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1、基于化学思维培养的初中化学教学实践探讨摘要：化学课程主要的为了提升学生的基本科学素养。在科学素养中，化学思维能力的培养必不可少。本文以化学思维中的“宏观-微观-符号”三重表征思维理论作为基础理论，对初中化学课程进行教学设计，采用文献研究法、问卷调查法、教育实验法结合的方式开展为期半年的实践教学。实践教学选取浏阳市集里中学初三年级两个无显著差异的班级学生为对象，对照班化学课程沿袭传统教学模式，实验班化学课程融入“宏观-微观-符号”三重表征相结合的教学理念，并在完成教学后借助问卷对学生化学思维能力进行测查。研究表明，在实际教学中融入三重表征思维理念，有助于培养初中生化学思维；三重表征思维能够帮助学
2、生更加轻松的了解化学知识，搭建出完整的化学知识架构；实验教学法、小组学习、构建微观模型与知识迁移对三重表征思维的培养具有实际意义。关键词：化学思维；初中化学；三重表征目 录1引言11.1研究背景11.2研究目的11.3研究意义21.4研究现状21.4.1国外研究现状21.4.2国内研究现状31.5研究方法41.5.1文献研究法41.5.2问卷调查法41.5.3实践研究法42研究的理论基础52.1相关教育教学理论52.1.1学习层次理论52.1.2建构主义理论52.1.3多元智能理论52.2相关概念的内涵62.2.1表征62.2.2宏观表征62.2.3微观表征62.3培养学生“三重表征”思维的教
3、学方法72.3.1实验教学法72.3.2构建微观模型72.3.3知识结构化72.3.4迁移应用法72.4初中化学教材“三重表征”内容分析82.5初中化学基于三重表征思维培养的总体教学设计方案93实践部分113.1实践前的准备工作113.1.1实践对象分析113.1.2实践课题分析123.1.3问卷设计123.2实践过程133.2.1教学实录133.2.2水的组成教学过程173.2.3化学式教学过程183.3实践后的工作184 实践分析204.1初中生三重表征思维建构情况分析204.1.1宏观表征建构情况204.1.2微观表征建构情况214.1.3符号表征建构情况234.1.3三重表征建构情况2
4、44.2三重表征思维对学生解决问题能力分析254.3三重表征思维策略培养有效性分析26结论27附录1 水的组成教学设计29附录2 化学式教学设计39附录3 调查问卷421引言1.1研究背景义务教育化学课程标准（2022年版）指出：“化学课程核心素养包括化学观念、科学思维、探究实践和科学态度与责任四个方面。科学思维是从宏观、微观、符号相结合的视角探究物质及其变化规律的认识方式。”1其次，在普通高中化学课程标准（2017年版）要求学生具备“宏观辨识与微观探析”领域化学学科核心素养。化学核心素养是化学学科育人的基本要求，科学思维又是化学核心素养的重要组成部分，两个课标都凸显出了在中学阶段培养科学思维
5、的重要性。所以，教师从学生实际情况出发，针对初中学生阶段性特点，研究如何培养学生的化学科学思维是一个重要任务。化学关注宏观物质和表面现象，微观粒子和变化本质，并加以抽象化提炼化学符号，组成“宏观-微观-符号”三维知识体系。在中学阶段，学生借助三重表征思维可以由宏观到微观的分析问题，也可以由微观研究确定物质宏观的性质与组成，当化学知识累积到一定量时，还能够用抽象的符号语言进行高度概括，形成知识的迁移。三重表征思维与化学学科特征相符，属于中学阶段化学知识不可或缺的一部分3。但在实际情况中，建立三重表征思维比较困难。学生对于化学知识的理解较为片面，大多停留于宏观层面，难以建立微观思维，遑论抽象性更强
6、的化学符号。对于知识难以进行系统的构建，只能进行记忆与计算，无法做到不同表征之间的联系与转换，也就无法很好的掌握化学知识，没有较高的学习效率。基于课标要求、在化学学科中三重表征思维的重要性以及教学期间搭建三重表征思维的难度，从这三个方面探究如何在教学中融入三重表征思维的培养，为化学教学提供新的思考方式，对于初中生的化学学习有着不可忽视的作用，对于化学教学的开展有着深刻的意义。1.2研究目的（1）查阅相关文献，整理“三重表征思维”理论基础。查阅培养三重表征思维的有关文献，了解相关背景，整理三重表征在国内外的研究现状，对表征、三重表征等关键名词进行概念解析，明确义务教育化学课程标准对化学思维培养的
7、具体要求，查找适于三重表征思维培养的教育教学理论，了解培养三重表征思维的有效方法与策略。（2）探讨培养三重表征思维的教学策略，开展三重表征思维的教学实践研究。对人教版化学教材中三重表征的具体体现进行分析，结合相关学者的研究与经验基础，总结出一套基于培养三重表征思维的教学设计方案，寻找适合的教学方法，对浏阳市集里中学初三学生开展培养三重表征思维的初中化学教学实践。（3）基于三重表征培养实践研究，分析学生三重表征思维构建情况。设置调查问卷，结合实践结果，剖析学生三重表征思维的构建情况，评测三重表征教学实施后对学生的影响，分析三重表征教学策略的有效性。1.3研究意义（1）落实义务教育化学课程标准的要
8、求化学课程标准中强调，在教授学生知识的同时教授他们学习化学的思维和方法。所以初中化学教师应该培养学生科学思维能力，作为一项重点工作，为落实课标要求，本文选择在教学中渗入三重表征思维的培养。（2）提高学生的科学素养三重表征思维是学习化学的重要思维模式，培养三重表征思维，有助于提高学生综合思维能力，对学生进行引导实现积极创新，有效提高学生的科学思维水平和核心素养。（3）研究三重表征思维的培养对今后的教学具有指导意义三重表征思维符合化学学科的本质特征。以培养三重表征思维为目的进行教学实践，通过结果分析得出的有效教学策略，可以为今后化学教学思维改善提供参考与指导。1.4研究现状1.4.1国外研究现状苏
9、格兰约翰斯顿4（A.H. Johnston）于1982年提出首次提出了“三重表征”，他指出对于化学需要有“描述、表征、解释”三个水平。他在1991年对此进一步修正“宏观、符号、微观”，认为新的水平相互联系相互影响，至此，三重表征基本定下研究框架。值得一提的是，1994年，Krajcik和Nakhleh扩充三重表征为四重，加入了针对数量关系的代数表征，但由于代数表征与符号表征有重合嫌疑，不为当时学者采纳。1999年，Onno de Jong和Jan van Driel用化学式（符号表征）将三种表征联系起来。比如对于氧气的化学式O2，不仅可从宏观物质角度阐述为“氧气”，还能表示微观粒子“氧分子”，
10、外加化学计量数之类的计量关系。这种说法的确深化了符号表征内涵与适用面，但是也忽视了宏观和微观本身存在的联系。2003年，Yehudit.Dori和Mira Hameiri通过研究来调查学生对于“三重表征”之间相互转化的能力及运用其三种不同水平解决化学问题之间的关系，通过成绩反映学生对于三种不同水平之间的转换能力，从而对学生进行评价，判断其解决化学问题能力的强弱。研究证明，学生在微观表征与符号表征之间切换的能力要弱于宏观表征与符号表征之间切换的能力。2006年，Hannah Margel等提出了在化学学习过程中，尤其是对物质的性质这一块进行学习时，应在宏观和微观之间建立联系，并能够构建出概念图，
11、这种方法能够完善学习过程，使得知识之间的联系更为清晰。综上所述，国外对于“三重表征”理论的研究时间是比较早的，研究方法较丰富，这对我国在这方面的研究是起到了借鉴、指导的作用，为化学教学指明了方向。1.4.2国内研究现状国内的研究前期主要集中在对三重表征概念的界定与扩充，随着课标对科学思维日益增长的重视，三重表征的研究队伍也日渐壮大，研究趋于专业化、系统化，但研究发展的深度及广度有待继续挖掘。2005年，黄婕以动态和静态两种阐释对表征进行了界定。表征的动态含义指将外部信息组织成具有内在联系和意义的知识的认知活动过程；静态含义指知识信息在脑中以何种方式储存。黄婕肯定了A.H.John stone教
12、授的三重表征相互联系、相互转化的观点，并提出了以化学知识作为基底，在三种表征水平下对化学知识进行认识理解的新三重表征关系。2005年，任红艳扩充了三重表征的归类，除开表征的类型，表征的层次也是重要尺度。她认为“宏观-微观-符号”三重表征依次抽象化，其中可见的仅有宏观表征，提出多重表征转化关系模型。2009年，钱扬义教授提出“曲线表征”概念，是指通过坐标系体现化学反应中自变量和因变量的分析方法。这种表征形式颇具新意，形成了“四重表征”，但一般来说，学界更加倾向于“宏观-微观-符号”三重表征的研究5。2013年张丙香结合认知心理学对三重表征做出了内外表征的区别，宏观维度偏于真实；符号维度偏向人为创
13、造，微观则两者兼备。其研究意义在于明确指出三重表征的划分依据及术语使用规范。2014年，李玲对三重表征内涵做了新的解释与补充。其表示，基于化学科学角度能够感受到的实体和现象，就是宏观表征6；对于微观表征，她以不同微粒层面为依据分成分子、原子等水平；对于符号表征，她在符号和文字两种形式之外扩充了“化学知识有声描述”这一形式。2020年，黄超楠发表论文基于三重表征的高中化学离子反应教学设计与实践，通过数据分析得出：将三重表征思维方式应用于离子教学设计能帮助学生更好得理解知识，尤其是当离子反应的测试难度加大时，基于三重表征的离子教学更有利于学生解决困难7。综上所述，不难发现，在我国三重表征思维的发展
14、历程中，前期理论研究趋向于对三重表征思维做定义，解释说明；而在后期研究中，不少学者专家对拓宽三重表征的内涵颇为热衷。但不管研究方向如何，学者们持统一意见的是：培养化学三重表征思维，可提高解决化学问题（尤其是某些复杂问题）的能力。笔者在对诸多文献进行调研时，发现三重表征思维培养多为高中化学教学所钟爱，对于初中化学的实践缺乏，因此，展开三重表征思维的初中化学教学实践，具有现实意义。1.5研究方法1.5.1文献研究法文献研究法是根据一定的研究目的和课题，通过调查文献来获得资料，从而全面地、正确地了解掌握所要研究问题的一种方法8。本文通过大量查阅相关资料，了解掌握化学思维、三重表征思维培养的相关理论，
15、理清三重表征思维的运用思路，构建本文研究的理论基础。1.5.2问卷调查法问卷调查指通过制定详细的问题，要求被调查者据此进行回答，来收集被调查者对研究的意见、态度方面资料的方法9。笔者分别在教学实践前后，以浏阳市集里中学初三年级两个班级作为调查对象，进行了相应的问卷调查。调查主要聚焦于本学期学生三重表征思维构建情况，教学体验感受情况以及三重表征思维对化学学习影响等三个方面。期望以此方式找出学生在“三重表征”思维方面的缺陷，并针对其开展相对量化分析。1.5.3实践研究法实践研究法是研究者按照教育研究的目的，合理地控制或创设一定条件，人为地变换研究对象，从而验证假设，探究教育现象因果关系的一种研究方
16、法10。笔者以两个班为实验对象，进行实践教学时，在实验班和对照班中，教学课时、教材、学生水平等因素都控制不变，仅对化学教学中融入三重表征思维培养这一因素进行研究，探究三重表征思维对化学学习的正面效应。2研究的理论基础2.1相关教育教学理论2.1.1学习层次理论加涅提出累积学习的模式，称之为学习的层次理论。加涅认为人类的学习是复杂多样的，是有层次性的，总是由简单的低级学习向复杂的高级学习发展。1968年，加涅按学习复杂性程度把学习分为八类，学习层次与水平依次递进，即简单的低级学习是复杂高级学习的基础11。对照加涅的“学习层次理论”即可发现，化学学习也存在这样的层次水平：简单易察的宏观事物及其现象
17、，蕴涵着复杂难懂的微观道理，再以更加抽象晦涩的符号表示呈现学习难度逐渐提升，知识与技能要求也逐步升高。此种方式完全与“宏观-微观-符号”三重表征思维相符。2.1.2建构主义理论建构主义理论认为，学习是学习者主动形成认知结构的过程。布鲁纳认为，学习的实质是一个人把同类事物联系起来，并把它们组织成赋予它们意义的结构；皮亚杰指出，从简单结构到复杂结构的转变是一个不断建构的过程，任何认识都是不断建构的产物13。但无论形式如何，学习都是在原有认知结构基础上联系构建新的认知结构。其理论强调学习的主动性、认知结构的联结构建，强调学生独立思考等的重要作用14。对于化学教师来说，如何通过实验以及生活经验使学生建
18、构认知结构，而又如何引导学生主动建构，以何手段方法去建构，都显得尤为重要。2.1.3多元智能理论多元智能理论认为人类思维和认识事物的方式是多元的，且个体身上相对独立地存在着语言、逻辑、空间、运动、音乐、人际、内省和自然观察等八种智能，这八种智能在每个人身上以不同方式、不同程度组合，使得每个人的智能各具特点。多元智能理论强调个体解决实际问题的能力，重视多维度的看待问题的视角。对于三重表征思维来说，主要可培养学生运动智能（进行实验操作）、自然观察智能（观察实验现象）、逻辑智能（进行推理抽象）、语言智能（总结交流），提高学生的科学素养。三重表征思维注重建立起自发的从宏观、微观、符号三个层面、多重角度
19、看待问题的思维意识，在此基础上对事物进行认识与剖析。具体的知识只是三重表征的表面表现，重要的是能够利用三重表征思维多元的看待问题，应用在教学实践中，让学生具备解决各种问题的能力。2.2相关概念的内涵2.2.1表征现代心理学中表征属于一个重要概念，也就是在人脑中信息呈现和记载方式。【引用】对于同一事物，表征可以有不同形式。运用不同形式的表征手段，可使学生对知识的体会更加深刻。2.2.2宏观表征宏观表征是指宏观信息在大脑中呈现的方式，主要指能够由器官感知到的现象在头脑中的反映，主要包括平常所感知到的各种物质性质、各种现象和变化过程等。正因为宏观表征直接通过感官获得，具有直观性、形象性的特点，所以是
20、学生最先接触到的、最为熟悉的、最易接受的一种表征形式，也是学生学习化学的重要方式。2.2.3微观表征微观表征是指微观性质在大脑内反映的方式，主要是指人眼无法直接观察到的粒子在脑内的反射。由于微观表征的抽象性质，会给学生的学习带来较大的混乱。微观表征是一个从感性到理性理解的重要过程，它使我们对化学的理解不再停留在表面，能够深入到微观粒子本质层面去分析，为后期学习更深入的化学知识做好准备。2.2.4符号表征符号表征是指以字母或拉丁语构成的象征符号和图形在大脑中显现的方法。化学符号是一种国际化学语言，包括元素符号、化学式、微观结构图、化学方程式等，它具有象征性、简洁性、普遍性的特点，是化学学习中不可
21、缺少的部分。另外，符号同时具有宏观意义和微观意义，是一种重要的表征方式。2.3培养学生“三重表征”思维的教学方法2.3.1实验教学法实验教学法是指学生在教师的指导下，在特定设备或仪器的控制条件下进行独立操作，从而学习和验证知识的教学方法。化学实验以呈现诸多化学现象为手段，引导学生从宏观现象出发，利用已学知识尝试解释所蕴含原理、规律。绝大多数中学化学实验通过肉眼即可观察，在中学化学教学中，高质量的化学实验不仅能增加学生宏观表征的体验，还能培养学生的观察、创作和实验操作能力。2.3.2构建微观模型化学理论知识对于处于启蒙阶段的中学生来说非常抽象，难以理解，常常成为教学的难点。为了构建横跨宏观表征与
22、微观表征两者之间的桥梁，在教学过程中需要建立微观模型，学生们可以通过实验和显微镜模型的构成来感受粒子的存在形态，通过观察、推论来深入了解化学概念的本质，从而将宏观、微观、符号有机的结合起来。2.3.3知识结构化建构化学符号知识结构、完善化学符号知识体系最常用的方法是知识结构化策略。知识结构化策略要求要按照一定的线索(比如，事实性知识之间的顺序关系，因果关系，种属关系，功能关系等)，将事实性知识进行归类、整理从而使孤立零散的知识形成系统化、结构化的知识网状系统。记忆是以模块为单位进行的，如果将知识结构模块化，短时记忆的容量就会大大增加。同时结构化的组织材料直观形象简明扼要，能够帮助学习者准确清晰
23、的把握化学知识间的内在联系。2.3.4迁移应用法迁移应用法是指利用新旧知识之间的联系，启发人们进行新旧知识对照，由旧知识去思考、领会新知识，应用新知识，进而掌握学习知识的方法。这一方法表明，任何学习都是在学习者已有的知识经验和认知结构、已获的技能素质等基础上进行的。利用原有的知识结构对新的学习的影响，产生接续性的思考和认知，从而形成了知识的迁移，再将迁移的知识应用于问题当中。教师在教学过程中要注意引导学生将新知识与旧知识联系起来，把宏观实验现象与微观粒子本质结合起来，最后用准确的化学用语将其表达出来，使学生整合知识，促进三重表征思维的迁移应用。2.4初中化学教材“三重表征”内容分析浏阳市集里中
24、学所使用的化学教材为九年级人教版化学。该教材分上下两册，共编排十二个单元。上册安排第一至七单元，主要引导学生逐步建立“宏观-微观-符号”三重表征思维；下册安排第八至十二单元，内容偏向于利用三重表征思维解决实际问题。纵观整套教材体系，在内容编排上，教材注重宏观与微观的穿插安排。例如：第三、四、五单元主要内容为物质结构、水和化学式，主要表征为“微观-宏观-符号”。在叙述方式上，教材善于利用宏观物质现象做叙述切入点，立足于微观粒子的分离重组，同时渗入化学符号的角度进行描述。例如：第四单元“自然界的水”，课题顺序为“水的净化”、“水的组成”、“化学式和化合价”，内容符合初中生的认知特点，同时也给予学生
25、三重表征相互转化的引导。而在呈现方式上，化学知识突出以微观表征为纽带，联系宏观与符号表征，重视三者相互转化，同样以“水的组成”为例，氢气燃烧和电解水实质都是氢氧原子的重新组合，宏观现象与化学符号也是为微观实质服务。2012年九年级人教版化学教材分为上、下两册，上册包含七个单元，下册包含五个单元，共十二个单元，每个单元都有其主要的表征。整套教材的三重表征思维是由宏观表征切入，通过化学实验现象在宏观的水平上探索物质的性质与变化，第三单元开始渗入微观表征思维，认识物质的微观属性，探索物质的组成与结构，而后过渡到符号表征，认识由元素符号、化学式、化学方程式、化学计量数组成的化学语言体系，最后将三重表征
26、相互联系起来，构建清晰、合理的表征系统。表 1九年级初中化学人教版教材分析单元主要课程内容主要培养表征第一单元走进化学世界课题 1 物质的变化和性质课题 2 化学是一门以实验为基础的科学课题 3 走进化学实验室宏观第二单元我们周围的空气课题 1 空气课题 2 氧气课题 3 制取氧气第三单元物质构成的奥秘课题 1 分子和原子课题 2 原子的结构课题 3 元素宏观-微观-符号第四单元自然界的水课题 1 爱护水资源课题 2 水的净化课题 3 水的组成课题 4 化学式与化合价第五单元化学方程式课题 1 质量守恒定律课题 2 如何正确书写化学方程式课题 3 利用化学方程式的简单计算第六单元碳和碳的氧化物
27、课题 1 金刚石、石墨和 C60课题 2 二氧化碳制取的研究课题 3 二氧化碳和一氧化碳第七单元燃料及其应用课题 1 燃烧和灭火课题 2 燃料的合理利用与开发第八单元金属和金属材料课题 1 金属材料课题 2 金属的化学性质课题 3 金属资源的利用和保护第九单元溶液课题 1 溶液的形成课题 2 溶解度课题 3 溶液的浓度微观-符号第十单元酸和碱课题 1 常见的酸和碱课题 2 酸和碱的中和反应第十一单元盐 化肥课题 1 生活中常见的盐课题 2 化学肥料宏观-符号第十二单元化学与生活课题 1 人类重要的营养物质课题 2 化学元素与人体健康课题 3 有机合成材料宏观-微观-符号2.5初中化学基于三重表
28、征思维培养的总体教学设计方案通过实习期间的观察，笔者认为三重表征思维的培养有两个关键，第一是如何使学生拥有用宏观-微观-符号的思维去分析、联系物质的意识，即学生在面对化学问题时，能够有意识地从宏观、微观、符号的角度去思考。我国学者毕华林等人的研究显示，在这三种表征间，无论哪种表征的薄弱都会使学生造成难以在三重表征间进行转化的情况，所以第二个关键在于如何平衡的发展三种表征并帮助学生将三重表征相互联系起来。基于这两个关键点，笔者提出培养三重表征思维的教学设计总体思路与要点。（1）教学目标初中生微观、符号表征相对薄弱，三重表征之间的转化能力较差，因此在教学目标上，应该将注重概念的识记转化为掌握和理解
29、概念的意义，将注重描述化学反应现象的能力转化为理解化学反应背后的微观本质，将注重符号的书写转化为理解化学符号的含义，并培养学生从宏观和微观两个层面理解、阐述化学符号意义的表征意识，增强其对知识的全面理解能力。（2）教学重难点把掌握概念及其意义、了解宏观现象及其微观本质、理解化学符号在宏观、微观层面的含义作为教学重难点。（3）教材分析与学情分析在分析教材内容的地位与作用的基础上，加上对教材内容的三重表征分析，即本课题体现的表征有哪些，每一种表征对应的内容有哪些；将学生在该年龄阶段的心理特征、化学学习现状结合三重表征进行分析，即明确哪种表征学习顺序符合学生心理发展特征与课题特征，从而激起学生的学习
30、兴趣、增强学习效率。（4） 教学过程表 2 基于培养三重表征的教学过程设计教材表征内容对应教学方法具体实施过程宏观表征实验教学法基于学校实验条件的基础上，尽可能多的进行实际教学演示实验，通过切身体会到的丰富的宏观现象来支撑微观表征的学习与运用。微观表征微观模型法适时地运用多媒体，使肉眼观察不到的微观世界可视化，使学生在突破认知的基础上建立起正确的微观表征，并促进学生将微观本质与宏观表象进行结合，加强学生在宏观与微观两种表征之间的转化能力。符号表征知识结构化法在进行符号的学习时，教师要注重培养学生理解符号在宏、微层面的含义，培养学生利用符号来表述的能力，按照宏观、微观的知识顺序，归类、整理从而使
31、孤立零散的知识形成完整的结构化知识系统。对已有的知识体系进行不断地拓展、修正，从而形成学生自己的理解。三重表征迁移应用法加强三重表征之间转化的训练，注重创设适合进行三重表征学习的情境。在教学过程中，有意识地引导学生从三重表征的角度去思考，例如：“这个现象我们可以从哪些角度进行思考和表述？”“这些物质之间存在着怎样的内在联系呢？”“这个现象怎样用微观的角度去解释？又如何用符号来进行表达呢？”，从而提高学生的转化意识，使学生在遇到问题时能够自发的站在三重表征的角度去思考，并将知识点之间的联系运用三重表征互相转化，以此提高学生的转化能力。3实践部分3.1实践前的准备工作3.1.1实践对象分析笔者在湖
32、南省浏阳市集里中学进行了为期半年的实习，实习期间担任初三年级两个班级的化学教师，实践对象为集里中学339、350班的学生。其中350班为实验班，339班为对照班，每班都有55名学生。初三学生都是首次接触化学，对化学知识的接触较少，都未形成化学思维。笔者也对两个班的物理、数学成绩进行了调查，两个班的学生无显著性差异，整体水平相当。在教学实践中，选用对照法和测试问卷法。在研究过程中，对实验班实行培养“宏观-微观-符号”三重表征思维的教学，对照班实行传统的教学，并对无关变量进行有效的控制，其中上课时间相同，授课教材相同，教师授课时间相同等，在一段时间的教学授课之后，运用问卷进行测试，对学生进行测查对
33、照。3.1.2实践课题分析每个单元都有主要的表征形式，我从教材中选取两个重要的课题进行具体分析。水的组成是第四单元的第3个课题，它首次对化学反应的微观本质进行剖析，是体现宏观表征与微观表征及符号表征之间具体转换的重要课题。化学式是第四单元的一个重要内容，学生将开始接触化学用语，并且学会把之前学习过的宏观物质、微观过程与化学符号联系起来，灵活转换。下面是对这两个课题的具体分析。 表 3水的组成课题分析课题名称水的组成教学重难点通过电解水实验探究水的组成；单质、化合物、氧化物的概念；理解电解水实验的微观本质；理解并会区分单质、化合物、氧化物的概念和意义。表征分析这一课题首次将化学反应的微观本质进行
34、剖析，是将宏观表征与微观表征联系起来的桥梁；与水的化学式含义综合学习能够有效反映三重表征之间的转换能力。教学方法微观模型建构法、迁移应用法、实验教学法法、知识结构化法表 4化学式课题分析课题名称化学式教学重难点了解化学式的定义及意义；掌握单质、两种元素组成的化合物化学式的写法和读法。通过观察，指导沟通和运用三重表征思维，发现化学符号的含义和特征。表征分析这一课题首次系统的学习化学符号及其意义，将之前所学的宏观现象与微观本质进行结合，构建新的三重表征思维框架。教学方法微观模型建构法、实验教学法法、知识结构化法、迁移应用法3.1.3问卷设计为了解学生三重表征思维建构的情况，笔者编制了基于三重表征思
35、维培养的中学化学教学实践调查问卷。问卷共分为2个部分，第一部分是客观题，由6道选择题与2道填空题组成，从单重表征、三重表征的掌握与转化方面对学生进行测查，初步掌握学生三重表征思维的构建情况。第二部分为一道开放题，整合由宏观、微观、符号三个方面得出的信息以及不同表征间的联系用以解决生活中的问题，旨在探查三重表征思维对学生解决问题的能力影响，具体问卷详见附录3。表 5 问卷设计分析题目考察表征类型类别设计意图1宏观选择题通过生活中的一些物质考查学生对物质性质的了解程度和对宏观现象的掌握程度2宏观考查宏观物质的性质与其相应的检验途径，以及对实验操作和实验现象的掌握程度3微观考查物质的微观构成微粒4微
36、观通过反应前后微粒数量、质量、种类的变化，考查学生对于质量守恒定律微观本质的理解5三重表征从给定的图中微粒的类型和数量以及宏观物质判断描述化学方程式，让学生选择合适的化学方程式，从而检验学生三重表征的转换能力6三重表征通过提供宏观信息，考查学生由宏观表征转向微观和符号表征的计算能力7符号填空题考查微粒的结构示意图，由理解结构示意图的意义并将示意图与相关信息进行匹配8符号考查符号的识记与书写9三重表征开放题考查学生准确地描述出宏观现象、从微观层面解释宏观本质、用化学方程式进行描述并能够由三重表征得出的信息解决生活问题的能力3.2实践过程3.2.1教学实录在实际教学过程中，笔者选取了部分课题应用三
37、重表征思维教学设计思路进行实践，选取的课题见下列表表 6 教学实录单元课题名称主要表征课时第一单元走进化学世界课题 1 物质的变化和性质宏观1课时课题 2 化学是一门以实验为基础的科学1课时第二单元我们周围的空气课题 1 空气1课时课题 2 氧气1课时课题 3 制取氧气2课时第三单元物质构成的奥秘课题 1 分子和原子宏观，微观2课时课题 2 原子的结构微观2课时课题 3 元素三重表征2课时第四单元自然界的水课题 2 水的净化宏观，微观1课时课题 3 水的组成三重表征1课时课题 4 化学式与化合价2课时第五单元化学方程式课题 1 质量守恒定律2课时课题 2 如何正确书写化学方程式2课时课题 3
38、利用化学方程式的简单计算1课时第六单元碳和碳的氧化物课题 1 金刚石、石墨和 C602课时课题 2 二氧化碳制取的研究1课时课题 3 二氧化碳和一氧化碳2课时以上选取的课题，实验班均在培养三重表征思维的基础上进行教学设计，对照班则采用传统的教学设计，且实际教学过程与教学设计基本相符。3.2.2水的组成教学过程图 1 水的组成教学过程3.2.3化学式教学过程图 2 化学式教学过程3.3实践后的工作实践后对所收回的有效问卷进行数据整理并就问卷题型、表征类型、三重表征转换能力、设计意图、答题效率等进行数据分析。希望通过详细分析了解到大部分同学的三重表征思维能力的构建情况，具体内容详见第四部分。4 实
39、践分析4.1初中生三重表征思维建构情况分析4.1.1宏观表征建构情况问卷第1、2题考察的都是学生宏观表征的构建情况，主要从物质的性质与用途、对宏观现象的掌握程度以及相关实验操作与实验现象三个方面考查。图 3问卷第一题图 4 问卷第一题各选项比例分析图第1题是通过生活中的一些物质考查学生对物质性质的了解程度和对宏观现象的掌握程度，要求学生有良好的宏观表征水平。实验班本题正确率达到80.7%，对照班正确率为76.9%，实验班学生正确率比对照班正确率高了四个百分点，对宏观的化学现象及物质性质理解更为深刻。图 5问卷第二题图 6 问卷第二题各选项比例分析图第2题考查宏观物质的性质与其相应的检验途径，不
40、仅要熟悉物质的性质，还要考查学生对实验操作和实验现象的掌握程度。实验班正确率达到76.9%，对照班正确率为69.2%，实验班正确率比对照班正确率高将近八个百分点，对物质性质的实验反应不仅停留在外部表象，对内部因素也有一定的掌握。据后期了解，对照班在经过传统教学后大部分仍然学生从生活现象或客观事实思考化学问题，而实验班在经过三重表征教学后，大部分学生从化学实验角度答题，对这门学科以实验为基础有了较深入的理解。由此可见，基于培养三重表征的教学有利于学生的宏观表征建构。4.1.2微观表征建构情况问卷第3、4题考察的都是学生微观表征的构建情况，主要从物质的构成微粒、化学反应前后的微观变化本质两个方面进
41、行考查。图 7 问卷第三题图 8 问卷第三题各选项比例分析图第3题考查物质的微观构成微粒，实验班此题正确率为67.3%，对照班的正确率为59.6%，对照班的学生对于不可见的微观构成理解较差。图 9 问卷第四题图 10 问卷第四题各选项比例分析图第4题通过反应前后微粒数量、质量、种类的变化，考查学生对于质量守恒定律微观本质的理解，实验班本题正确率高达71.2%，学生对概念的理解及反应的微观本质掌握较好，相比而言对照班仅达到了59.6%，对于概念的本质理解存在困难。通过后期了解，对照班学生对于微观知识的理解大多限于微观概念、规律的识记，无法深入理解微观的本质，因而微观表征水平较低，实验班的学生对于
42、不可见的微观世界的理解则是大多来源于模型和动画的演示，从而理解性的学习，将本质原因印在脑海中。对于初三学生而言，直观的宏观知识易于理解，而较为抽象的微观知识则存在学习困难，实验班教学中采用三重表征的教学设计，将易于吸引学生注意力且易于理解的可见模型、动画与较生涩的微观知识结合教学，从而增强学生对于微观知识的理解，因而实验班学生的微观表征能力突出，实验班的学生微观表征水平明显强于对照班。由此可见，基于培养三重表征的教学有利于学生的微观表征建构。4.1.3符号表征建构情况问卷第7、8题考查的都是学生符号表征的构建情况，主要从微粒结构示意图与符号意义、化学式的识记进行考查。图 11 问卷第七题图 1
43、2 问卷第八题考察表征题号实验班正确率对照班正确率符号773.1%61.5%886.5%75.0%表 7 问卷第七、八题正确率数据统计表第7题考查微粒的结构示意图，由于没有理解结构示意图的意义因而无法将示意图与相关信息进行匹配，对于仅靠识记学习的学生此题存在较大难度。考查化学式识记的8题两班正确率均较高，分别为86.5%和75.0%。考查符号表征应用型的7题正确率明显低于考查符号书写的8题，说明学生对于符号的识记掌握较好，应用性较差，但实验班正确率仍比对照班高十二个百分点。通过后期了解，对照班学生对于符号的学习大多仅关注识记与书写，而实验班注重对符号的宏观、微观意义进行论释，从而更全面地理解与
44、运用符号。由此可见，基于培养三重表征的教学有利于学生的微观表征建构。4.1.3三重表征建构情况考查三重表征的题目为第5、6题，问卷主要结合化学反应过程与化学反应计算考查学生三重表征的构建情况与转换能力。图 13 问卷第五题图 14 问卷第五题各选项比例分析图图 15 问卷第六题图 16 问卷第六题各选项比例分析图第5题考查了学生从微观转向符号表征的能力，同时也考虑了质量守恒的宏观表征。通过比较分析，实验班的学生对宏观、微观和符号之间的联系和转换有了更深刻的理解，大部分学生已经意识到部分Y 物质并没有参与到化学反应中去，因而避免了错误的答案。第6题考查的是学生将宏观表征的质量与微观表征的反应原理
45、相结合，又通过符号作为桥梁直观表达出来，这属于现象与本质的结合，充分展示和应用三重表征解决问题的完整过程。两个班的差异最为显著且正确率较低，其中实验班的平均正确率达到79.8，而对照班仅为61.5，正确率差异达到了18.3，两班差异显著，实验班的学生掌握较好。通过后期了解发现，对照班班大多人认为对5、6题解答仅需一种表征，没有运用其他，而实验班学生则大多会选择两种以上的表征，显然三重表征的答题意识高于控制班。在教学中实验班通过宏观现象、动画、图片与微观本质相结合促进学生对微观知识的理解，同时以符号作为载体，使学生从宏观、微观两方面理解符号的含义，从而对化学知识有了更本质、更全面的理解，学生宏观
46、、微观、符号表征相结合理解知识能力在教学中得到培养，从而在不同角度对题目进行思考与理解，题目的正确率得到提升。由此可见，通过一段时期的三重表征教学，有利于学生的三重表征构建，它提高了实验班学生的“宏观-微观-符号”思维能力，使大多数学生能够站在三重表征的角度思考问题并进行相互转换。4.2三重表征思维对学生解决问题能力分析该第九题主要考查学生以下内容：（1）能够准确地描述出宏观现象；（2）能够从微观层面解释宏观本质；（3）能用化学方程式进行描述；（4）由上述三条解决这个问题。图 17 问卷第九题总分8分，其中正确描述宏观现象2分，合理的从微观层面解析2分，正确书写化学方程式2分，解决问题2分，学生得分情况记录如下：表 8 问卷第九题数据分析班级总人数最高分最低分众数平均分实验班528366.88对照班528144.72由上表可知，对照班和实验班虽然最高分都是8分，但是最低分、众数、平均分都有一定差距。对照班的最低分和众数分别是1分、4分，实验班最低分和众数分别是3分、6分，其中得分差距主要在于第三问“如何从微观层面去解释这一现象？”