对宏微符三重表征思维及其培养的认识.docx

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对宏微符三重表征思维及其培养的认识

对“宏—微—符”三重表征思维及其培养的认识

自1982年A.H.Johnstone提出应从宏观、微观和符号三种水平上来学习、看待化学观点之后，化学教育工作者深入开展了“宏观—微观—符号”三重表征及其思维方式的研究。

从国内现状看，侧重从三重表征的基本内涵及教育价值、形成过程及内容特质、培养策略及学生现状等方面进行探讨。

如毕华林（2005）首先提出“宏观—微观—符号”三重表征的概念，指出三重表征思维是体现化学学科特征的思维方式，并对学生是否形成三重表征思维、不同学生三重表征思维水平等进行了调查；张翠君（2009）提出三重表征思维形成经历三重表征习得、转化和自动化三个阶段；纪新慧（2009）阐述了三重表征思维具有稳定性、阶段性和迁移性等特征，并提出培养高中学生三重表征思维的相关教学策略；张丙香、毕华林（2013）三重表征的关系进行了研究；此外，不少学位论文还开展了三重表征思维对具体化学内容掌握的影响、不同学段或地域的学生三重表征思维的调查研究。

这些研究成果，对化学教师理解与实施三重表征思维培养的教学具有重要参考价值。

然而，化学学习研究为何强调三重表征思维、三重表征思维建构的条件及其发展过程、中学不同阶段对培养化学三重表征思维具有怎样的价值、采用怎样的教学模式实施教学从而培养学生三重表征思维等方面的研究成果较为鲜见，导致不少老师只知操作、缺乏本源理解。

为此，有必要对这些问题展开探讨。

一、化学学科为何强调“三重表征”思维

学科思维是由该学科的学科特质所决定的。

因而，认识三重表征及其思维，必须厘清化学学科特质。

“特质”属于心理学的概念，是决定个人行为倾向的心理结构，是造成人与人差异的根本原因。

同样的，学科也应有“学科特质”。

对于“学科特质”，可以理解为一门学科区别于其他学科的内涵，包括学科研究的问题、研究的视角、研究的任务等。

化学的“学科特质”如何？

“课程标准”的“前言”部分，不仅阐述了什么是化学及其特征（“是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质及其应用的一门基础自然科学，其特征是研究物质和创造物质”）、课程性质及课程的基本理念等。

这些方面的内容很好地诠释了化学具有如下方面的“学科特质”：

（1）物质及物质的变化是化学研究的两个基本问题；

（2）化学在原子、分子水平上研究物质及其变化；（3）探究物质及其转化的基本规律、基本原理是化学研究的基本任务；（4）实验是化学研究的基本方法，同时还需假说、模型、分类、定量研究等方法；（5）化学研究的价值在于认识（揭示）分子并创造分子，从而解决人类社会发展过程中面临的许多问题。

此外，化学符号是独特的学科语言，是表征物质及其变化的核心工具。

化学学习与研究，是如何在原子、分子层次上揭示物质组成、结构、性质及其应用的？

通常是从物质及其转化的基本问题入手，通过观察、实验等手段获取物质及其变化的宏观事实，并运用微观模型与假说（即化学理论）分析与解释宏观事实；或从已有化学理论出发，对物质及其变化作出预测与分析，并通过实验等方法对预测进行证实或证伪。

最后，编拟一套独特的化学符号或术语来表示化学物质及其变化的事实、规律与理论。

综上分析，化学的学习与研究，需要采取“宏观切入—微观分析—符号表达”或“微观预测—宏观验证—符号表达”的基本思路来开展。

即建立起“宏观—微观—符号”的化学知识表征方式以及“宏观—微观—符号”三重表征的思维方式。

二、三重表征思维建构的条件及其过程

“宏观—微观—符号”三重表征思维的建构过程，是学习者不断面临化学问题并解决问题的基础上形成、发展与完善的过程。

这一过程不仅必须具备必要的条件，而且还将经历不同的发展阶段。

根据思维建构的条件与过程，学习者三重表征思维建构条件与过程如图所示。

1．掌握必要知识。

三重表征思维是学生在认识化学学科特点并掌握相关知识基础上发展起来的。

学习过程中，学生在教师讲解与指导、自身活动与探究基础上，认识到化学学习具有宏观、微观和符号三种水平，习得了物质及其转化的宏观事实性知识、微观本质的理论性知识和表达物质及其变化的符号性知识。

这些必要知识的学习，为三重表征思维建立提供前提性条件。

这一阶段，也是三重表征思维的感知阶段。

2．建构相互联系。

在认识化学学习具有三种水平、习得三种表征相关知识的基础上，在教师指导下，学生试图对物质及其转化从宏观、微观、符号三个视角加以看待，并努力建立三者间联系，从而实现在不同层面上整体性看待物质及其变化，建立三种表征系统。

建立起三种表征间联系，是形成三重表征思维的基础。

这一阶段，是三重表征思维的习得阶段。

3．自动有序转化。

当建立起三种表征间联系后，学习者将逐步认识到三重表征的有机统一。

于是，当学习者解决化学问题时，将会努力探寻三种表征间联系，并努力实现三者间的自动、有序转化。

这一自动有序转化的过程，不仅是深化三者间联系的认识过程，而且是有效建构知识系统的过程。

这一阶段为三重表征思维的发展阶段。

4．形成认知图式。

图式是有组织、可重复的行为模式或心理结构，它在认识过程发挥着重要作用。

经过前述三个阶段，学生不仅认识到三种表征是紧密联系、互相转化的统一体，还体验到三重表征思维的价值。

于是，学生将会在面临具体情景时，自觉从宏观、微观、符号三个视角去审视，建立起“宏观—微观—符号”三重表征的认知图式。

这一阶段为三重表征思维的完善阶段，是三重表征思维形成的核心。

应该认识到，前述四个条件是逐级上升的。

前者是后者的基础，后者是前者的深化发展；同样的，思维形成的四个阶段中，前一阶段者为后一阶段做好必要的铺垫，而后一阶段是前一阶段的延伸和完善。

因此，“宏观—微观—符号”三重表征思维的形成，不能缺失任何一个条件、跨越任何一个阶段。

三、三重表征思维形成的四个关键时期

不难发现，三重表征思维的形成是一个连续渐变的过程。

学习者处于不同学习阶段，因学习内容与水平的差异，其三重表征思维水平也有差异，并遵循学习越深入、思维水平越高的总体趋势。

结合中学化学知识所承载的价值及学生心智发展历程，学生三重表征思维的建立与发展将经历四个关键时期。

第一为奠基期（九年级上期）。

通过相关的化学学习，学生获得与表征相关的映像：

了解常见物质的组成与性质、变化及其现象、用途与制备等宏观事实；建立物质是由微粒构成、微粒不断运动、化学变化是分子破裂与原子重组等基本观念；知道元素符号、化学式、化学方程式等的含义及书写，了解某些常见物质的化学式、物质转化的化学方程式。

这些映像为三重表征思维的建构与发展奠定基础。

第二为建构初期（九年级下期）。

基于“溶液”、“酸”和“碱”的学习，初步建立看待物质及其性质（变化）的微观视角。

如，从微粒间相互作用的视角理解溶解过程、溶液性质，从物质微观构成（含H+或OH-）视角看待酸碱性质及中和反应，等等。

这一时期，在教师指导下，学生已经注意到宏观事实背后的微观本质，并运用相关符号表征物质反应及其现象，从而建立三种表征的联系。

第三是完善时期（高一学年）。

基于必修化学中氧化还原与离子反应、原子结构与元素周期律、化学键等的学习，学生关于物质及其变化的微观知识得到较大程度的丰富；而且，教材要求学生从微观视角认识物质性质，强调从化学键角度看待物质结构、化学反应和能量变化关系，学会从氧化还原与离子反应的视角理解物质变化的本质。

这一时期，学生将建立与完善表征间联系与转化，建立起三重表征思维。

第四是运用深化时期（大抵从高中化学选修模块学习开始）。

此时期，学生在教师引导下，自觉运用“三重表征”思维进行化学学习与研究。

以《化学反应原理（选修）》为例，要求学生从化学键、电子转移、微粒碰撞与相互作用的视角研究化学反应热效应、电化学、反应速率与限度、电离与水解、沉淀的生成与转化，并分别用热化学方程式、电解反应式、电离方程式、水解方程式等来表征变化的过程。

四、培养三重表征思维的教学模式

培养学生三重表征思维，核心在于培养学生从微观视角看待物质及其变化的基本思路，帮助学生将宏观现象还原为微粒间的作用与运动，揭示宏观现象背后的本质属性、理解化学符号蕴含的物质及其变化的本质涵义，形成物质及其变化所表现出的宏观事实是物质微观结构本质反映的基本假设。

如何培养学生建立起微观视角看待物质及其变化的思路？

这就要求教师通过优化教学模式。

教学模式是教学思想（理论）指导下建立起来的、为特定目标服务的教学活动结构框架（程序），教学模式具有明确的功能指向。

以“三重表征”思维模式培养为目标的教学模式，功能指向在于引导学生按化学家研究化学基本问题的思路，通过具体的宏观事实去进行微观水平上的探究，从而深层次理解化学知识的内涵与本质；或者引导学生立足于微观层次的推演，预测物质及其反应可能具有的宏观表征，并通过一定途径或方法收集相关证据，从而对预测进行证实或证伪，揭示微观与宏观的联系，并用符号系统加以表示。

化学教学中，可采用图示的活动程序。

此教学模式，强调通过情景创设引导学习者关注探究目标；在此基础上，或呈现宏观事实并进行微观层面上的分析探究，或先进行微观分析预测并获取相关事实证实或证伪理论推演的科学性，并建立起所学知识的符号表征系统。

教学最后阶段，引导学生对探究及其结果进行反思研讨，思考是否将化学知识的三种表征建立起联系并实现有效的转化。

让学生建立起“三重表征”的学习思维，必须经历一个长期的过程，它需要老师的引导与培养、学生的实践与反思。

要有效发挥教师的指导作用，不仅需要教师深刻领悟化学学科特质、理解培养三重表征思维的重要性和必要性，而且还需要认识到三重表征思维的建构条件与历程及不同教学阶段对三重表征思维培养的价值，同时还需掌握促进三重表征思维培养的教学模式。

只有如此，才能有效提升学生进行三重表征思维的意识与能力，才能有效提升化学教学的质量与效果。

对学科核心素养的理解与审视

（—END—）