)鍵能力、提升學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)提供參考。

關(guān)鍵詞：高中化學(xué);四重表征;能力培養(yǎng)

一、 引言

化學(xué)是在分子、原子的水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其變化規(guī)律的一門科學(xué)。新課程改革的實施對基礎(chǔ)教育的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式都提出了新的要求，強調(diào)教師的教學(xué)重心要從理論知識教授轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)。培養(yǎng)高中生的四重表征能力對于提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科關(guān)鍵能力和學(xué)科核心素養(yǎng)，實現(xiàn)高階思維能力的發(fā)展起著尤為重要的作用。

二、 四重表征

1993年，蘇格蘭約翰斯頓提出學(xué)習(xí)者可從宏觀、微觀和符號三種表征水平上認(rèn)識和理解化學(xué)知識。隨著科技的進(jìn)步，2009年，錢揚義基于手持技術(shù)背景，將化學(xué)與計算機、數(shù)學(xué)等學(xué)科相結(jié)合，提出曲線表征，以此將原有的三重表征拓展四重表征。分別為：表示宏觀信息在個體大腦中呈現(xiàn)和記錄的方式的宏觀表征;從微觀粒子角度研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、運動、性質(zhì)及其相互作用、反應(yīng)機理等信息的微觀表征;表示化學(xué)物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、狀態(tài)等符號在學(xué)習(xí)者大腦中的反映的符號表征;將化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)變化以坐標(biāo)曲線的形式在學(xué)習(xí)者頭腦中的反映的曲線表征。

三、 高中生化學(xué)四重表征能力培養(yǎng)的有效途徑

（一）提升教師專業(yè)素養(yǎng)，以“少教多學(xué)”理念引領(lǐng)能力培養(yǎng)過程

教師是教育的引領(lǐng)者，是教學(xué)的實踐者。其教學(xué)理念和思維方式會通過教學(xué)過程滲透到學(xué)生的日常學(xué)習(xí)中，從而影響學(xué)生的思維習(xí)慣和能力水平。教師應(yīng)注重強化自身四重表征意識和轉(zhuǎn)化能力，在課堂教學(xué)過程中呈現(xiàn)可觀察的、可想象的、規(guī)范符號化的、圖形化和定量化的化學(xué)知識表征形式，不斷加強自身專業(yè)素養(yǎng)。

此外，教師應(yīng)在正確的教育理念引領(lǐng)下，科學(xué)化合理化地設(shè)計教學(xué)、藝術(shù)化地構(gòu)建課堂，以堅實的教學(xué)實踐展現(xiàn)專業(yè)智慧。提倡教師以“少教多學(xué)”教學(xué)理念引領(lǐng)四重表征能力培養(yǎng)過程?！吧俳獭敝附處熗ㄟ^精選教學(xué)內(nèi)容、精編教學(xué)流程、精設(shè)教學(xué)環(huán)節(jié)等，將學(xué)生自主思考的時間延長，在有限的時間內(nèi)達(dá)到最大效益的教?！岸鄬W(xué)”指學(xué)生在教學(xué)環(huán)境中以課堂主體的身份進(jìn)行主動、深入的學(xué)習(xí)。教師要切合實際，在充分把握知識、學(xué)情、考情的前提下，精心設(shè)計教學(xué)方案，以教師的“多思少教”促成學(xué)生的“多思多學(xué)”，讓學(xué)生在思考、探究、合作的過程中自主汲取知識，獲得能力素養(yǎng)層面的發(fā)展。同時要通過課堂反饋、課后訪談、測驗結(jié)果等不斷改進(jìn)教學(xué)。

（二）強化四重表征思維，提升四重表征能力及表征間轉(zhuǎn)換意識

學(xué)生只有在知識的學(xué)習(xí)過程中領(lǐng)悟并習(xí)得了思維方法，才能做到對知識的自如遷移和靈活運用。四重表征作為化學(xué)獨有的思維方式，可以幫助學(xué)生多角度、多維度地對知識進(jìn)行多重感知，深化對知識的理解。新知的學(xué)習(xí)過程是學(xué)生建立四重表征意識，形成四重表征思維的重要階段。

教師可先結(jié)合舊知厘清四重表征的基本概念，之后逐步將表征思想融入新知學(xué)習(xí)中。在新授課時，要積極引導(dǎo)學(xué)生有意識地運用四重表征，做到將知識四重表征化。例如：可優(yōu)先呈現(xiàn)最易被接受的直觀、可視的宏觀信息，讓學(xué)生通過觀察、觸摸等方式直接感受物質(zhì)及其變化。之后啟發(fā)學(xué)生透過現(xiàn)象看本質(zhì)，將宏觀與微觀相聯(lián)系，由感性認(rèn)知上升到理性思考，構(gòu)建微觀視角的物質(zhì)及其變化，并用規(guī)范化的符號語言進(jìn)行表述。最后從定性轉(zhuǎn)向定量，描繪或剖析相關(guān)圖像。以此不斷強化四重表征在化學(xué)學(xué)習(xí)中的重要性和實效性，使學(xué)生逐漸養(yǎng)成四重表征思維習(xí)慣，以逐漸形成自身的四重表征能力。此外，高考對學(xué)科關(guān)鍵能力的考查中涵蓋信息獲取與加工能力和證據(jù)識別與推理能力。平日中應(yīng)精選綜合性習(xí)題以鍛煉四重表征間轉(zhuǎn)換的意識和能力，培養(yǎng)學(xué)生以四重表征視角提煉題中有效信息及其表征方式，發(fā)掘試題考查方向，在表征間轉(zhuǎn)換以達(dá)到問題的解決，進(jìn)一步提升四重表征轉(zhuǎn)換的意識和能力。

（三）規(guī)范符號表征，深化“數(shù)—形—物”定量研究意識

化學(xué)學(xué)習(xí)過程中的種種思維活動實質(zhì)上都是對賦有意義的化學(xué)符號和文字信息進(jìn)行加工的過程。無論在日常教學(xué)、試題講評、還是在作業(yè)批閱時，都應(yīng)密切關(guān)注學(xué)生的符號表征能力，注重培養(yǎng)學(xué)生讀懂符號語言和運用符號語言進(jìn)行規(guī)范化表達(dá)觀點的能力。

曲線表征通過數(shù)形結(jié)合的方式，將復(fù)雜的信息涵蓋在圖像中，對學(xué)生的各項表征能力和表征間的轉(zhuǎn)換能力都是一項挑戰(zhàn)。在教學(xué)中要注重培養(yǎng)學(xué)生將數(shù)據(jù)信息、圖形信息、物質(zhì)變化信息貫穿聯(lián)結(jié)的“數(shù)—形—物”定量研究意識。在教學(xué)中，可結(jié)合手持技術(shù)，開發(fā)基于數(shù)字化實驗的研究內(nèi)容，對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行實時曲線表征，讓學(xué)生在參與實驗的過程中，從宏觀角度觀察現(xiàn)象，從圖像化的數(shù)據(jù)剖析微觀反應(yīng)歷程;或以化學(xué)中的定量關(guān)系和具體的化學(xué)實驗為載體設(shè)計曲線的繪制和分析環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生主動進(jìn)行曲線表征。再者可直接將某一圖像作為研討內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生基于圖像中所含數(shù)據(jù)、曲線的起點、拐點、變化趨勢、切線斜率等信息，推理分析反應(yīng)歷程，實現(xiàn)信息的整合與表征間轉(zhuǎn)化。

（四）結(jié)合圖式和模型，聯(lián)結(jié)四重表征，建構(gòu)整合知識網(wǎng)絡(luò)

在階段性復(fù)習(xí)總結(jié)時，可引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合圖式和模型對知識進(jìn)行整合和網(wǎng)絡(luò)建構(gòu)，使知識更富組織性。如可選用概念圖辨析概念性知識;韋恩邏輯圖整合存在并列、包含等邏輯關(guān)系的知識;流程圖聯(lián)結(jié)物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)化;思維導(dǎo)圖梳理元素化合物知識（如圖1）;模型表征原理性知識，并可建構(gòu)相應(yīng)解題思維程序模型（如圖2）。圖式和模型的運用，使學(xué)生在對知識的自主梳理和網(wǎng)絡(luò)建構(gòu)的過程中不斷地進(jìn)行著思維的發(fā)散和收斂，將有效地聯(lián)結(jié)起四重表征，進(jìn)一步提升學(xué)生的四重表征能力。

（五）強化新情境下四重表征的靈活運用，實現(xiàn)高階思維能力的發(fā)展

新課標(biāo)中指出：真實、具體的問題情境是學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)形成和發(fā)展的重要平臺。近年高考也趨向以真情境、新情境作為背景，對學(xué)生的學(xué)科關(guān)鍵能力和核心素養(yǎng)水平進(jìn)行考查。在實際教學(xué)中，可根據(jù)學(xué)生四重表征能力的發(fā)展水平，挑選來自生產(chǎn)生活實際、當(dāng)代化工技術(shù)、最新科研成果、化學(xué)史等相關(guān)情境中的關(guān)聯(lián)知識作為教學(xué)輔助資料，進(jìn)行四重表征的應(yīng)用訓(xùn)練。通過引導(dǎo)學(xué)生識別題目中有效信息的呈現(xiàn)形式，組織生生交流、小組互動、師生討論、學(xué)生代表示范等教學(xué)環(huán)節(jié)，將四重表征的思維過程顯性化，學(xué)生通過推理宏觀現(xiàn)象產(chǎn)生的微觀本質(zhì)原因，聯(lián)結(jié)定性與定量信息，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的符號表達(dá)，實現(xiàn)從基礎(chǔ)能力到進(jìn)階能力的提升。同時，可創(chuàng)設(shè)相似、相異情境進(jìn)行對比辨析，讓學(xué)生在知識的遷移中升華對四重表征的理解與運用，學(xué)生通過總結(jié)思維過程，構(gòu)建解決此類問題的認(rèn)知角度和思維模式，最終實現(xiàn)陌生情境下復(fù)雜問題的解決，實現(xiàn)高階思維能力的發(fā)展。在此以一個有關(guān)氧化還原反應(yīng)的情境練習(xí)題為例。

本題選取化工原料硫酸亞鐵，對其受熱分解實驗進(jìn)行了定量與定性探究。需要學(xué)生提取并整合圖像信息和文字信息，計算并推理反應(yīng)物和產(chǎn)物的組成。而在進(jìn)行第（3）題符號表達(dá)時又會發(fā)現(xiàn)僅有第（2）題推理出的產(chǎn)物無法配平方程式，進(jìn)而繼續(xù)引發(fā)思考。

四、 結(jié)語

高中生化學(xué)四重表征能力的培養(yǎng)是一個長期的過程，需要教師在確保學(xué)生主體地位的同時，將用四重表征視角看化學(xué)的思維方式深入到每節(jié)課中，內(nèi)化到學(xué)生的學(xué)習(xí)方式和學(xué)科思維中。只有學(xué)生真正掌握了學(xué)科思維方式，才能提升學(xué)科關(guān)鍵能力和學(xué)科核心素養(yǎng)，而這種思維方式，也將引導(dǎo)學(xué)生適應(yīng)未來不斷變化發(fā)展的各種情境。

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作者簡介：張繼方，內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市，呼倫貝爾市海拉爾區(qū)第三中學(xué)。