化学三重表征教学模式的理论建构
口 吴杰艺 许燕红（广西师范大学化学与药学学院 广西桂林 541004）
摘要：在三重表征理论的指导下，结合化学学科特点，构建了化学三重表征的教学模式，分析了该教学模式的内涵和特点，并用具体的知识来解释说明该教学模式的具体操作过程。
关键词：宏观-微观-符号 三重表征 教学模式
教学模式是在一定的教育思想和教学理论的指导下建立起来的较为稳定的教学活动结构框架和活动程序，是从教学的整体出发，根据教学的规律原则而归纳提炼出的包括教学形式和方法在内的具有典型性、稳定性、易学性的教学样式[1]。而化学学科教育作为科学教育的重要组成部分，其教学模式可以概括为：“对化学教学任务(目的、要求)、化学教学过程和学习类型概括化的结果，是一种教学范型[2]”。显然，它是对化学教学思想、教学策略、教学形式等因素的高度概括，在教学活动中发挥着重要作用。实践证明，采用适当的化学教学模式不但有利于提高教学质量，提升学生的学习能力，对培养学生的科学素养，提升学生的认知水平也具有十分重要的作用。同时，化学作为研究物质的组成、结构、性质及其变化规律的一门学科，既研究物质宏观上的性质及变化，也研究物质微观上的组成、结构，并以表述物质组成、结构和变化的符号作为研究和交流的工具。因此，学习者在学习化学的过程中能否形成稳定的具有本学科特点的思维模式（即化学三重表征思维模式），可以说是化学学习的关键，而这种思维模式的形成又离不开意识的强化和转换能力的增强。因此，为了使学习者最终形成并掌握化学三重表征思维模式，本课题在化学教学中建构了化学三重表征教学模式，旨在通过有效的教学策略创设相应的学习活动，层层递进，以此来强化学生三重表征意识，提高三重表征转换能力，最终形成三重表征思维模式，达到提高学生学习能力，提高教学效率的目的。
1 化学三重表征教学模式的理论基础
化学三重表征的首倡者是苏格兰格拉斯哥大学科学教育中心的约翰斯顿教授 (A.H.Johnstone)。他在1982年指出，化学专家至少在3种不同的水平上对化学物质进行思考：描述的和功能的 (descriptive and functional)；表征的(representational)；解释说明的(explanatory) [3]。这3种水平后来就演化为宏观、微观和符号三重表征，这就是三重表征的最初形态。经过国内外教育研究者30多年来的研究发展，化学学习三重表征的具体涵义已基本界定为指学习者从宏观、微观和符号三种表征水平上认识和理解化学知识，并建立三者间的有机联系，如图1所示。该图表达出化学学习过程中，宏观表征、微观表征、符号表征之间互相转换、紧密结合的动态涵义，并体现出符号表征的中介桥梁作用[4]。从认知心理角度看，这种从整体上把握三重表征形式，注重三者之间内在联系，也是化学学习特有的思维模式，即三重表征思维模式。
此外，这三种表征形式影响着学习者认知过程(即注意、知觉、表象、记忆、思维和语言等)各个阶段对知识的感知，促使这些感知在学习者认知心理上形成丰富的内化表征形式，从而有利于则对化学知识全面而透彻地认识和理解。因此，学习者运用三重表征思维模式学习化学，能够增进其对化学知识的理解，提高分析和解决学习问题的能力。
图1化学学习的三重表征
化学三重表征教学模式是在化学学习三重表征教育思想指导下，围绕教学中某一主题内容，利用有效的教学策略，构造一系列有层次的课堂活动，按照强化意识———增强转换以建立联系———获得表征能力———形成稳定表征思维模式的程序，引导学生在学习过程中不断建构、完善自己的认知结构，提升自己的认知水平和学习能力。这种教学模式有以下特点：
2.1 教学策略的多样性、灵活性
教师在教学过程中利用模型、图片、实验、多媒体课件等教学手段，结合多种教学策略，给学生充分的宏观认识、微观解读及符号表达指导，从多层次刺激学生的认知器官，达到调动学生学习积极性，激发学生主动获取知识，建构、内化知识，调整认知结构，提高学习能力的作用。同时，强调教学策略的灵活运用，教师可结合学生认知思维发展顺序进行灵活教学，让学生在阅读、观察、思考、实验、讨论、运用及反思过程中形成稳定的思维模式，完善自我认知结构。
2.2 学生学习的参与性、主动性
“三重表征”化学教学模式充分凸显了学生的参与性与主动性。教师在课堂教学中通过呈现知识情境，引导学生对知识进行三重表征，引发学生的认知冲突，激起学生的学习兴趣，使学生带着三重表征学习的目的主动参与到课堂学习活动中。同时，在学习过程中，通过教师从宏观、微观及符号表达多角度对其进行引导，使学生在对相关知识或实验进行相应的口头描述、自主分析及书写表达中，真正体会到“动眼看、动脑想、动嘴说、动手做”的这种参与性学习的乐趣，进一步激发其学习的主动性和积极性。
2.3 知识描述的多重性、全面性
“三重表征”教学模式的使用，注重对学科知识描述的多重性和全面性。就化学学科而言，其知识结构划分为描述性知识、探究性知识、社会性知识、情感性知识等，并结合三重表征有机整体性这一特点，要求教师在教学中，从学生对相关知识现象的宏观感受、微观原理或规律分析、符号表达等多角度、分层次入手，引导学生对知识进行多重性描述，使知识呈现得更全面、更深刻，以促进、加深学生对知识的理解，提高其汲取知识的效率。
2.4 能力提升的逐渐性、综合性
教育的目的在于促使学生能力的发展和提高，使用“三重表征”教学模式进行课堂教学，对学生能力的提高有着重要作用。课堂教学中教师根据三重表征理论，设计逐层递进的教学活动，使学生在不同教学内容的各种活动中培养并提升不同的学习能力，例如，在宏观知识方面可提高学生的观察和提取信息的能力，在微观分析方面可培养学生的分析推理能力，在符号表达方面可提升学生的表达能力等。而且，这些能力的提升是随着课堂活动的进行而逐渐递进的，具有渐进性，最终促使学生在一系列的学习活动中中提升自己的综合能力。
3 化学三重表征教学模式的基本程序
化学三重表征教学模式遵循认知技能形成及思维发展的基本规律，按照强化意识———增强转换以建立联系———获得表征能力———形成稳定表征思维模式的顺序来组织教学活动，符合学生认知的发展顺序，符合新课改要求教学方式多样性、灵活化的基本要求，其课堂教学基本程序结构如下图2所示：
图2“化学三重表征”教学模式的教学程序结构图
本环节教师运用三重表征学习理论，结合相关知识点对学生进行提问，一方面使学生对原有知识认识更深刻，另一方面使学生了解三重表征的基本内容及其对化学学科学习的意义。例如：在学习“氧化还原反应”时，在新课导入后，让学生用初中学过的知识回答下列问题：①什么是氧化还原反应？你是怎么判断的？②写出下列化学反应的方程式并判断是否属于氧化还原反应：A氢气与氧化铜反应，B铁与硫酸铜溶液反应。通过问题①可使学生回顾氧化还原反应的概念及以“得氧”、“失氧”作为依据来界定氧化还原反应等基本知识。而问题②则锻炼了学生的书写表达能力和初步的分析判断能力。通常学生能写出正确的反应式并通过观察，判断出A为氧化还原反应，而对于B则不敢确定。借此教师引出三重表征学习理论并指出学生仅从书写表达和观察角度学习学科知识的局限性（即仅从“得失氧”角度界定氧化还原反应的局限性），强调结合微观角度分析的必要性，这样，不但使学生对三重表征的相关内容有了初步的了解，也为新知识的学习作了较好的铺垫。
3.2 呈现知识情境环节
本环节教师的主要任务是将新知识情境化，并把待解决的问题和要掌握的学习技能蕴含在情境之中，即根据具体的教学内容、知识层面，结合三重表征学习理论创设不同的教学情境，例如创设基于宏观角度的“图像情境”，创设基于微观角度的“动画情境”，创设基于符号表达角度的“书写竞赛情境”和创设基于多角度结合的“实验情境”、“生活情境”等。这样，不但可充分激发学生的学习兴趣，使学生积极主动地参与到学习任务中，也使得学生在潜移默化中进一步了解三重表征的具体涵义并建立三者间的联系。例如：情境(1)：在“氧化还原反应”讲到氧化还原反应的特征是元素化合价变化这一内容时，设计如下：教师向学生展示一组化学反应方程式:
3.3 宏观概括环节
宏观概括环节要求教师结合所呈现的知识情境，引导学生认真细致地观察,然后再对所观察和感受到的宏观内容进行概括。由于不同学生的观察能力不同且观察角度存在一定差异，因此，本环节尤其强调教师的引导作用，教师应依层次、有目的地引导学生对情境材料进行阅读、提取有效信息、分析信息、解决问题等，以便学生对所呈现的宏观知识达成有针对性和代表性的概括，从而提高其观察能力，提取信息的能力和对知识的描述能力。例如：就“氧化还原反应”作为一类反应而言，其特征或者说其所呈现给学生的主要的宏观现象（除了具体某个反应现象外）为反应前后元素化合价的变化。因此，在上一环节教师向学生呈现了知识情境(1)后，首先引导学生从“得失氧”角度进行观察，学生会发现①②③⑤反应式中都有氧元素的得失，而④则无，从而知道从“得失氧”角度来判断氧化还原反应。其次，教师让学生标出反应前后元素的化合价变化情况，引导学生从“化合价变化”角度观察，同样发现反应①②③⑤中有元素化合价的变化，而④则无，从而概括出从“化合价”变化角度判断氧化还原反应的规律。最后，教师引导学生从化学“反应类型”角度观察，发现①②③⑤除了是氧化还原反应外，①②③还分别是化合反应、分解反应和置换反应，而④属于复分解反应，结合教师的进
一步讲解，学生从这一观察角度概括出新的化学反应分类关系。这样,不但有利于教师高效地完成教学任务，更重要的是发展并提高了学生的多角度观察能力和对宏观信息的提取及概括能力。
3.4 微观分析环节
此环节要求学生在教师的组织与指导下，对上一环节所概括的宏观内容，从微观角度进行实质性或规律性的分析，旨在透过知识所呈现的宏观现象,看到其实质或规律，同时，使学生在进行宏观与微观表征转换中进一步强化两表征间的联系，提高三重表征的能力。例如：当学生通过宏观角度概括出氧化还原反应的特征是因为元素的“化合价变化”后，教师通过播放情境(2)的多媒体动画影像，引导学生对“化合价变化”的实质进行微观层面上的分析，使学生全面而深入地认识氧化还原反应。由于微观表征内容往往较为抽象且学生分析能力有限，因此，教师应结合相应的知识内容，灵活使用教学手段，分层次引导学生进行微观分析。首先，教师应从“化学变化的实质”角度出发，利用相应的分子和原子模型引导学生分析NaCl分子形成过程是旧分子键的断裂新分子键的形成过程。其次，教师可进一步从Na原子和Cl原子的核外电子排布和得失电子难易程度角度，引导学生分析电子转移的具体情况。最后，教师引导学生将反应前后元素化合价变化情况与电子转移情况一一对应起来，得出结论，并通过多次观看动画加深认识。可见，通过这样有逻辑、分层次地对知识进行分析总结的教学活动，不但使学生获得了新的知识，也培养了其从微观上对宏观现象的逻辑分析能力，进一步提高了他们的认知水平。
3.5 符号表达环节
符号表征作为宏观表征和微观表征的桥梁，对实现宏观表征和微观表征间的转换发挥着重要作用。对化学学科而言，化学符号的学习与应用，对学科知识的获得和学科的发展起着不可忽视的作用。因此，本环节是学生在教师的指导下，结合宏观概括环节和微观分析环节对具体知识的概括、分析情况，使用化学符号对相应的知识进行书面表达、交流，以强化学生符号表征的能力，同时使学生在3种表征的转换过程中真正理解符号表征的宏观含义和微观本质。例如：在学生学习了氧化还原反应的特征是元素化合价变化，而实质是“电子转移”后，教师为解开学生心中如何对氧化还原反应中元素电子得失进行符号表达的疑惑，引入“单、双线桥法”，并指导学生完成环节一中情景(1)里的各氧化还原反应电子得失的“单、双线桥”表示法。使学生在“学与做”过程中掌握符号表征的方法，提高符号表征的能力。
3.6 整合提升环节
此环节是指学生在教师的指导下，运用所学的新知识和所掌握的三重表征的认知技能去解决学习中的问题。一方面可加深学生对新知识的理解及迁移能力，另一方面，使学生的三重表征认知技能得到调整及巩固，最终形成稳定的化学学习三重表征思维模式，提高学生的认知水平。因此，在本环节教师要注重引导学生对知识与技能应用过程的归纳和总结，不断提高学生在此过程中知识、技能及思维发展的全面性和程序化。例如：教师引导学生用氧化还原反应相关知识，结合已获得的三重表征认知能力，去认识和解释日常生活中钢铁在潮湿环境中易生锈的现象。教师先引导对“钢铁生锈”进行观察，然后组织学生从3种表征中的任意一种出发，经过表征间的相互转换引出其他2种表征，体现三重表征的有机整体性。如：从宏观表征角度，描述“钢铁生锈”的基本现象；从微观表征角度，分析具体发生了哪些反应，反应是怎么发生的；从符号表征角度，写出相关反应的方程式；最后判断是否是氧化还原反应。为什么？这样，通过结合相关知识点，帮助学生对其三重表征学习能力进行整合、提高，不但加深了学生对氧化还原反应的认识，也巩固了学生的三重表征思维模式。
以上6个环节构成了“三重表征”教学模式的基本过程。每个环节均有各自的结构和功能，且各环节紧密相连，逐层递进。在实际教学过程中，教师可根据教学内容的特点和要求、学生的知识水平、三重表征学习能力等情况，对以上几个教学环节进行灵活设计，以达到最佳的课堂效果，提高教学质量。
参考文献
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