摘 要：實(shí)驗(yàn)是化學(xué)學(xué)科的重中之重。傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)多以實(shí)驗(yàn)操作細(xì)節(jié)以及對(duì)應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)原理為主要教學(xué)內(nèi)容，忽略學(xué)生綜合素養(yǎng)培育?！叭乇碚鳌崩砟钍腔凇拔⒂^—宏觀—符號(hào)”三個(gè)水平認(rèn)識(shí)和理解化學(xué)知識(shí)的思維方法，在化學(xué)教學(xué)中起著至關(guān)重要的作用。文章結(jié)合“三重表征”理念，對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行創(chuàng)新探索，嘗試?yán)谩叭乇碚鳌崩砟钯x能化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)效率提高。

關(guān)鍵詞：“三重表征”；初中化學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

作者簡(jiǎn)介：劉瑩（1985—），女，江蘇省高郵市車邏鎮(zhèn)初級(jí)中學(xué)。

一、基于心理建構(gòu)，探析實(shí)驗(yàn)教學(xué)關(guān)鍵

“三重表征”理念下的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，首先應(yīng)該讓學(xué)生學(xué)會(huì)應(yīng)用“三重表征”，即利用不同的表征形式理解和表述化學(xué)實(shí)驗(yàn)。在準(zhǔn)確表述的基礎(chǔ)上，再引導(dǎo)學(xué)生深入探索化學(xué)實(shí)驗(yàn)背后的規(guī)律，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰σ约皩W(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)。

（一）宏觀表征，觀察現(xiàn)象變化

宏觀表征是“三重表征”中的基礎(chǔ)表征方式，它強(qiáng)調(diào)通過(guò)觀察物質(zhì)的形狀、顏色等直觀表現(xiàn)，將化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程描述出來(lái)。這種方式能夠直觀呈現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象變化，有助于學(xué)生建構(gòu)對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的宏觀理解［1］。

通過(guò)宏觀表征，我們可以將化學(xué)反應(yīng)與實(shí)際現(xiàn)象聯(lián)系起來(lái)，使化學(xué)反應(yīng)不僅能用抽象的文字進(jìn)行描述，還能夠以可視化的方式存在于學(xué)生的腦海中。比如，在學(xué)習(xí)“金屬的化學(xué)性質(zhì)”這一節(jié)時(shí)，學(xué)生需要對(duì)不同金屬的可燃性進(jìn)行探析，觀察各種金屬的燃燒現(xiàn)象。鎂在空氣中燃燒的化學(xué)方程式為2Mg＋O2=2MgO，這一反應(yīng)的現(xiàn)象可用文字表述為“發(fā)出耀眼白光，放熱，生成白色物質(zhì)”。學(xué)生可以通過(guò)多媒體視頻或?qū)嶋H實(shí)驗(yàn)，觀察這一反應(yīng)的宏觀現(xiàn)象，從而更深入地理解化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)象變化。宏觀表征是理解和記憶化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)表征方式，它以直觀的方式呈現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)象變化，不僅能培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)實(shí)驗(yàn)興趣，還能為學(xué)生將來(lái)深入理解微觀層面的化學(xué)知識(shí)以及掌握符號(hào)表達(dá)奠定基礎(chǔ)。

（二）微觀表征，跨越理性認(rèn)知

從宏觀感受表征跨越到微觀認(rèn)識(shí)表征，是從感性認(rèn)知到理性認(rèn)知的重要轉(zhuǎn)變?；瘜W(xué)反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是在化學(xué)反應(yīng)中分子分裂為原子、離子，原子、離子重新組合形成新的分子，因而通過(guò)微觀表征理解化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，對(duì)于學(xué)生理解化學(xué)規(guī)律，深刻掌握各種化學(xué)結(jié)構(gòu)式和基本化學(xué)概念有著十分重要的作用。

將宏觀層面上的現(xiàn)象變化與微觀粒子之間的反應(yīng)聯(lián)系起來(lái)，是一種有效的微觀認(rèn)知方法。比如，在學(xué)習(xí)“酸與堿的中和反應(yīng)”這一節(jié)時(shí)，對(duì)于這兩種物質(zhì)之間的化學(xué)反應(yīng)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生探討兩者的微觀反應(yīng)與宏觀現(xiàn)象之間的關(guān)聯(lián)。首先，向裝有NaOH溶液的試管內(nèi)滴入酚酞，可以觀察到溶液變紅，這是因?yàn)樵嚬苤泻蠴H-離子。然后，用滴管逐滴向溶液內(nèi)滴入HCl溶液，從宏觀角度可以觀察到紅色逐漸變淡，最終變?yōu)闊o(wú)色。這一宏觀現(xiàn)象的變化對(duì)應(yīng)了試管內(nèi)的OH-離子與H+離子之間的結(jié)合，具體反應(yīng)為OH-＋H+=H2O，而溶液中的Na+離子則與Cl-離子結(jié)合得到NaCl，即實(shí)現(xiàn)了酸堿中和，得到了對(duì)應(yīng)的鹽和水。在上述實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師引導(dǎo)學(xué)生從宏觀現(xiàn)象的變化分析對(duì)應(yīng)的微觀粒子反應(yīng)過(guò)程，能有效培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)微觀表征意識(shí)，幫助他們更好地理解化學(xué)反應(yīng)的內(nèi)在原理，實(shí)現(xiàn)從宏觀認(rèn)知向微觀理解的認(rèn)知跨越。

（三）符號(hào)表征，形成科學(xué)體系

符號(hào)表征是化學(xué)學(xué)科的精髓，它是建立化學(xué)科學(xué)體系、確立宏觀物質(zhì)現(xiàn)象與微觀化學(xué)組成之間邏輯關(guān)聯(lián)的必要紐帶。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師應(yīng)注重符號(hào)表征的滲透，有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用化學(xué)符號(hào)來(lái)描述化學(xué)組成、分析化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的能力［2］。

讓學(xué)生明白如何用元素符號(hào)與數(shù)字表示物質(zhì)組成，以及能夠使用化學(xué)式準(zhǔn)確描述化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程是提升學(xué)生符號(hào)表征能力的有效手段。比如，在學(xué)習(xí)“水的組成”這一小節(jié)時(shí)，學(xué)生可以通過(guò)電解水實(shí)驗(yàn)來(lái)探究水的成分。通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)生可以總結(jié)出：電極上出現(xiàn)氣泡，正極產(chǎn)生氣體體積與負(fù)極產(chǎn)生氣體體積比為1∶2，正極產(chǎn)生的氧氣能使帶火星的木條復(fù)燃，負(fù)極產(chǎn)生的氫氣能夠燃燒，形成淡藍(lán)色火焰。通過(guò)分析這兩種氣體，學(xué)生可以得出水由氫原子和氧原子構(gòu)成，其比例與產(chǎn)生氣體的比例相同的結(jié)論。由此歸納可知，水分子的化學(xué)符號(hào)表達(dá)式為H2O，對(duì)應(yīng)的電解水化學(xué)方程式可以表達(dá)為2H2O=2H2↑＋O2↑。這一過(guò)程有助于學(xué)生清晰、準(zhǔn)確地建立關(guān)于化學(xué)分子及其相關(guān)反應(yīng)的知識(shí)體系架構(gòu)?；瘜W(xué)符號(hào)是化學(xué)學(xué)科的重要工具，教師必須重視符號(hào)表征能力的培養(yǎng)，聯(lián)系宏觀物質(zhì)現(xiàn)象與化學(xué)微觀反應(yīng)過(guò)程，助力學(xué)生養(yǎng)成良好的化學(xué)符號(hào)表達(dá)習(xí)慣。

二、指向思維能力，探析實(shí)驗(yàn)教學(xué)階段

初中階段是培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)思維能力的重要階段，初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)應(yīng)以學(xué)生的認(rèn)知心理特點(diǎn)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)“三重表征”思維的滲透。從認(rèn)知心理學(xué)角度出發(fā)，我們可以將“三重表征”思維的培養(yǎng)分為習(xí)得、轉(zhuǎn)化與自動(dòng)三個(gè)階段。

（一）習(xí)得階段，熟悉基本規(guī)律

習(xí)得階段是“三重表征”理念下實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。在這一階段，學(xué)生需要了解實(shí)驗(yàn)反應(yīng)物的基本性質(zhì)，掌握實(shí)驗(yàn)的化學(xué)反應(yīng)規(guī)律。因此，教師在這一階段應(yīng)通過(guò)情境創(chuàng)設(shè)和借鑒生活經(jīng)驗(yàn)等方式，幫助學(xué)生熟悉基本的化學(xué)反應(yīng)規(guī)律，從而為學(xué)生理解三種表征方式奠定基礎(chǔ)。

舉例來(lái)說(shuō)，在學(xué)習(xí)“粗鹽中雜質(zhì)的去除”這一節(jié)時(shí)，教師一般先向?qū)W生介紹粗鹽雜質(zhì)的種類以及去除雜質(zhì)的常見方法，并解釋各種方法對(duì)應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)原理。比如，常見的雜質(zhì)去除方法包括將雜質(zhì)轉(zhuǎn)化為提純物質(zhì)、沉淀或氣體，對(duì)于粗鹽中的MgCl2、CaCl2、Na2SO4等可溶性雜質(zhì)，我們可用沉淀法除雜，即在混合物中加入某種試劑，使雜質(zhì)形成沉淀后通過(guò)過(guò)濾除去。然后，教師可以讓學(xué)生簡(jiǎn)單了解各個(gè)方法對(duì)應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)，比如MgCl2+2NaOH=Mg（OH）2↓+2NaCl。在這一階段，學(xué)生從理論基礎(chǔ)層面了解了化學(xué)實(shí)驗(yàn)的目的，掌握了通過(guò)化學(xué)反應(yīng)達(dá)成某種目的的反應(yīng)原理，以及實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的各種宏觀現(xiàn)象，這為他們后續(xù)理解多種表征方式提供了支持。

（二）轉(zhuǎn)化階段，指導(dǎo)信息加工

轉(zhuǎn)化階段的主要內(nèi)容為通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察與理論分析，對(duì)習(xí)得階段獲知的實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行模型建構(gòu)，厘清化學(xué)反應(yīng)中宏觀現(xiàn)象與微觀粒子反應(yīng)之間的邏輯關(guān)聯(lián)，同時(shí)通過(guò)符號(hào)形式準(zhǔn)確辨析對(duì)應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)信息的深度加工。

轉(zhuǎn)化階段的重點(diǎn)在于根據(jù)信息加工理論，將習(xí)得階段所獲取的宏觀現(xiàn)象和微觀反應(yīng)原理相結(jié)合，建立化學(xué)關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)多種表征方式間的相互轉(zhuǎn)換。在“粗鹽中雜質(zhì)的去除”這一節(jié)的講解中，學(xué)生需要結(jié)合習(xí)得階段的了解，分析反應(yīng)的微觀變化規(guī)律。例如，粗鹽提純過(guò)程涉及處理粗鹽溶液中包含的Mg2+、Ca2+以及SO42-，通過(guò)加入OH?-、CO32-以及Ba2+三種離子引發(fā)反應(yīng)，使其分別轉(zhuǎn)化為三種固體鹽類，然后通過(guò)過(guò)濾進(jìn)行提純。學(xué)生用符號(hào)式對(duì)上述過(guò)程進(jìn)行表述，從而實(shí)現(xiàn)宏觀、微觀以及符號(hào)三種表征形式的信息轉(zhuǎn)化。這一學(xué)習(xí)階段能幫助學(xué)生建立不同表征方式之間的化學(xué)關(guān)聯(lián)，使其能夠熟練地進(jìn)行不同表征方式的表述轉(zhuǎn)換，從而加深學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)的理解和記憶。

（三）自動(dòng)階段，解決具體問題

自動(dòng)階段是學(xué)習(xí)“三重表征”的最終環(huán)節(jié)，旨在培養(yǎng)學(xué)生的“三重表征”應(yīng)用能力，使他們能夠在解決化學(xué)問題時(shí)，靈活地運(yùn)用宏觀、微觀和符號(hào)三種表征方式，理解化學(xué)反應(yīng)的內(nèi)涵。例如，在學(xué)習(xí)“粗鹽中難溶性雜質(zhì)的去除”這一節(jié)后，教師設(shè)置問題如下：

粗鹽中難溶性雜質(zhì)通常采用“溶解—沉淀—過(guò)濾—蒸發(fā)結(jié)晶”的方法去除，下列可采用上述原理處理的物質(zhì)及雜質(zhì)是（? ?）

A.C（CuO）? ? ? ? ? B.NaCl（KCl）

C.KCl（MnO2）? ? D.CaO（CaCO3）

對(duì)于這一問題，學(xué)生首先需要聯(lián)想到粗鹽中難溶性雜質(zhì)去除的原理，即通過(guò)溶解將需去除的物質(zhì)溶解于水中，從而將難溶物質(zhì)進(jìn)行沉淀和過(guò)濾。因此，學(xué)生需要判斷每個(gè)選項(xiàng)中的物質(zhì)和雜質(zhì)是否分別是可溶以及難溶物質(zhì)：由于A和D選項(xiàng)中的物質(zhì)和雜質(zhì)均為難溶性物質(zhì)，因此無(wú)法去除，而B選項(xiàng)中的物質(zhì)和雜質(zhì)均為可溶性物質(zhì)，也無(wú)法去除，只有C選項(xiàng)中的物質(zhì)和雜質(zhì)符合要求，可以通過(guò)溶解過(guò)濾的方式去除雜質(zhì)。

在自動(dòng)階段，以問題的方式引導(dǎo)學(xué)生利用“三重表征”能力對(duì)具體問題進(jìn)行分析，可以有效強(qiáng)化學(xué)生轉(zhuǎn)化表征方式的能力。

三、聚焦核心素養(yǎng)，探析實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略

“三重表征”理念下的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)致力于培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)通過(guò)不同表征形式的相互轉(zhuǎn)化，加深學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的理解，使其能夠靈活地選用合適的表征方式進(jìn)行推理、學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)核心素養(yǎng)提升［3］。

（一）任務(wù)驅(qū)動(dòng)，進(jìn)行證據(jù)推理

證據(jù)推理要求學(xué)生能夠根據(jù)現(xiàn)有條件以及化學(xué)知識(shí)來(lái)分析和推理化學(xué)反應(yīng)中的變化，將學(xué)科知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際情境。在課堂教學(xué)中，教師采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式，將推理和論證過(guò)程設(shè)計(jì)成課堂學(xué)習(xí)任務(wù)，能夠有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，提高學(xué)生在課堂中進(jìn)行證據(jù)推理和邏輯思考的效率。

通過(guò)觀察試劑顏色變化、有無(wú)氣體或沉淀生成、是否發(fā)光或發(fā)熱等對(duì)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行推理，是最常見的化學(xué)推理形式。例如，在學(xué)習(xí)有關(guān)二氧化碳的性質(zhì)時(shí)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)將CO2通入紫色石蕊溶液中，溶液變紅，于是，教師布置任務(wù)讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究。在任務(wù)驅(qū)動(dòng)下，學(xué)生設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，取四朵用石蕊溶液染成紫色的干燥紙花，分別進(jìn)行如下處理：①噴上水；②放入干燥CO2氣體中；③噴水后放入干燥CO2氣體中；④噴灑稀鹽酸。結(jié)果發(fā)現(xiàn)只有第三和第四朵紙花變紅了?；谶@一觀察，學(xué)生可以推斷CO2氣體與水發(fā)生反應(yīng)生成碳酸，導(dǎo)致試劑變色，這個(gè)反應(yīng)的符號(hào)表征為CO2＋H2O=H2CO3。任務(wù)驅(qū)動(dòng)法是一種行之有效的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，在任務(wù)驅(qū)動(dòng)法的指導(dǎo)下，學(xué)生能夠更加直接地參與到課堂設(shè)計(jì)中，將完成任務(wù)作為主要?jiǎng)恿Γㄟ^(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的對(duì)比分析，實(shí)現(xiàn)證據(jù)推理的目標(biāo)。

（二）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，生發(fā)創(chuàng)新意識(shí)

創(chuàng)新意識(shí)對(duì)于提升化學(xué)核心素養(yǎng)、活躍化學(xué)思維來(lái)說(shuō)必不可少。在“三重表征”理念下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)中，教師應(yīng)有針對(duì)性地鼓勵(lì)學(xué)生改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方式，通過(guò)設(shè)計(jì)更易于觀察的實(shí)驗(yàn)，提高實(shí)驗(yàn)在宏觀層面的可觀察性。

比如，在學(xué)習(xí)“分子運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象”時(shí)，我們需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)證明分子的運(yùn)動(dòng)特性。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方式通常是將濃氨水和酚酞溶液共同放置在一個(gè)倒扣的燒杯下，通過(guò)酚酞溶液的顏色變化來(lái)證明分子的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)。然而，這一實(shí)驗(yàn)需要較長(zhǎng)的時(shí)間，且學(xué)生無(wú)法觀察到分子運(yùn)動(dòng)的實(shí)際軌跡。在這種情況下，教師可以鼓勵(lì)學(xué)生分析是否存在其他方法來(lái)證明分子的運(yùn)動(dòng)性。通過(guò)仔細(xì)分析現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，學(xué)生設(shè)計(jì)了更方便的實(shí)驗(yàn)方案：將滴有酚酞溶液的濾紙條（每隔1.5—2 cm滴一小滴酚酞溶液）水平放置在試管里，然后用一個(gè)滴有濃氨水的棉花團(tuán)堵住試管口，觀察試紙上的顏色變化。由于分子的運(yùn)動(dòng)性，氨氣分子不斷從試管的口部向底部移動(dòng)，使滴有酚酞溶液的濾紙條變紅色，這一實(shí)驗(yàn)還能直觀呈現(xiàn)紙條從口部到底部的顏色漸變過(guò)程，更好地說(shuō)明分子的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)。

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)需要學(xué)生充分發(fā)散思維，結(jié)合化學(xué)反應(yīng)原理和現(xiàn)有化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，使反應(yīng)的宏觀現(xiàn)象更加直觀，這有利于學(xué)生通過(guò)宏觀現(xiàn)象來(lái)深入分析對(duì)應(yīng)的微觀反應(yīng)原理，能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和加深他們對(duì)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的理解。

（三）參與實(shí)踐，滲透社會(huì)責(zé)任

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任是義務(wù)教育化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之一?；瘜W(xué)學(xué)科在日常生活中有著廣泛的應(yīng)用，教師要注重化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)踐性，讓學(xué)生體會(huì)到化學(xué)對(duì)于社會(huì)發(fā)展的重要作用，培育學(xué)生的社會(huì)責(zé)任意識(shí)［4］。

化學(xué)反應(yīng)廣泛應(yīng)用于環(huán)境治理、污染處理以及醫(yī)療等領(lǐng)域，這是化學(xué)學(xué)科的重要價(jià)值之一。在學(xué)習(xí)“酸堿中和”相關(guān)知識(shí)時(shí)，教師可以首先向?qū)W生講解酸堿中和的化學(xué)反應(yīng)原理，然后引導(dǎo)學(xué)生考慮日常生活中酸堿中和的應(yīng)用場(chǎng)景，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證這些應(yīng)用。例如，針對(duì)酸堿中和現(xiàn)象，有學(xué)生提到醫(yī)療領(lǐng)域中用于治療胃酸過(guò)多的藥物，如胃舒平和斯達(dá)舒，包含Mg（OH）2、Al（OH）3等成分，這些藥物的治療原理是利用相應(yīng)的弱堿性物質(zhì)與胃酸（主要成分為HCl）發(fā)生酸堿中和反應(yīng)，如Mg（OH）2＋2HCl=MgCl2↓＋2H2O，從而中和多余的胃酸。之后，學(xué)生進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，觀察相應(yīng)的宏觀現(xiàn)象，直觀地感受化學(xué)反應(yīng)在日常生活中的作用，并將課本中以符號(hào)形式表示的化學(xué)反應(yīng)原理與實(shí)際的宏觀反應(yīng)過(guò)程和應(yīng)用場(chǎng)景相聯(lián)系。這樣的生活化教學(xué)有助于培育學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感，使他們能夠更好地理解化學(xué)學(xué)科對(duì)社會(huì)的重要性，形成良好的社會(huì)責(zé)任感。

綜上所述，“三重表征”理念下的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)注重宏觀現(xiàn)象觀察、微觀反應(yīng)原理解釋以及符號(hào)原理表達(dá)的有機(jī)統(tǒng)一，通過(guò)三者之間的相互轉(zhuǎn)換，深化學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)的理解，是一種行之有效的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新方法。

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