基于三重表征思維的高中生解題能力培養(yǎng)研究

摘要：三重表征，即宏觀表征、微觀表征、符號表征，是促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)的必備思維方式.因此，以三重表征思維為載體，幫助學(xué)生形成系統(tǒng)化的知識體系，培養(yǎng)學(xué)生表征問題、分析及解決問題的能力，具有一定的可行性和必要性.文章以高中化學(xué)“離子反應(yīng)”知識為例，結(jié)合三重表征思維，通過具體的教學(xué)實踐，探索培養(yǎng)學(xué)生解題能力的可行路徑.

關(guān)鍵詞：三重表征思維；高中化學(xué)；解題能力

中圖分類號：G632文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1008-0333（2024）27-0092-03

收稿日期：2024-06-25

作者簡介：王文剛（1980.8—），男，甘肅省舟曲人，本科，中學(xué)高級教師，從事中學(xué)化學(xué)教學(xué)研究.

三重表征即宏觀表征、微觀表征和符號表征三個層次，宏觀表征主要關(guān)注物質(zhì)的宏觀性質(zhì)與外部表現(xiàn)；微觀表征深入分子與離子層面，探討物質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其相互作用；而符號表征則重在化學(xué)反應(yīng)的符號表示與化學(xué)式.只有當(dāng)學(xué)生能夠融會貫通三個層次，才能全面、深入地理解化學(xué)知識.通過三重表征的思維訓(xùn)練，學(xué)生可以更準(zhǔn)確、系統(tǒng)地解決化學(xué)問題.在此背景下，本研究結(jié)合人教版高中化學(xué)“離子反應(yīng)”知識，探索如何更有效地培養(yǎng)學(xué)生的三重表征思維，從而提高其問題解決能力.

1分析教學(xué)內(nèi)容，明確教學(xué)目標(biāo)

“離子反應(yīng)”是人教版高中化學(xué)課程中的重要內(nèi)容之一，主要涉及以下知識點：一是離子的形成，元素在失去或得到電子后，形成帶有正電或負(fù)電的離子，如Na⁺、Cl^-等；二是離子方程式，展示了發(fā)生反應(yīng)的主要離子，例如Ag⁺+Cl^-AgCl；三是溶液中的電離，當(dāng)鹽類、酸或堿溶解在水中時，會形成其對應(yīng)的陽離子和陰離子；四是沉淀反應(yīng)，兩種含有不同離子的溶液混合，有時會產(chǎn)生不溶于水的固體沉淀；五是中和反應(yīng)，酸和堿的溶液混合，產(chǎn)生水和鹽；六是置換反應(yīng)，某一離子置換另一溶液中的離子，形成新的化合物；七是氧化還原反應(yīng)中的離子變化：元素在反應(yīng)中損失或獲得電子，從而表現(xiàn)為其氧化態(tài)的變化.因此，在以“離子反應(yīng)”為例，培養(yǎng)學(xué)生解題能力的過程中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生從微觀（電離）的角度出發(fā)，探究宏觀的化學(xué)現(xiàn)象（離子反應(yīng)現(xiàn)象），最終以符號表征的形式（離子方程式），解決化學(xué)問題[1].

在此基礎(chǔ)上，結(jié)合三重表征思維，明確教學(xué)目標(biāo).在宏觀表征層面，從觀察和實驗中理解離子反應(yīng).學(xué)生可以通過實驗觀察沉淀的生成、顏色的變化或溶液的酸堿性變化，直觀地理解離子反應(yīng)的外部表現(xiàn)[2].例如，在沉淀反應(yīng)中，學(xué)生可以觀察到兩種透明的溶液混合后產(chǎn)生顏色鮮艷的沉淀.在微觀表征層面，深入離子和分子層面，探討離子反應(yīng)的本質(zhì).學(xué)生理解離子如何在水中移動、沉淀如何形成，以及離子如何在溶液中進(jìn)行置換；對于中和反應(yīng)，學(xué)生可以想象酸性氫離子和堿性氫氧根離子的結(jié)合，形成水分子.在符號表征層面，通過化學(xué)方程式和符號來表示離子反應(yīng).學(xué)生學(xué)會寫出離子的化學(xué)式，如Na⁺、Cl^-；能夠正確書寫離子方程式，例如Ag⁺+Cl^-AgCl，并理解其中所表示的化學(xué)變化[3].

2引入具體問題，培養(yǎng)解題能力

2.1進(jìn)行問題設(shè)計

在一個工業(yè)園區(qū)的廢水處理廠，需要處理含有Ag⁺、Ba⁺、Fe3⁺的廢水，請你為該廢水處理廠設(shè)計廢水處理方案，按序沉淀三種離子，并指出每一步的化學(xué)反應(yīng).

設(shè)計意圖：此題涵蓋了離子反應(yīng)知識的多個方面，從宏觀的工業(yè)問題到微觀的離子行為，再到符號表征的方程式書寫，確保學(xué)生不僅能夠理解離子反應(yīng)的基本概念，而且能夠應(yīng)用這些概念來解決實際問題，培養(yǎng)了學(xué)生問題解決和知識應(yīng)用能力.

2.2梳理解題思路

2.2.1宏觀表征階段

教師可以通過使用工業(yè)視頻或動畫，展示真實工廠中廢水處理的場景，使學(xué)生從宏觀的角度了解整個廢水處理過程.組織學(xué)生以角色扮演的形式，扮演廢水處理廠的化學(xué)顧問，將問題轉(zhuǎn)化為實際場景.工廠的大型廢水處理池，這些廢水需要經(jīng)過多個處理步驟來分離和沉淀不同的離子，其任務(wù)是優(yōu)化工廠的沉淀過程，需要其研究不同的沉淀策略、進(jìn)行實驗驗證，并在班級前進(jìn)行演示.

設(shè)計意圖：為學(xué)生提供真實場景的解題參考，確保學(xué)生從宏觀層面理解問題的復(fù)雜性并識別關(guān)鍵信息，使學(xué)生對問題形成直觀的認(rèn)識，加強學(xué)生對離子反應(yīng)知識的實際應(yīng)用.

2.2.2微觀表征階段

學(xué)生可以通過模型或電子版教材，查看各個離子與其他物質(zhì)結(jié)合后的穩(wěn)定性，以確定最容易形成的沉淀.學(xué)生首先需要回顧相關(guān)知識，明確每種離子與哪些常見陰離子發(fā)生沉淀，并需要知道離子沉淀的順序，即哪種離子最容易沉淀、哪種其次、哪種最后.在此過程中，教師可以組織學(xué)生設(shè)計小型的化學(xué)實驗活動，用于測試不同的沉淀策略，學(xué)生需要考慮如何控制變量，如何測量沉淀的效率，以及如何確保實驗的可重復(fù)性.

設(shè)計意圖：培養(yǎng)學(xué)生利用微觀角度去觀察和分析問題的能力，從而更深入地理解化學(xué)過程，使學(xué)生從分子和離子的角度深入理解化學(xué)過程和反應(yīng).同時，通過實驗，強調(diào)實踐操作和科學(xué)研究方法，提高學(xué)生的實驗設(shè)計和操作技能，同時培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維.

2.2.3符號表征階段

2.3明確解題步驟

2.4實際操作與驗證

2.4.1實驗材料準(zhǔn)備

2.4.2實驗步驟

2.4.3分析與討論

設(shè)計意圖：通過小組展示與全班討論，學(xué)生可以展示自己的分析與理解，同時培養(yǎng)學(xué)生的交流與合作能力.

3結(jié)束語

基于三重表征思維方式，以人教版高中化學(xué)“離子反應(yīng)”知識為切入點，嘗試采用三重表征思維模式整合和引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程.引導(dǎo)學(xué)生不僅能在宏觀、微觀和符號層面上構(gòu)建堅實的知識結(jié)構(gòu)，而且能將這些知識與日常生活和實際實驗相聯(lián)系，從而更加深入、系統(tǒng)地理解化學(xué)反應(yīng).通過教學(xué)實踐發(fā)現(xiàn)，基于三重表征的解題教學(xué)，不僅增強了學(xué)生對離子反應(yīng)的本質(zhì)理解，更有效地培養(yǎng)了學(xué)生的化學(xué)思維和解題能力.

參考文獻(xiàn)：

［1］ 周秋玲，陳述，焦銀春.基于三重表征的中學(xué)化學(xué)課堂教學(xué)探究：以“氧化還原反應(yīng)”為例[J].廣東化工，2021，48（20）：253-254，264.

[2] 高秀玲，蘇國英.學(xué)生“宏微符”三重表征思維方式的構(gòu)建策略：以初中《定量研究化學(xué)反應(yīng)》案例教學(xué)為例[J].現(xiàn)代教育，2018（10）：57-58.

[3] 鄭雁方，王蕾，單明清，等.基于化學(xué)三重表征的教學(xué)設(shè)計：以“乙酸的酯化反應(yīng)”為例[J].湖北師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2021，41（04）：113-118.［責(zé)任編輯：季春陽］