提高中学生在化学学习中宏微符三重化学表征能力的应用研究

提高中学生在化学学习中宏微符三重化学表征能力的应用研究——以“铁的重要化合物”教学为例
摘要：中学生在化学学习中培养宏微符的三重化学表征能力对于化学学习具有重要意义。

化学教师在教学设计以及课堂上应该注意突出培养学生该方面的能力。

关键词：化学学习宏微符应用研究
1.问题的提出
化学是一门在分子、原子水平上、结构、性质及其变化规律的科学。

物质的性质体现在宏观变化上，物质的组成、结构等微观知识则是理解性质，把握变化本质的基础，而化学符号作为化学学科特有的语言，则从微观层次上科学、简明地表达了宏观物质的性质及其变化规律，成为了联系宏观世界和微观事实的桥梁。

因此，在学习者的头脑中建立对化学知识的宏观、微观和符号表征，并建立三者间的有机联系，即建立三重表征，可以说学习者进行化学学习的精髓所在。

在实际教学中教师应该如何帮助学生建立三重表征就成为了众多化学教师以及教育研究者的课题。

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2.三重表征的内涵
化学是一门研究物质的组成、结构、性质及其变化规律的学科，既研究物质宏观上（可以直接观察到）的性质及变化，也研究物质微观上（不能直接观察到）的组成、结构，而作为研究和交流的工具则诞生了表述物质组成、结构和变化的化学符号。

因此，在化学学科中，在学习者心理上就形成了对物质特有的三种表征形式：宏观表征、微
观表征和符号表征。

它们可以是图像的、声像的、动作的、符号的，也可以是语义的、情景的、概念的、意象的和逻辑的。

这三种表征形式涉及心理的各个感知，这些感知在心理上的内化表征形式越丰富，对物质的认识和理解也越趋于全面和透彻。

它们分别以不同的形式反映着化学知识，共同构成人脑中化学知识的网络体系。

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（1）宏观表征
宏观表征即宏观知识或信息在大脑中记载和呈现的方式,它主要是指物质所呈现的外在可观察的现象在学习者头脑中的反映。

在化学学科中可以直接观察到的现象主要是指物质属性中的物理性质和化学性质的外在表现。

学习者通过观察物质所表现出来的性质，如颜色、状态、密度、溶解性、是否导电等，或者是与其它物质发生反应所表现出来的一系列可观察的现象，如沉淀的生成、气体的逸出、颜色的变化、发光、发热等能量变化的现象及物质自身三态变化现象等来感知事物。

在头脑中形成图像，如黄绿色的氯气、无色的氯化钠溶液；形成声像，如钠与水反应发出嘶嘶的声音、点燃氢气发出爆鸣声；形成动作的感知，如用量筒量取一定体积的水。

学习者对物质性质的多重感知反映，形成了对物质宏观表征的一种认识。

在化学学科中，知识的宏观表征对学习者来说是一种最直观、最易接受的表征形式，是一种最丰富的感性认识，不但可以激发学习者对化学学习的兴趣，还可以为以后进行微观领域的学习打下基础。

（2）微观表征
微观表征即微观知识或信息在大脑中记载和呈现的方式，它主要是指不能直接观察到的微粒（如原子、分子、离子等）的运动和相互作用、物质的微观组成和结构、反应机理等微观领域的属性在学习者头脑中的反映。

许多研究表明，学生无法像化学家一样理解微观表征。

因此，在化学教学中，教师可以通过讲解、进行物质结构模型展示、借助多媒体等方式，帮助学生从微观水平上想象物质的结构、微粒的运动过程等来感知事物。

（3）符号表征
化学符号表征对于化学思维起着重要的作用，它可以表现思维的结果和作为思维工具用于建构化学知识。

正是由于化学符号具有潜在的思维能量，它可以诱发思维过程，使其潜在的涵义变为具体的符号形式，因此运用化学符号来代表化学事物、把化学符号作为思维运演的工具和媒介而进行的思维活动方式就是化学符号思维，这也是中学阶段着力培养的重要化学思维之一。

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3.以三重表征的方式构建设计“铁的重要化合物”教学
（一）教材分析
本节课题“铁的重要化合物”其内容包括铁的氧化物、铁的
氢氧化物的制备和性质、铁盐与亚铁盐的相互转化，是常见金属
铁的重要内容，也是中学化学中的基础知识部分。

这些知识既是
对前边的实验和理论知识补充感性认识的材料，又可以为化学必
修2理论知识的学习打下重要的基础，也可以帮助学生逐步掌握
学习化学的一些基本方法。

（二）教学目标
知识与技能：（1）了解FeO、Fe2O、Fe3O4的性质和应用；2掌握Fe2+、Fe3+的检验方法及相互转化；（3）掌握Fe(OH)2、Fe(OH)3
的制备和性质；（4）通过学生实验，培养学生的观察能力、动手能
力及综合分析能力。

过程与方法：（1）通过创设教学情境，提出铁的重要化合物的课题；（2）通过实验探究，学习研究问题的科学方法及过程，培养学生分析和解决问题的能力。

情感态度和价值观：（1）通过铁的重要化合物的学习，提高学生学习化学的兴趣；（2）鼓励学生积极提出问题，培养学生勇于创新的精神。

（三）教学重点、难点
重点：Fe(OH)3的性质Fe3+、Fe2+的转化。

难点：Fe3+、Fe2+的转化。

（四）教学构思
采用宏微符三重表征方式设计本节教学。

即先创设情境从宏观现象着手引入课题，提出问题，然后进行猜想假设，以实验探究为手段，以学生活动为中心展开教学。

在教学中适时地提出引发学生思考的问题，引导学生深入分析、思考现象产生背后的原因，并用实验进行验证，得出相关的结论最后再从微观角度分析本质，用化学符号即表征符号阐述反应原理。

（五）教学过程
[问题引入]日常生活中大家见过的铁锈是什么颜色的？它是
怎样生成的？属于哪一类型的物质？
[学生]红棕色的；常温下铁被空气中的氧气氧化形成的，是
氧化物。

[师]氧化物是化合物，铁的化合物种类比较多，主要以+2、+3
价的形式存在。

本节课来学习铁的重要化合物。

[板书]铁的重要化合物
1.铁的氧化物
[情境展示]展示三种固体物质。

[提问]在实验台上分别放有三种固体物质，请大家仔细观察
这三种固体物质的颜色和状态，你能得到什么信息？
[学生活动]观察、总结。

[宏观表征]一种是黑色粉末、一种是黑色固体，另一种是红
棕色粉末。

[讲解]铁元素可以形成三种氧化物，分别是氧化亚铁（FeO）、氧化铁（Fe2O3）和四氧化三铁（Fe3O4）。

其中，红棕色的粉末是Fe2O3，就是大家熟悉的铁锈的主要成分，俗称铁红。

常用作红色油漆和涂料；Fe3O4是大家在初中就学过的一种铁的氧化物，它是黑色晶体，具有磁性，故俗称磁性氧化铁；剩下一种黑色粉末是FeO，它不稳定，在空气中易被氧化成Fe3O4。

[提示]大家知道：碱性氧化物可以与酸反应，生成盐和水。

FeO和
Fe2O3都是碱性氧化物。

请大家书写它们与酸反应的离子方程式。

[学生活动]动手书写。

[符号表征]FeO+2H+=Fe2++H2O Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O
[过度设疑]从铁元素的化合价+2、+3价猜想一下，铁的氢氧
化物可能有几种？在实验室如何制备它们？
[板书]2.铁的氢氧化物
[学生猜想]有两种，分别是Fe(OH)2和Fe(OH)3，可用Fe2+、Fe3+的可溶性盐与NaOH溶液反应制的。

[投影]提供药品：FeSO4溶液、FeCI3溶液和稀NaOH溶液；
实验仪器：小试管；
请同学们根据提供的仪器和药品，按照课本60页的实验3-9的步骤来制取铁的氢氧化物。

仔细观察实验现象，看看是否能得到Fe(OH)2和Fe(OH)3，它们会是什么颜色的？
[学生活动]分组完成实验3-9。

[强调]认真观察、记录现象。

[学生汇报]
[宏观表征]在FeCI3溶液中滴加稀NaOH溶液，有红褐色
沉淀生成；而在FeSO4溶液中滴加稀NaOH溶液时，先生成白
色絮状沉淀，而后迅速变成灰绿色，最后变成红褐色沉淀。

[设疑]为什么在FeSO4溶液中滴加稀NaOH溶液时，生成的
白色絮状沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色沉淀呢？
[学生活动]思考、分析原因。

[宏观表征]在FeSO4溶液中滴加稀NaOH溶液，生成的白色
絮状沉淀迅速变成灰绿色，最后变成红褐色的沉淀与在FeCI3溶
液中滴加稀NaOH溶液生成红褐色沉淀是一样的，说明最终都
是生成了Fe(OH)3，从而说明Fe2+变成了Fe3+，化合价升高被氧化，氧化剂应该是空气中的氧气。

[教师评价]分析的很好。

请大家写出这两反应的化学方程式。

[学生活动]动手书写
[符号表征]FeCI3+3NaOH=Fe(OH)3引+3NaCI
FeSO4+2NaOH=Fe(OH)2引+Na2SO4
4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3
[讲解]Fe(OH)3受热时会发生分解生成Fe2O3粉末和水。

[过渡]Fe2+是铁元素的中间价态，既有氧化性又有还原性；Fe3+是铁元素的最高价态，只有氧化性。

4.研究结论与不足
化学反应涉及诸多方面的内容，比较复杂，而学生的微观和符号表征比较薄弱，对化学反应的理解不够深入,大都停留在宏观表征层面。

[4]教师可在进行化学教学时，强调化学学习的微观和符号表征方面，培养学生能从宏观、微观和符号三种表征水平上理解化学反应的思维，有意识地引导学生从多方面去理解化学反应，从而形成对化学反应以及化学现象比较完备的理解。

研究的不足在于只是设计了一个简单应用三重表征的教学设计。

至于其效果如何，前侧后侧等，有待进一步做研究。

参考文献
[1].张丙香，毕华林.化学三重表征的界定及其关系分析[J]化学教育，2013（3）8-11.
[2]张力平.化学反应学习中“宏观-微观-符号”三重表征的研究[D].山东师范大学，2012.
[3]毕华林,黄婕.亓英丽.化学学习中“宏微符”三重表征的研究[J]化学教育，2005（5）51-54.
[4]张怡纳.基于MAS问题编码的化学三重知识表征研究[D].华东师范大学，2008.
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