“三重表征”下化学实验教学的探索与创新

摘 要：实验是化学学科的重中之重。传统的化学实验教学多以实验操作细节以及对应的化学反应原理为主要教学内容，忽略学生综合素养培育。“三重表征”理念是基于“微观—宏观—符号”三个水平认识和理解化学知识的思维方法，在化学教学中起着至关重要的作用。文章结合“三重表征”理念，对化学实验教学进行创新探索，尝试利用“三重表征”理念赋能化学实验教学，促进学生化学实验学习效率提高。

关键词：“三重表征”；初中化学；实验教学

作者简介：刘莹（1985—），女，江苏省高邮市车逻镇初级中学。

一、基于心理建构，探析实验教学关键

“三重表征”理念下的化学实验教学，首先应该让学生学会应用“三重表征”，即利用不同的表征形式理解和表述化學实验。在准确表述的基础上，再引导学生深入探索化学实验背后的规律，进而实现对学生化学实验能力以及学科素养的培养。

（一）宏观表征，观察现象变化

宏观表征是“三重表征”中的基础表征方式，它强调通过观察物质的形状、颜色等直观表现，将化学实验过程描述出来。这种方式能够直观呈现化学实验中的现象变化，有助于学生建构对化学实验的宏观理解［1］。

通过宏观表征，我们可以将化学反应与实际现象联系起来，使化学反应不仅能用抽象的文字进行描述，还能够以可视化的方式存在于学生的脑海中。比如，在学习“金属的化学性质”这一节时，学生需要对不同金属的可燃性进行探析，观察各种金属的燃烧现象。镁在空气中燃烧的化学方程式为2Mg＋O2=2MgO，这一反应的现象可用文字表述为“发出耀眼白光，放热，生成白色物质”。学生可以通过多媒体视频或实际实验，观察这一反应的宏观现象，从而更深入地理解化学反应的现象变化。宏观表征是理解和记忆化学实验的基础表征方式，它以直观的方式呈现化学反应的现象变化，不仅能培养学生的化学实验兴趣，还能为学生将来深入理解微观层面的化学知识以及掌握符号表达奠定基础。

（二）微观表征，跨越理性认知

从宏观感受表征跨越到微观认识表征，是从感性认知到理性认知的重要转变。化学反应的实质是在化学反应中分子分裂为原子、离子，原子、离子重新组合形成新的分子，因而通过微观表征理解化学反应过程，对于学生理解化学规律，深刻掌握各种化学结构式和基本化学概念有着十分重要的作用。

将宏观层面上的现象变化与微观粒子之间的反应联系起来，是一种有效的微观认知方法。比如，在学习“酸与碱的中和反应”这一节时，对于这两种物质之间的化学反应，教师可以引导学生探讨两者的微观反应与宏观现象之间的关联。首先，向装有NaOH溶液的试管内滴入酚酞，可以观察到溶液变红，这是因为试管中含有OH-离子。然后，用滴管逐滴向溶液内滴入HCl溶液，从宏观角度可以观察到红色逐渐变淡，最终变为无色。这一宏观现象的变化对应了试管内的OH-离子与H+离子之间的结合，具体反应为OH-＋H+=H2O，而溶液中的Na+离子则与Cl-离子结合得到NaCl，即实现了酸碱中和，得到了对应的盐和水。在上述实验教学中，教师引导学生从宏观现象的变化分析对应的微观粒子反应过程，能有效培养学生的化学微观表征意识，帮助他们更好地理解化学反应的内在原理，实现从宏观认知向微观理解的认知跨越。

（三）符号表征，形成科学体系

符号表征是化学学科的精髓，它是建立化学科学体系、确立宏观物质现象与微观化学组成之间逻辑关联的必要纽带。在实验教学中，教师应注重符号表征的渗透，有意识地培养学生运用化学符号来描述化学组成、分析化学反应过程的能力［2］。

让学生明白如何用元素符号与数字表示物质组成，以及能够使用化学式准确描述化学反应的过程是提升学生符号表征能力的有效手段。比如，在学习“水的组成”这一小节时，学生可以通过电解水实验来探究水的成分。通过观察实验现象，学生可以总结出：电极上出现气泡，正极产生气体体积与负极产生气体体积比为1∶2，正极产生的氧气能使带火星的木条复燃，负极产生的氢气能够燃烧，形成淡蓝色火焰。通过分析这两种气体，学生可以得出水由氢原子和氧原子构成，其比例与产生气体的比例相同的结论。由此归纳可知，水分子的化学符号表达式为H2O，对应的电解水化学方程式可以表达为2H2O=2H2↑＋O2↑。这一过程有助于学生清晰、准确地建立关于化学分子及其相关反应的知识体系架构。化学符号是化学学科的重要工具，教师必须重视符号表征能力的培养，联系宏观物质现象与化学微观反应过程，助力学生养成良好的化学符号表达习惯。

二、指向思维能力，探析实验教学阶段

初中阶段是培养学生化学思维能力的重要阶段，初中化学实验课程设计应以学生的认知心理特点为基础，实现“三重表征”思维的渗透。从认知心理学角度出发，我们可以将“三重表征”思维的培养分为习得、转化与自动三个阶段。

（一）习得阶段，熟悉基本规律

习得阶段是“三重表征”理念下实验学习的基础。在这一阶段，学生需要了解实验反应物的基本性质，掌握实验的化学反应规律。因此，教师在这一阶段应通过情境创设和借鉴生活经验等方式，帮助学生熟悉基本的化学反应规律，从而为学生理解三种表征方式奠定基础。

举例来说，在学习“粗盐中杂质的去除”这一节时，教师一般先向学生介绍粗盐杂质的种类以及去除杂质的常见方法，并解释各种方法对应的化学反应原理。比如，常见的杂质去除方法包括将杂质转化为提纯物质、沉淀或气体，对于粗盐中的MgCl2、CaCl2、Na2SO4等可溶性杂质，我们可用沉淀法除杂，即在混合物中加入某种试剂，使杂质形成沉淀后通过过滤除去。然后，教师可以让学生简单了解各个方法对应的化学反应，比如MgCl2+2NaOH=Mg（OH）2↓+2NaCl。在这一阶段，学生从理论基础层面了解了化学实验的目的，掌握了通过化学反应达成某种目的的反应原理，以及实验中出现的各种宏观现象，这为他们后续理解多种表征方式提供了支持。

（二）转化阶段，指导信息加工

转化阶段的主要内容为通过实验观察与理论分析，对习得阶段获知的实验原理进行模型建构，厘清化学反应中宏观现象与微观粒子反应之间的逻辑关联，同时通过符号形式准确辨析对应的化学反应过程，实现信息的深度加工。

转化阶段的重点在于根据信息加工理论，将习得阶段所获取的宏观现象和微观反应原理相结合，建立化学关联，实现多种表征方式间的相互转换。在“粗盐中杂质的去除”这一节的讲解中，学生需要结合习得阶段的了解，分析反应的微观变化规律。例如，粗盐提纯过程涉及处理粗盐溶液中包含的Mg2+、Ca2+以及SO42-，通过加入OH?-、CO32-以及Ba2+三种离子引发反应，使其分别转化为三种固体盐类，然后通过过滤进行提纯。学生用符号式对上述过程进行表述，从而实现宏观、微观以及符号三种表征形式的信息转化。这一学习阶段能帮助学生建立不同表征方式之间的化学关联，使其能够熟练地进行不同表征方式的表述转换，从而加深学生对化学知识的理解和记忆。

（三）自动阶段，解决具体问题

自动阶段是学习“三重表征”的最终环节，旨在培养学生的“三重表征”应用能力，使他们能够在解决化学问题时，灵活地运用宏观、微观和符号三种表征方式，理解化学反应的内涵。例如，在学习“粗盐中难溶性杂质的去除”这一节后，教师设置问题如下：

粗盐中难溶性杂质通常采用“溶解—沉淀—过滤—蒸发结晶”的方法去除，下列可采用上述原理处理的物质及杂质是（   ）

A.C（CuO）          B.NaCl（KCl）

C.KCl（MnO2）    D.CaO（CaCO3）

对于这一问题，学生首先需要联想到粗盐中难溶性杂质去除的原理，即通过溶解将需去除的物质溶解于水中，从而将难溶物质进行沉淀和过滤。因此，学生需要判断每个选项中的物质和杂质是否分别是可溶以及难溶物质：由于A和D选项中的物质和杂质均为难溶性物质，因此无法去除，而B选项中的物质和杂质均为可溶性物质，也无法去除，只有C选项中的物质和杂质符合要求，可以通过溶解过滤的方式去除杂质。

在自动阶段，以问题的方式引导学生利用“三重表征”能力对具体问题进行分析，可以有效强化学生转化表征方式的能力。

三、聚焦核心素养，探析实验教学策略

“三重表征”理念下的化学实验教学致力于培养学生的化学核心素养，强调通过不同表征形式的相互转化，加深学生对化学反应过程的理解，使其能够灵活地选用合适的表征方式进行推理、学习，实现核心素养提升［3］。

（一）任务驱动，进行证据推理

证据推理要求学生能够根据现有条件以及化学知识来分析和推理化学反应中的变化，将学科知识应用于实际情境。在课堂教学中，教师采用任务驱动的方式，将推理和论证过程设计成课堂学习任务，能够有效地调动学生的积极性，提高学生在课堂中进行证据推理和逻辑思考的效率。

通过观察试剂颜色变化、有无气体或沉淀生成、是否发光或发热等对化学反应过程进行推理，是最常见的化学推理形式。例如，在学习有关二氧化碳的性质时，学生发现将CO2通入紫色石蕊溶液中，溶液变红，于是，教师布置任务让学生自主设计实验进行探究。在任务驱动下，学生设计对比实验，取四朵用石蕊溶液染成紫色的干燥纸花，分别进行如下处理：①喷上水；②放入干燥CO2气体中；③喷水后放入干燥CO2气体中；④喷洒稀盐酸。结果发现只有第三和第四朵纸花变红了。基于这一观察，学生可以推断CO2气体与水发生反应生成碳酸，导致试剂变色，这个反应的符号表征为CO2＋H2O=H2CO3。任务驱动法是一种行之有效的实验教学方法，在任务驱动法的指导下，学生能够更加直接地参与到课堂设计中，将完成任务作为主要动力，通过对实验现象的对比分析，实现证据推理的目标。

（二）设计实验方案，生发创新意识

创新意识对于提升化学核心素养、活跃化学思维来说必不可少。在“三重表征”理念下的实验教学设计中，教师应有针对性地鼓励学生改进实验方式，通过设计更易于观察的实验，提高实验在宏观层面的可观察性。

比如，在学习“分子运动现象”时，我们需要通过实验来证明分子的运动特性。传统的实验方式通常是将浓氨水和酚酞溶液共同放置在一个倒扣的烧杯下，通过酚酞溶液的颜色变化来证明分子的运动性质。然而，这一实验需要较长的时间，且学生无法观察到分子运动的实际轨迹。在这种情况下，教师可以鼓励学生分析是否存在其他方法来证明分子的运动性。通过仔细分析现有的实验设备，学生设计了更方便的实验方案：将滴有酚酞溶液的滤纸条（每隔1.5—2 cm滴一小滴酚酞溶液）水平放置在试管里，然后用一个滴有浓氨水的棉花团堵住试管口，观察试纸上的颜色变化。由于分子的运动性，氨气分子不断从试管的口部向底部移动，使滴有酚酞溶液的滤纸条变红色，这一实验还能直观呈现纸条从口部到底部的颜色渐变过程，更好地说明分子的运动性质。

创新实验设计需要学生充分发散思维，结合化学反应原理和现有化学实验设备，使反应的宏观现象更加直观，这有利于学生通过宏观现象来深入分析对应的微观反应原理，能激发学生的创新意识和加深他们对化学反应过程的理解。

（三）参与实践，渗透社会责任

科学态度与责任是义务教育化学学科核心素养之一。化学学科在日常生活中有着广泛的应用，教师要注重化学实验课程的实践性，让学生体会到化学对于社会发展的重要作用，培育学生的社会责任意识［4］。

化学反应广泛应用于环境治理、污染处理以及医疗等领域，这是化学学科的重要价值之一。在學习“酸碱中和”相关知识时，教师可以首先向学生讲解酸碱中和的化学反应原理，然后引导学生考虑日常生活中酸碱中和的应用场景，并通过实验来验证这些应用。例如，针对酸碱中和现象，有学生提到医疗领域中用于治疗胃酸过多的药物，如胃舒平和斯达舒，包含Mg（OH）2、Al（OH）3等成分，这些药物的治疗原理是利用相应的弱碱性物质与胃酸（主要成分为HCl）发生酸碱中和反应，如Mg（OH）2＋2HCl=MgCl2↓＋2H2O，从而中和多余的胃酸。之后，学生进行相关实验，观察相应的宏观现象，直观地感受化学反应在日常生活中的作用，并将课本中以符号形式表示的化学反应原理与实际的宏观反应过程和应用场景相联系。这样的生活化教学有助于培育学生的社会责任感，使他们能够更好地理解化学学科对社会的重要性，形成良好的社会责任感。

综上所述，“三重表征”理念下的化学实验教学注重宏观现象观察、微观反应原理解释以及符号原理表达的有机统一，通过三者之间的相互转换，深化学生对化学知识的理解，是一种行之有效的化学实验教学创新方法。

［参考文献］

秦芬.浅谈影响初中化学实验教学成败的因素［J］.中学教学参考，2014（8）：96.

高爱华.基于核心素养的初中化学复习教学重构策略探究：以“氯化钠”教学为例［J］.试题与研究，2022（16）：1-3.

邢南鹍.导学案在初中化学教学中的应用［J］.数理化学习（教研版），2018（4）：41-42.

卢巍巍.基于深度学习的初中化学单元教学实施探究［J］.新课程教学（电子版），2023（8）：74-75.