“三个代表”重要思想在化学概念教学中的应用与思考_导电性论文

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      一、问题提出

      化学概念教学是中学化学中一个重要的组成部分，也是学生学好化学的基础。化学核心概念是已经剥离了现象的一种更高级的思维形态，是化学学科知识体系的基础[1]。它是将化学现象、化学事实经过比较、综合、分析、归纳、类比等方法抽象出来的理性知识，反映着化学现象及事实的本质。新课程化学课堂教学如何采取合理的教学模式对化学核心概念进行表征，有效促进学生对化学核心概念的理解和形成，是当前广大教师面临的重要课题。本文结合“酸碱盐在水溶液中的电离”教学案例，阐释“四重表征”教学模式在促进化学概念建构中的基本应用。

      二、理论基础

      （一）表征的含义

      表征（Representation）又称心理表征或知识表征，是认知心理学的核心概念之一。表征是知识在人脑中呈现和记载的方式，既包括感觉、知觉、表象等形式，又包括概念、命题、图式等形式。这些形式分别标志着人们对事物反映的不同广度和深度。表征有不同的方式，可以是具体形象的，也可以是抽象概括的。学习者只有根据知识类型和特征的不同，运用恰当、灵活的表征方式，并能够在不同表征形式之间进行熟练的转化，才能促进知识的结构化和策略化，才能真正有效地掌握知识。

      （二）“四重表征”的含义

      “四重表征”教学模式（Tetra-Representation Teaching Model，简称TRTM）指的是对物理或化学变化从“宏观·微观·符号·曲线”四重角度进行表征与表征间相互转换的教学模式[2]。宏观表征（

）是指颜色、状态、气味、变化等方面可观察的宏观现象在学习者头脑中的反映；微观表征（

）是指微粒组成结构、相互作用及变化等微观属性在学习者头脑中的反映；符号表征（

）是指化学式、化学方程式等符号形式在学习者头脑中的反映；曲线表征（

）是指将化学反应中的数据变化以定量的曲线形式在坐标轴中记录下来，其中曲线的起点、拐点和终点反映了化学反应中的变化趋势，是将宏观表征和微观表征联系起来的桥梁。四重表征相互联系，组成一个有机整体，有助于学生全面、透彻地认识和理解化学物质及其变化，同时也能培养学生对定量图像信息处理的能力[3]。其具体教学模式如图1所示。

      

      三、基于“四重表征”教学模式下化学核心概念的建构教学案例

      综观整个中学化学的核心概念的定义，不难发现中学化学的核心概念涉及的种类繁多，其中有比较具体的，也有比较抽象的，有宏观领域的，也有微观领域的，它们遍及中学化学的各部分核心内容。如何在错综复杂的定义方式中找到某些共同特性，采用不同的表征方式深入剖析定义中所蕴含的内涵，从而顺利地进行核心概念的建构是概念教学中需要解决的首要问题。下面笔者结合“电解质的电离”教学实践具体谈谈如何运用“四重表征”教学模式进行核心概念的建构。

      （一）环节一：导电性实验探究——宏观表征（

）

      教师引导学生回顾初中化学有关物质的导电性相关知识，预测并观察以下几个实验：

      实验①：NaCl晶体导电性研究。

      实验②：蒸馏水导电性研究。

      实验③：NaCl溶液导电性研究。

      实验④：NaCl晶体融熔时导电性研究。

      实验操作演示及实验现象如图2～图4所示。

      

      设计意图：通过实验对比分析，激发学生的探究欲望，引入新知教学，培养学生观察、分析实验现象的科学能力，使学生在头脑中对NaCl的导电条件形成“宏观表征”的表象。

      

      （二）环节二：导电性原因分析——微观表征（

）

      教师引导学生通过动画模拟了解NaCl晶体结构（如图5所示）及观看NaCl在水中溶解的过程（如图6所示），并引导学生分析NaCl的溶解过程和熔融过程中形成离子的原因：当NaCl加入到水中，在水分子的作用下，NaCl溶解并发生了离解，钠离子（

）和氯离子（

）脱离晶体表面，进入水中，与水分子形成能够自由移动的水合钠离子和水合氯离子；当加热熔融NaCl时，NaCl晶体内的两种微粒

和

之间的静电作用力被破坏，产生了大量的钠离子（

）和氯离子（

）。

      

      

      设计意图：通过动画模拟“微观粒子图”，实现“宏观表征”向“微观表征”的转换，使学生在头脑中形成“微观表征”的表象，培养学会从微观的角度解释宏观实验现象的能力。

      （三）环节三：导电性本质分析——符号表征（

）

      教师引导学生分析NaCl溶液或熔融态的NaCl导电的原因，即在水分子的作用或加热条件下使NaCl晶体发生了离解，产生了自由移动的钠离子和氯离子。这个过程叫作电离，可以借助以下符号表达式来表示：

      

      在外加电场的作用下，自由离子发生了定向移动而导电，随着自由离子的增加，自由离子的浓度增高，导电能力逐渐增强。

      设计意图：通过对NaCl在两种不同环境下导电性原因的深度分析，帮助学生构建化学概念的形成过程，引导学生借助“符号表征”来描述产生化学现象的本质，揭示化学概念的基本内涵。

      （四）环节四：导电性深层次分析——曲线表征（

）

      教师引导学生观察下列两个实验，并观察实验过程中采集到的图像曲线趋势。

      实验①：将电导率传感器伸入装有蒸馏水的烧杯中，并不断向其中加入NaCl固体，测定电导率变化（如图7所示）。

      

      实验②：将电导率传感器伸入装有NaCl固体的试管中，并用酒精灯加热，进行熔融态NaCl电导率的测定（如图8所示）。

      

      设计意图：通过手持技术生成的电导率曲线，实现“符号表征”向“曲线表征”的转换，突破教学的难点，使学生在头脑中形成“曲线表征”的形象，学会通过分析曲线解释实验，激发学生实验探究的兴趣。

      （五）环节五：知识归纳总结——“四重表征”总结及概念建构

      教师引导学生回顾本环节知识，建构“四重表征”教学图（如图9所示），并通过NaCl的导电性探究得出电离及电解质的概念。即，凡是在水溶液或熔融状态下能导电的化合物，称为电解质。电解质在一定条件下离解成自由移动离子的过程称为电离。

      

      四、“四重表征”教学模式在化学概念教学中应用的几点思考

      学生在概念学习过程中理解“四重表征”上的困难，主要是由微观世界抽象性、已有的宏观经验模糊性及概念性知识贫乏性等原因造成的。在教学过程中，为了有效地促进学生对核心概念的理解，教师可合理运用“四重表征”教学模式进行教学，帮助学生完成核心概念的建构。

      （一）以化学实验为载体，增加宏观表征的体验

      化学实验的鲜明特点就是通过物质的宏观现象来揭示物质的组成、结构、性质以及化学反应中内在变化的微观本质。教师在实验中帮助学生将观察到的宏观现象与微观结构联系起来，会极大地促进学生思考能力的发展，增强其对化学概念的学习。实验教学是为学生提供宏观体验的最好手段，是“四重表征”学习的基础，因此，教师在教学中应该加强实验教学，增加学生宏观表征的体验，充分发挥实验教学的价值。

      （二）合理使用微观模拟，增加微观表征的可视化

      微观表征是化学学习中的关键内容，但是由于微观表征的抽象和困难，学生对微粒、原子结构、化学反应、溶液等特定内容存有一定的相异构想。微观表征的相异构想严重阻碍了学生对化学“四重表征”的整体建构[4]。在化学概念教学中，有很多概念非常抽象，突破这一难点有效的方法就是合理使用微观模拟，以增强微观世界的可视化，从而增强学生对微观表征的理解，有助于学生对复杂概念的理解，有利于其形成“四重表征”的联系。

      （三）重视化学用语的学习，增加符号表征的价值

      化学用语是用来表示物质的组成、结构、变化规律的化学符号及术语，是对化学现象的一种本质抽象。化学用语反映了化学学科特有的思维方式，是化学学习的重要工具。在化学用语相关教学中，教师要充分利用实验、实物、模型、图示、多媒体等直观手段，在带给学生充分感知的基础上，把化学用语对应的化学符号所蕴含的宏观和微观信息展示出来，使学生明白符号表征代表的宏观和微观含义；要突出符号表征对于宏观表征、微观表征的中介功能，为进一步学习和建构化学概念打下坚实的基础。

      （四）注重发挥数字化技术优势，增加曲线表征的直观性

      数字化实验的实时性与直观性让学生能够通过多元化、图形化的数据显示方式，即时地对实验现象进行归纳与分析，及时地对实验结果做出判断，并对实验预测进行修正；而“手持技术”的易操作性与准确性实现了在降低实验操作难度的同时，保证实验的精确性；数字化实验使化学实验从“定性”转变为“定量”，实现了定量的表征形式——曲线表征，给予学生更多空间进行逻辑思考，综合所得的实验数据与现象，概括并得出可靠的实验结论，为概念学习的深层次理解起到了重要的作用。

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