“三重表征”下促進高中化學實驗深度學習實例分析

葉蓮雅

摘 要：“三重表征”下開展高中化學實驗深度學習活動，有助于加深學生對實驗內容的印象，幫助其構建系統(tǒng)知識體系，更好地提高其應用靈活性，因此，教學實踐中應做好“三重表征”理論知識的學習與梳理，在充分把握其內涵的基礎上做好實驗教學的認真設計，促進高中化學實驗教學質量與效率的提高。本文結合相關實例，探討高中化學實驗深度學習活動，以供參考。

關鍵詞：三重表征；高中化學；化學實驗；深度學習

“三重表征”指宏觀表征、微觀表征、符號表征[1]。三種表征之間聯(lián)系緊密且從不同層面對化學物質進行抽象、概括，可使學生更加全面、清晰地認識所學。實踐中應充分認識到“三重表征”的重要價值，將“三重表征”有效地融入高中化學實驗深度學習活動中，增強學生的學習體驗，改善實驗教學效果。

一、“三重表征”的解讀及必要性

“表征”指客觀事物在人的心理上的感知反應[2]。高中化學教學活動中既要引導學生從宏觀視角對化學物質進行整體上的認識，又要能夠透過現(xiàn)象看本質，分析化學物質的內部構成，更好地掌握其性質。同時，為方便研究與闡述化學知識，則需要從符號角度進行表征。由此可見，“三重表征”是學習高中化學內在要求，尤其在實驗深度學習活動中，在“三重表征”指引下展開非常有必要，主要體現(xiàn)在以下方面：

“三重表征”中的宏觀表征符合學生的認知規(guī)律，是學習化學物質應具備的意識。相對來說宏觀表征較為容易，如化學物質的物理性質、化學實驗中的發(fā)光發(fā)熱，都屬于宏觀表征的范疇。宏觀表征可幫助學生建立對化學物質、化學實驗的初步印象，激發(fā)其學習興趣，調動其深度思考的熱情[3]。

結合宏觀表征及教學內容、學生學習實際，設計問題或者應用多媒體技術展示化學物質內部結構。同時，結合“微觀表征”幫助學生洞悉隱含在實驗現(xiàn)象中的知識，驅使學生排除主觀原因干擾，深化其對知識理解，促使其更好地掌握知識本質。

對化學物質、化學實驗進行“符號表征”體現(xiàn)了化學學科特點，為學生開展學習、研究、論述，以及經(jīng)驗上地交流帶來便利，而且相關測試對化學知識的考查也通過“符號”這一載體體現(xiàn)的，因此，熟練對化學物質、化學實驗進行符號上的表征是學生需掌握的基本技能。

二、“三重表征”下高中化學實驗深度學習實例

通過對高中化學實驗內容的分析，現(xiàn)分別列舉課本中無機物、有機物實驗以及課外實驗，探討“三重表征”下高中化學實驗深度學習活動。

實例1：探究濃硫酸的性質

探究濃硫酸的性質是高中化學“含硫化合物的性質”中非常重要的實驗。在進行該實驗內容教學時，為使學生深入、系統(tǒng)地掌握濃硫酸的物理、化學性質，理解實驗原理，掌握實驗步驟，在“三重表征”下，按照以下思路開展教學活動：

其一，實驗開展之前，在課堂上為學生展示濃硫酸，并預留空白時間，要求學生進行自主學習，認真閱讀課本中有關濃硫酸的物理性質的內容，并填寫以下空格：

濃硫酸的顏色為______，實驗室常用的濃硫酸的質量分數(shù)為______，密度約為_____，沸點____，____揮發(fā)，常溫下____。

如此引導學生初步認識濃硫酸，形成“宏觀表征”，為實驗內容的展開做好鋪墊。

其二，課堂上按照課本編排的實驗順序，為學生逐一演示。

實驗1：將少量膽礬加入表面皿中，再加入約3mL的濃硫酸。

實驗2：在大試管中加入2g蔗糖，加入2～3滴水，再加入約3mL的濃硫酸，迅速攪拌，然后塞緊帶玻璃導管的橡皮塞，將玻璃導管的另一端插入裝有品紅溶液的試管中。

實驗3：在試管中放入小銅片，加入2mL的濃硫酸，將帶玻璃導管的橡皮塞塞緊，另一端插入到品紅溶液中，并使用裝有氫氧化鈉溶液的試管進行尾氣處理，而后加熱裝有小銅片和濃硫酸的試管。

其三，“三重表征”下的深度學習。課堂上要求學生認真觀察實驗，總結上述實驗的條件以及實驗現(xiàn)象，引導學生對實驗進行“宏觀表征”。學生通過觀察、討論，不難得出以下實驗現(xiàn)象：實驗1中的現(xiàn)象為藍色晶體變成白色粉末；實驗2中的現(xiàn)象為蔗糖逐漸變黑，體積膨脹，形成疏松多孔的海綿狀物質，品紅溶液褪色；實驗3中的現(xiàn)象為加熱后銅片逐漸溶解，表面有氣泡產(chǎn)生，品紅溶液褪色。

課堂上運用多媒體技術為學生展示濃硫酸的結構簡式簡圖，使學生清晰地看到濃硫酸中各種原子的構成方式以及所成的鍵，在其頭腦中建立對應的結構模型。同時，使用多媒體動畫展示上述化學反應中的原子變化，明確相關元素在反應前后化合價的變化情況，激發(fā)其學習興趣的同時，加強其對化學反應的“微觀”認識，使其能夠根據(jù)動畫內容進行“微觀表征”。另外，要求學生認真討論，寫出上述實驗中的化學方程式，使其能夠準確地進行“符號表征”。

學生根據(jù)討論可知，實驗1中濃硫酸將膽礬中的水分吸收，導致其變成白色。同時，學生聯(lián)系所學的二氧化硫的性質可知，實驗2和實驗3中均有二氧化硫生成，最終不難寫出對應的化學反應方程式。如此能使學生完成符號表征。在此基礎上引導學生總結濃硫酸的性質，即吸水性、脫水性及強氧化性。

實例2：乙醇的性質實驗

乙醇是高中化學中非常重要的有機物。牢固掌握乙醇性質是教學的重要目標之一。為更好地加深學生印象，在“三重表征”下進行相關內容的教學。

其一，引入實驗內容。課堂上使用試管加入生活中常見的“酒”，要求學生觀察顏色，聞其氣味，而后告知學生“酒”中的氣味來自乙醇，激發(fā)學生學習興趣的同時，使學生對“酒”有個初步認識。學生通過觀察，形成對“乙醇”的宏觀表征。

其二，按照課本中的實驗1和實驗2內容要求學生動手進行實驗。其中實驗1是鈉和乙醇的實驗，實驗2是在銅作催化劑的情況下乙醇和氧氣發(fā)生的實驗（這里不再贅述實驗內容）。

其三，“三重表征”下的深度思考。課堂上展示如下問題，要求學生思考：1.實驗1有什么現(xiàn)象，其中鈉和水的反應有哪些不同？2.實驗2中的實驗現(xiàn)象是什么？銅絲的作用是什么？學生通過觀察實驗1可看到鈉沉在乙醇底部，緩慢放出氣泡，逐漸變小，沒有鈉與水反應的劇烈。實驗2中銅絲被灼燒變成黑色，伸入到乙醇中時又變成紅色，同時聞到刺激性氣味[4]。而后拋出問題要求學生積極思考：你能解釋上述兩個實驗現(xiàn)象的內在原因嗎？課堂上為學生預留空白時間供其思考、討論。

課堂上借助多媒體課件為學生展示乙醇的結構簡式以及分別和鈉、氧氣反應時化學鍵的斷裂、原子變化、生成物的形成過程，使其能夠從微觀上理解乙醇的性質，從“微觀”角度解釋實驗現(xiàn)象。學生通過分析不難理解實驗1中鈉置換出乙醇羥基中的氫。實驗2中在銅的催化下乙醇和氧氣發(fā)生反應生成乙醛。在學生微觀分析實驗過程后，要求其結合經(jīng)驗寫出對應的化學方程式，如此便可引導學生使用“符號表征”掌握所學。進一步通過反應物和生成物中化學式的分析得出乙醇被氧化的實質是乙醇失去兩個氫原子（即轉移兩個電子），這樣可引導學生進行深度學習。

實例3：氯氣與碘化鉀溶液的反應

該化學實驗是課本以外的實驗。通過該實驗內容的學習，能鞏固學生所學，鍛煉學生遷移所學知識分析問題的能力。在“三重表征”下按照以下思路進行教學：

其一，引導學生回顧所學。課堂上要求學生回顧所學的氯氣的物理和化學性質。同時，使用試管取少量碘化鉀溶液，要求學生觀察其是否有顏色。如此開展教學活動，既能降低學生的陌生感，又能使其從宏觀角度認識化學物質，確保后續(xù)實驗活動的順利開展。

其二，組裝實驗器材開展實驗。課堂上使用濃鹽酸和二氧化錳組裝成制取氯氣的實驗裝置，而后將制取的氯氣通入盛放碘化鉀溶液的試劑瓶中，并在瓶中滴加淀粉溶液。從試劑瓶經(jīng)導管進入盛有氫氧化鈉溶液的試管中。打開分液漏斗，放下部分濃鹽酸，點燃酒精燈加熱，開始實驗，要求學生認真觀察實驗現(xiàn)象。

其三，鼓勵學生討論進行深度學習。課堂上學生通過觀察發(fā)現(xiàn)，碘化鉀加溶液顏色先變藍而后藍色褪去，溶液呈淺棕色。教學活動中給學生預留討論時間并鼓勵其認真查閱資料，尋找實驗現(xiàn)象發(fā)生的原因，引導其對實驗進行“微觀表征”。學生查閱資料發(fā)現(xiàn)，碘單質和碘離子在溶液中會生成I3-，其略顯棕黃色且遇淀粉變藍。碘單質可被氯氣氧化成紅色的ICl2-和黃色的ICl-，兩種離子能夠繼續(xù)被氧化成無色的IO3-。學習到這一點后，給學生提供相關的實驗儀器和試劑，要求學生開展探究活動。學生經(jīng)過認真分析，設計如下實驗步驟：先使用試管取上述反應后的適量溶液，滴加碘水。發(fā)現(xiàn)溶液變成藍色，說明生成物中有淀粉，而沒有I3-。將適量碘單質溶入碘化鉀溶液中，取溶液兩毫升，滴加一滴淀粉溶液再通入氯氣，結果發(fā)現(xiàn)加淀粉后溶液變藍，通氯氣后藍色褪去，溶液呈現(xiàn)淺棕色，然后繼續(xù)通入氯氣溶液變成無色。根據(jù)實驗現(xiàn)象可以推理出剛開始實驗中溶液變化的原因是因為氯氣將碘單質氧化成了ICl2-和ICl-，兩者混合在一起呈棕色溶液。而后要求學生寫出相關化學實驗現(xiàn)象的化學反應方程式。如此開展教學活動不僅能夠使學生搞清楚實驗的本質，理解化學反應過程中“微觀”上的變化，而且能很好地鍛煉其運用“符號”表征化學過程的能力。

三、“三重表征”下高中化學實驗深度學習策略

“三重表征”下開展高中化學實驗深度教學活動時講解了三個實驗案例，獲得了良好的教學效果?，F(xiàn)對相關教學策略做如下匯總：

（一）做好實驗教學準備

為順利完成“三重表征”下高中化學實驗深度學習目標，應做好充分的教學準備。一方面，認真分析化學實驗中應用的實驗試劑、實驗器材，聯(lián)系學生的現(xiàn)有知識儲備，從學生熟悉的知識、情境切入，給學生帶來似曾相識的感覺，提高其認真思考，發(fā)揮“三重表征”的積極性。例如：在濃硫酸性質的實驗教學時，可在課堂上與學生一起簡單回顧稀硫酸的性質，然后展示濃硫酸溶液，要求其進行“宏觀表征”。如此進行新舊知識的良好銜接，可獲得意想不到的效果。另一方面，結合教學內容，認真分析“三重表征”中哪一種表征對學生而言難度較大，思考在課堂上該如何進行引導，以提前做好設計與規(guī)劃，增強學生的學習自信。

（二）在課堂上與學生互動

“三重表征”下開展高中化學實驗深度學習活動時，為增強學生的學習體驗，使其能夠向著正確的方向思考、分析，保證表征的正確性，應注重在課堂上與學生積極互動。一方面，圍繞實驗教學內容設計互動問題，尤其為避免學生在思考時停留在表面，使其更好地把握所學知識本質，設計互動問題時應注重層層遞進，逐步深入。其中簡單的問題用于幫助學生樹立自信，難度大的問題用于鍛煉學生分析問題的能力。另一方面，與學生互動時注重認真傾聽學生的回答內容是否正確，是否存在漏洞，給予針對性的點撥，使其及時彌補表征內容[5]。當然課堂上應結合學生的表現(xiàn)，給予針對性的表揚與鼓勵，增強其實驗深度學習的心理體驗，更好地挖掘其學習潛力。

（三）注重信息技術的運用

信息技術是當前教學活動中應用率較高的工具，其能直觀形象地展示微觀世界的事物，給“微觀表征”能夠帶來良好的輔助作用，而且其能激發(fā)學生的學習興趣[6]。高中化學實驗深度學習活動中注重信息技術的適時應用。實踐中結合實驗教學內容認真收集相關的教學素材，如相關化學物質的內部構成圖片，以直觀展示化學物質原子的空間分布，以及所成鍵的特點。必要情況下，為使學生更好地理解化學實驗原理，可動手制作相關的微課視頻、動畫課件等，為學生展示化學反應過程中化學鍵是如何斷裂以及是如何形成的等，使其能夠正確地進行“微觀表征”。當然給學生預留書寫化學反應方程式、離子方程式的機會，鍛煉其基礎能力的同時，提高“符號表征”的靈活性。

（四）結合生活實踐開展教學

如果脫離生活，高中化學教學則缺乏活力，使得課堂活動較為枯燥，難以激發(fā)學生學習興趣，不利于學生核心素養(yǎng)培養(yǎng)。“三重表征”下開展實驗深度學習活動時，為更好地激發(fā)學生積極性，應注重聯(lián)系生活，創(chuàng)設生活化情境，促使學生主動積極投入化學實驗活動中，探索化學現(xiàn)象背后的化學本質，深入理解化學反應規(guī)律，培養(yǎng)學生深入探究的習慣，進一步促進學生核心素養(yǎng)發(fā)展。

結束語

“三重表征”對學生形成良好的認知結構和化學科學觀念具有重要作用。高中化學實驗教學活動中應積極在“三重表征”下開展工作，通過課本中實驗內容的講解，提高學生“三重表征”的意識，把握“三重表征”的注意事項。同時，通過講解新的化學實驗知識，鍛煉學生能力的同時，給其提供進行“三重表征”的機會，促使其“三重表征”能力得到有效的提高。

參考文獻

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[4]張丹.基于“深度學習”的高中化學實驗教學研究[J].吉林省教育學院學報，2019，35（7）：61-65.

[5]林立豪，施建梁.基于深度學習的高中化學實驗教學策略[J].中學教學參考，2017（32）：56-58.

[6]高志鵬，朱宏衛(wèi).高中化學實驗教學中促進學生深度學習的實踐與探索[J].數(shù)理化解題研究，2017（9）：86.