利用三重表征优化“离子反应”教学探讨

摘要：通过对“离子反应”的问卷情况分析，了解学生的三重表征能力。在教学实践过程中尝试在“离子反应”问题解决过程中引入三重表征训练，对提高学生的微观想象力和定量分析能力进行了探讨，提出了合理利用图示形成问题解决模型，优化三重表征能力，形成三重表征心智模型的教学设想。

关键词：离子反应；三重表征；三重表征心智模型；问题解决能力

文章编号：1008-0546（2017）04-0027-03 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.04.010

“离子反应”研究的是水溶液中物质微粒间的相互作用及其规律，在建立x子反应知识体系过程中，要辨析的概念相当多，如电解质与非电解质、强电解质与弱电解质、电离，同时在学习过程中经常要与电荷守恒、离子共存情况分析、离子方程式正误判断、离子反应条件分析及元素化合物知识建立联系，这部分内容涉及到大量微观表征和符号表征，对学生而言存在相当大的学习困难。造成这种现象的原因何在？本文就利用三重表征优化“离子反应”教学进行探讨。

一、三重表征相关理论及“离子反应”问卷

⒈ 三重表征及三重表征心智模型简介

经过三十多年的发展，约翰斯顿教授（A.H. Johnstone）提出的三重表征已经成为化学教育研究的理论基础。从宏-微-符三种表征水平上认识和理解化学知识，并建立三者之间的内在联系，是化学学习特有的思维方式，我们称之为三重表征。[1]

三重表征的重要性决定了化学学习要从宏-微-符等方面对物质及其变化进行多种感知，在学生的头脑中形成化学三重表征心智模型。张丙香经过研究提出，化学三重表征心智模型是个体对化学概念进行三重表征后在头脑中形成的概念框架，影响着个体对外在事物进行描述、解释和预测的行为与方式。三重表征具有内部表征和外部表征两重含义，表征心智模型属于三重表征的内部表征，学生的化学三重表征心智模型会不断完善[2]。那么，在“离子反应”教学过程中，我们怎样帮助学生形成三重表征心智模型，优化三重表征能力呢？

2. “离子反应”三重表征问卷综述

为了解离子反应学习中学生具有的三重表征能力，我们进行了匿名问卷。在分析学生问卷中我们发现，许多学生认为氯化氢溶于水会发生反应，认为H+和Cl-不能共存，对电离过程不能顺利实现三重表征的转换；学生不能理解两两反应，对现象不知道有条理叙述，能准确完成方程式，但是不会分析前后现象，离子方程式书写错误，碳酸根写成CO32+。

综合分析可知，学生在离子反应学习中，只有宏观表征能力较强，微观和符号表征能力较弱，三重表征的融合和转换能力更弱。后期教学重点放在丰富同学们宏观表征能力的基础上，加强同学们想象力的培养，促进同学们微观表征能力的形成，借助符号表征的桥梁作用，形成离子反应概念系统，帮助学生形成三重表征心智模型，促进三重表征转换能力的形成，优化学生的离子反应学习能力，提高教学效果。

二、三重表征训练融入“离子反应”教学训练

⒈ 充分利用实验，培养学生微观世界的想象力

为了培养对微观反应进程的想象力，设计了以下几组探究实验，目的是循序渐进地培养学生借助宏观现象想象微观世界的想象力。探究实验及表征训练内容见表1。

通过典型的离子反应之间对照分析和实验探究，借助颜色变化、沉淀生成及溶解、气体产生等特征各异的反应，可以在同学们头脑里面建立较丰富的化学反应宏观表征储备，为同学们进行科学地微观表征想象和准确地完成符号表征打下基础，为解决较为复杂的离子反应定量问题和过程性问题提供了可能。

2. 学会量化分析，提高离子反应问题解决能力

离子反应之所以让学生感到困难，一是因为反应内容概念多，内容抽象，二是反应过程中数量关系不会分析。我们可以充分挖掘离子反应中隐藏的量化素材，培养学生思维能力和探究能力。学生只有具有量化分析能力，离子反应的学习才能由定性拓展到定量，问题解决能力才能增强。为了帮助同学理解离子反应中量的关系，加深对离子反应的深层认识，设计探究实验二。

在上述探究二实验1过程中，通过Ba2++SO42-[=]BaSO4与H++OH-[=]H2O各自独立还是存在关联？如果存在关联，怎样关联？H++OH-+Ba2++SO42-[=]BaSO4+H2O、2H++2OH-+Ba2++SO42-[=]BaSO4+2H2O谁更符合事实，通过实验就能找到答案。

分析图像可知，当pH=7和电导率近似为零几乎是同时出现的！说明两个反应存在着联系，OH-耗完时Ba2+也耗完，依据硫酸和氢氧化钡的电离方程式，故正确的离子方程式只能是2H++2OH-+Ba2++SO42-[=]BaSO4+2H2O[3]。借助数字化手段显示的离子反应情况，让我们深刻认识到宏观反应现象中蕴含的微观反应本质和数量关系，有助于我们认识离子反应中存在的客观事实。

上述探究二实验2过程中，通过酚酞这一将宏观现象与微观离子结构相联系的指示剂，使学生通过宏观现象之间的联系，真的“看见”了溶液中H+与CO32-反应的阶段性和过程性，通过对实验微观反应过程的想象和理性思考，学生对实验过程理解更加深入。通过不同典型离子反应实验呈现，借助离子方程式这一符号表征载体形成“宏微符”三重表征就会非常自然，不会觉得突兀。

3. 通过图形表征，形成离子反应问题解决模型

当我们的头脑里有足够的离子反应表征储备，并不意味着我们的三重表征能力有了很大的提高，问题解决能力有了进步。要能熟练解决问题，需在头脑里面形成合理的三重表征心智模型。利用这些心智模型适时把我们头脑里面所具不同的表征形式（文字的、图画的、图表的、实物的、符号的）按照我们的需要进行描述。有助于学生从三重表征的视角思考问题。在帮助同学们形成离子方程式书写模型过程中，以 NaOH+HCl[=]NaCl+H2O 离子反应方程式的书写为例，其图形表征过程如下所示：[5]

通过图形表征，学生建立起具体的思维过程：

（1）分析 NaOH 和HCl在水中的存在形式：

NaOH[=]Na++OH- HCl[=]H++Cl-

（2） 分析离子间作用

（3）写出离子方程式 H++OH-[=]H2O。

在x子反应学习过程中，我们以离子方程式书写这一核心知识点建立图示，借助图示将离子方程式书写、电离方程式书写这些典型的符号表征联系到一起，帮助学生形成离子反应概念系统，形成三重表征心智模型。将复杂的问题形象直观化，建立有序思维，提高学生三重表征能力，形成离子反应问题解决能力。

通过帮助同学们形成正确的问题解决原型，对原型问题的情景变化修正，学生内部三重表征心智模型不断由不完善变得完备，由不合理走向科学。在学生心智模型不断完善的过程中，三重表征能力和问题解决题能力不断优化。

三、离子反应教学情况总结及分析

半年教学实验后，笔者班级“离子反应”知识点得分率由开始的比对照班低7%，到后期比对照班高24%，班级均分由实验前的低4分，到实验后的高8分，总体取得了较好的效果。

通过研究看出，学生对离子反应三重表征的质量决定了心智模型的优劣，对解题能力产生直接影响。解题能力存在差异的原因主要在于微观表征，对离子反应的微观表征不足，导致学生不能将一种表征转化为另一种表征，在两种表征之间的关系建立联系，从而导致学生在解题能力方面存在不足。本研究通过在“离子反应”问题解决过程中引入三重表征训练，提高了学生宏观-微观-符号三重表征意识和能力，优化了三重表征心智模型，对提高问题解决能力具有积极影响。

培养将宏观现象与微观结构有意识建立联系的能力。利用宏观表征作为基础支撑，促进微观表征的有意义学习，促进学生对化学概念的有意义理解；合理使用微观模拟，增强微观世界的可视化，通过想象这一工具，丰富关于离子等微粒世界认识，增强对微观表征的理解。进行三重表征训练和注重学生三重表征思维方式的培养，把三重表征心智模型培养和提高学生问题解决能力进行自然衔接。

参考文献

[1] 毕华林，黄婕，亓英丽.化学学习中“宏观-微观-符号”三重表征的研究[J].化学教育，2005，5

[2] 张丙香.高中生化学反应三重表征心智模型的研究[D]. 济南：山东师范大学，2013

[3] 保志明.运用实验体现概念的建构过程[J]. 中学化学教学参考，2012，3

[4] 江敏.在实验中展现化学的魅力[J].中学化学教学参考， 2011，10

[5] 方强.通过化学实验和图形表征建构离子反应的学习途径[J].化学教学，2015，3