化學(xué)學(xué)科特點(diǎn)與化學(xué)三重表征教學(xué)

翟修華

摘 要： 化學(xué)學(xué)科發(fā)展經(jīng)歷宏觀水平和微觀水平，化學(xué)符號(hào)是全世界通用的化學(xué)語(yǔ)言，宏觀—微觀—符號(hào)是化學(xué)學(xué)科獨(dú)具的特點(diǎn)，化學(xué)教學(xué)中要充分利用這個(gè)特點(diǎn)，從宏觀—微觀—符號(hào)水平進(jìn)行教學(xué)，即化學(xué)三重表征教學(xué)，促使學(xué)生形成化學(xué)學(xué)科特有的思維方式。

關(guān)鍵詞： 宏觀 微觀 符號(hào) 化學(xué)教學(xué)

一、化學(xué)學(xué)科的發(fā)展與特點(diǎn)

1.古代宏觀水平

人類從用火開(kāi)始，由野蠻進(jìn)入文明，用火燒制熟食、制作陶瓷、冶煉金屬，并逐漸學(xué)會(huì)釀造、染色等。人們通過(guò)生產(chǎn)和生活實(shí)踐，了解物質(zhì)之間能互相作用、發(fā)生變化，開(kāi)始用化學(xué)方法認(rèn)識(shí)和改造物質(zhì)世界，古代化學(xué)科學(xué)發(fā)展處于宏觀水平與經(jīng)驗(yàn)水平、定性水平。

2.近代過(guò)渡時(shí)期

19世紀(jì)初，近代原子論建立，隨后分子假說(shuō)提出，使原子分子學(xué)說(shuō)得以確立，為研究物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)，門捷列夫于1869年發(fā)現(xiàn)元素周期律，使化學(xué)學(xué)科具有了嚴(yán)密體系，在此階段，化學(xué)科學(xué)研究從宏觀水平向微觀水平過(guò)渡。

3.現(xiàn)代微觀水平

進(jìn)入20世紀(jì)以后，化學(xué)科學(xué)得到巨大發(fā)展，在認(rèn)識(shí)物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、合成、測(cè)試等方面都有很大進(jìn)展，人們通過(guò)可見(jiàn)光譜、紫外光譜、紅外光譜、核磁共振譜等譜學(xué)方法研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)，通過(guò)電子顯微鏡觀察微觀結(jié)構(gòu)，量子化學(xué)理論的發(fā)展，人們對(duì)化學(xué)微觀世界的研究日益深入。

4.化學(xué)符號(hào)語(yǔ)言

化學(xué)符號(hào)的思想萌芽于古代希臘和中國(guó)，在幾千年的漫長(zhǎng)歲月里，化學(xué)符號(hào)隨著化學(xué)科學(xué)的發(fā)展不斷變化與完善，1813年瑞典化學(xué)家貝采里烏斯（J.Berzelius）在《哲學(xué)年鑒》發(fā)表了他定義的化學(xué)符號(hào)，這是化學(xué)符號(hào)演變過(guò)程中的一次巨大變化，這套符號(hào)為現(xiàn)代化學(xué)語(yǔ)言的形成奠定了基礎(chǔ)，今天所用的化學(xué)符號(hào)已經(jīng)是全世界通用的化學(xué)語(yǔ)言。

歸納化學(xué)科學(xué)的發(fā)展，可以看到化學(xué)科學(xué)是在宏觀水平、微觀水平、符號(hào)語(yǔ)言水平不斷向前發(fā)展的，宏觀—微觀—符號(hào)是化學(xué)學(xué)科獨(dú)具的特點(diǎn)。

二、化學(xué)三重表征理論

1.約翰斯頓的思想理論

英國(guó)格拉斯哥大學(xué)科學(xué)教育中心的約翰斯頓（A.H.Johnstone）教授于1982年在“宏觀與微觀的化學(xué)”（Macro and micro chemistry）文章中，首次提出化學(xué)教學(xué)要在宏觀水平和微觀水平進(jìn)行，1991年約翰斯頓教授在“為什么科學(xué)那么難學(xué)，事情不是它看起來(lái)那樣”（Why is science difficult to learn Things are seldom what they seem）文章中，倡導(dǎo)化學(xué)教學(xué)要在宏觀—微觀—符號(hào)認(rèn)知水平同時(shí)進(jìn)行，從而使化學(xué)教學(xué)變得清晰明了。

約翰斯頓教授認(rèn)為，化學(xué)專業(yè)人員和化學(xué)教師能不假思索地在宏觀—微觀—符號(hào)三種水平之間自由轉(zhuǎn)換，為什么學(xué)生感覺(jué)學(xué)習(xí)化學(xué)困難，因?yàn)閭鹘y(tǒng)化學(xué)教學(xué)通常在宏觀和符號(hào)水平進(jìn)行，造成學(xué)生的認(rèn)知停留在這兩個(gè)水平，難以對(duì)化學(xué)微觀世界建構(gòu)科學(xué)的認(rèn)知，因此不能在三種水平之間自由轉(zhuǎn)換。約翰斯頓教授指出，化學(xué)教學(xué)應(yīng)該在宏觀—微觀—符號(hào)水平同時(shí)進(jìn)行，這樣才是有意義的、真正的化學(xué)教學(xué)。

由于約翰斯頓教教授對(duì)基礎(chǔ)化學(xué)教育的突出貢獻(xiàn)，他于2009年獲得了美國(guó)化學(xué)會(huì)在這個(gè)領(lǐng)域的最高榮譽(yù)，約翰斯頓是位非常熱心的教授，2013年筆者對(duì)誰(shuí)是化學(xué)宏觀—微觀—符號(hào)教學(xué)理論的首倡者提出疑問(wèn)，于是發(fā)郵件給約翰斯頓教授對(duì)此事進(jìn)行詢問(wèn)，很快得到他肯定的回復(fù)，約翰斯頓教授現(xiàn)年已是84歲高齡，他現(xiàn)在的研究工作是如何使學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)更加容易。

2.化學(xué)三重表征教學(xué)

化學(xué)宏觀—微觀—符號(hào)教學(xué)成為國(guó)際化學(xué)教育領(lǐng)域中最具影響且最有效的教學(xué)理論之一，指導(dǎo)著世界各地的化學(xué)課程與教學(xué)，約翰斯頓的化學(xué)教學(xué)理論引起了國(guó)內(nèi)眾多學(xué)者的關(guān)注，我國(guó)化學(xué)教育研究者將其思想理論編譯為化學(xué)三重表征教學(xué)理論，化學(xué)三重表征教學(xué)理論在化學(xué)教育研究中具有巨大的指導(dǎo)作用。

從微觀結(jié)構(gòu)解釋宏觀現(xiàn)象是化學(xué)學(xué)科特有的思維方式，化學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)決定了在化學(xué)學(xué)習(xí)中，學(xué)習(xí)者必然從宏觀、微觀和符號(hào)水平對(duì)物質(zhì)及其變化進(jìn)行認(rèn)知，宏觀水平的認(rèn)知主要是物質(zhì)的狀態(tài)、顏色、氣味及化學(xué)變化中可觀察的宏觀現(xiàn)象，微觀水平的認(rèn)知主要是原子、分子、離子等微觀粒子構(gòu)成的微觀世界，符號(hào)水平的認(rèn)知主要是元素符號(hào)、化學(xué)式、化學(xué)方程式、化學(xué)計(jì)量單位構(gòu)成的化學(xué)語(yǔ)言系統(tǒng)。

三、加強(qiáng)化學(xué)三重表征教學(xué)

1.以化學(xué)實(shí)驗(yàn)強(qiáng)化宏觀水平

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，通過(guò)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的宏觀現(xiàn)象測(cè)試物質(zhì)的性質(zhì)，進(jìn)而了解物質(zhì)的組成與微觀結(jié)構(gòu)，宏觀水平的認(rèn)知是微觀水平認(rèn)知的基礎(chǔ)，離開(kāi)宏觀水平學(xué)習(xí)，微觀水平學(xué)習(xí)將變得機(jī)械與無(wú)意義，實(shí)際化學(xué)教學(xué)中，為學(xué)生提供盡可能多的化學(xué)實(shí)驗(yàn)宏觀表征，強(qiáng)化宏觀水平的化學(xué)教學(xué)。

2.以微觀模擬強(qiáng)化微觀水平

化學(xué)在原子、分子水平上研究物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，作為研究對(duì)象的原子、分子等微觀粒子用肉眼是觀測(cè)不到的，學(xué)生對(duì)化學(xué)微觀世界的認(rèn)知往往停留在文字水平，為解決這個(gè)問(wèn)題，利用微觀模擬是行之有效的方法，利用多媒體技術(shù)手段進(jìn)行微觀模擬，增強(qiáng)微觀世界的可視化，相當(dāng)于為學(xué)生提供可以看到微觀世界的“眼睛”，強(qiáng)化微觀水平的化學(xué)教學(xué)。

3.發(fā)揮化學(xué)符號(hào)的橋梁作用

化學(xué)符號(hào)是連接化學(xué)宏觀現(xiàn)象與微觀世界的橋梁，化學(xué)教學(xué)中為了使化學(xué)符號(hào)學(xué)習(xí)變得有意義，需要將化學(xué)符號(hào)的學(xué)習(xí)運(yùn)用于描述化學(xué)宏觀現(xiàn)象與微觀世界，充分發(fā)揮化學(xué)符號(hào)的中介作用，強(qiáng)化符號(hào)水平的化學(xué)教學(xué)。

綜上所述，依據(jù)化學(xué)學(xué)科特點(diǎn)，強(qiáng)化宏觀—微觀—符號(hào)教學(xué)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)從微觀水平分析宏觀現(xiàn)象，依據(jù)宏觀現(xiàn)象揭示微觀本質(zhì)，并用化學(xué)符號(hào)語(yǔ)言進(jìn)行表述，實(shí)現(xiàn)宏觀—微觀—符號(hào)認(rèn)知水平的自由轉(zhuǎn)換，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)化學(xué)的能力，形成化學(xué)學(xué)科特有的思維方式，從而實(shí)現(xiàn)提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的課程宗旨。

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