楊 征
(石家莊市第11中學,河北 石家莊 050000)
在總復習階段,筆者曾就一個開放性問題:“由電解水反應,你能想到哪些有關內容?”對不同學校、不同學習水平的100名學生進行問卷調查。問卷結果顯示,學生的學習主要存在以下兩個問題:一是思維的無序性;二是對學科知識理解的淺表化。對以上兩個問題的理解程度,可以反映出學生對多重表征問題的認識水平。同時筆者也注意到在2018年的河北省中考理綜試卷中,一道以質量守恒定律為考查重點的選擇題(見例1),某市的得分率只有不到百分之三十。作為經典題目,這個考查結果并不理想。以上這些狀況的出現,究其原因都與總復習教學多以知識復述、習題訓練等簡單的方式為主,沒有引導學生進行深度學習,缺少科學思維、方法的訓練,疏于化學學科核心素養的培養有關。
【例1】(2018河北中考)如圖1所示是某化學反應的微觀示意圖,下列說法正確的是
圖1
A.該反應屬于置換反應
B.生成物丙由2個氫原子和1個氧原子構成
C.生成物丁中碳和氧元素的質量比為1:2
D.參加反應的甲和乙的分子個數比為2:7
“證據推理與模型認知”是《普通高中化學課程標準(2017年版)》中明確提出的化學學科核心素養之一?!皬奈⒂^層次認識物質,以符號形式描述物質,在不同的層面創造物質”是化學學科獨有的特征,反映出多重表征的思維方式,決定著化學的研究視角,也決定著化學的教學視角。物質的組成和構成、性質和變化是化學學科的重要研究對象,也是應用多重表征思想的重要知識載體。但因其分布于九年級化學的不同單元和課題,所以呈現形式具有點狀不連續的特點,因此在實踐中通常作為相對獨立的內容進行教學,這導致該部分內容的復習效率低下。對于這類問題,教師可引導學生從宏觀、微觀、符號以及圖形等多重表征的角度進行分析,以構建“多重表征”認知模型框架,如此能夠促進學生化學學科核心素養的養成。
在化學領域,對知識表征概念的界定,不同時期、不同研究者有不同的提法。有早年的三重表征,即“微觀表征”“宏觀表征”和“符號表征”,以及之后2009年錢揚義教授在三重表征基礎上提出的“手持技術的四重表征教學”模式,即將“曲線表征”合并入三重表征而形成四重表征。在對知識表征問題的研究中,筆者發現,僅就三重表征的認識而言,以電解水反應為例(見圖2),水在通電條件下生成氫氣和氧氣是宏觀表征,化學方程式(或化學式)及反應的微觀示意圖(或分子模型圖)是符號表征,用分子、原子的概念描述電解水的過程屬于微觀表征。其中,化學方程式(或化學式)與反應的微觀示意圖(或分子模型圖)雖然都屬于符號表征的范疇,但對于兩者的相互轉化,很多學生做不到精準的對號入座。所以在本文的以下敘述中,筆者將把這兩者剝離開,分別作為符號表征和圖形表征來分析。
圖2 電解水反應的四種表征
“宏觀辨識與微觀探析”是重要的化學學科核心素養,對于該素養的考查,在基于初中化學課程標準命制的中考試題中,比較簡單的呈現形式是以物質構成為核心進行考查。比如對物質的宏觀組成、微觀構成粒子、模型圖和符號(化學式)等方面進行識別和分析(如例2)。對于這類問題的復習,教師可以引導學生構建如圖4所示的認知模型。
【例2】(2018宿遷中考節選)在宏觀、微觀和符號之間建立聯系是化學學科的特點。圖3是某物質發生反應的微觀示意圖。
圖3
(1)丙圖中所示物質都是由_______構成的(選填“分子”“原子”或“離子”)。
(2)甲圖所表示的意義是_______________(用化學用語表示)。
圖4 圍繞物質構成的模型構建(以2020年人教版教材為例)
任何物質的宏觀性質和表現都是由其微觀本質決定的。因此在教學中,教師要培養學生透過現象看本質的思維習慣,而不是簡單地死記硬背,這是發展學生核心素養的有效手段。九年級的化學教學,雖然對學科知識的學習和對學科思想的滲透還不太深入,但在一些物質物理性質和化學性質的教學中,都不乏幫助學生樹立宏微結合思想的實例(見圖5)。
在諸多“多重表征”問題中,與物質變化有關的問題往往最能深度考查學生核心素養的水平。在物理變化和化學變化中,綜合性最強、難度最大的是對化學變化的分析。對于這類問題的復習教學,同樣可以利用模型構建的方法進行突破。
1.物理變化的模型建構。以2020年人教版教材第一單元課題1中水的沸騰實驗(見圖6)為例。在新授課階段,學生對于該實驗只有非常淺薄的認識,即水沸騰發生了狀態改變,是物理變化。而在總復習階段,教師則不妨以該實驗為抓手,重新拋出問題——你對這個實驗中的變化和現象有哪些認識?這是一個開放性問題,能很好地考查學生的思維品質和化學學科素養。以下是基于學科本質對水沸騰實驗進行“再認識”的思路:(1)水沸騰后狀態改變是宏觀現象,任何宏觀現象都是微觀本質的反映。之所以將其稱之為物理變化,是因為分子不變。(2)微觀不可視,但可用特定的符號和圖形來表示。然后以此為基礎構建認識物理變化的結構模型(見圖7)。
圖6 水的沸騰
圖7 對水的沸騰變化“再認識”的模型構建
2.化學變化的模型建構。由分子參加的化學變化,出現在教材中的不同單元和課題。以人教版九年級化學教材為例,其先是用分子揭示了化學變化的本質,然后再用化學變化的本質解釋水的電解,繼而以水分子為例,認識化學式及其含義,之后又以氫氣和氧氣的反應為例解釋質量守恒定律,這種內容安排體現出對問題遞進式逐漸深入的研究。在應用質量守恒定律分析化學變化問題時,最能體現出多重表征思維方法的價值。因為這類問題大都具有很強的綜合性,如果學生不具備良好的思維品質,沒有形成科學的認知模型,很容易感到無所適從。
2018年河北省中考理綜的這道選擇題(見例1),為什么會有如此多的學生出錯呢?筆者在與學生進行交流的過程中發現,因為圖形、反應類型、原子、分子、質量、元素等諸多信息在這道題目中集中呈現,所以很多學生思維混亂,不能快速理清思路、找準方向。因此對于這類綜合性問題的復習,應該從培養學生的素養出發,借助模型建構幫助學生突破認知瓶頸(見圖8)。
圖8 “化學變化微觀模型”題的思維模型構建
化學學科不能被貼上繁雜、細散、無邏輯的標簽,作為一門科學,化學學科中隱藏著能揭示學科思維過程性、邏輯性、演繹性的學科特質。大道至簡,只有深刻理解化學的學科本質,引導學生進行深度學習,才能抓住問題的核心,找到解決問題的科學路徑,并最終助力學生核心素養的發展。