基于宏微符三重表征的化学用语教学设计
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毕业论文（设计） 基于宏微符三重表征的化学用语教学设题 目： 计 系 别： 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 教师职称： 2017 年 3 月 10 日 第 1 页 郑重声明 本人的毕业论文（设计）是在指导教师×××的指导下独立撰写并完成的。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果。所有合作者对本研究所做的任何贡献均已在论文（设计）中作了明确的说明并表示了谢意。如有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权行为，本人愿意承担由此产生的各种后果，直至法律责任；并愿意通过网络接受公众的监督。 特此郑重声明。 毕业论文（设计）作者（签名）： 年 月 日 2 论文使用授权说明 本人完全了解沧州师范学院有关保留、使用学位论文（设计）的规定，即：学校有权保留送交论文（设计）的复印件，允许论文（设计）被查阅和借阅；学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文（设计）。 毕业论文（设计）作者（签名） 指导教师（签名） 年 月 日 第 3 页 目 录 摘要 ...................................................................... 2 关键词 .................................................................... 2 一、前言 .................................................................. 2 二、化学用语的概念与特点 .................................................. 2 （一）化学用语的概念 ...................................................... 2 （二）化学用语的特点 ...................................................... 3 三、初中化学用语教学现状 .................................................. 3 （一）教学评价方面 ........................................................ 3 （二）化学用语方面 ........................................................ 4 （三）教师方面 ............................................................ 4 （四）学生方面 ............................................................ 4 四、三重表征在化学用语学习中的科学价值 .................................... 4 （一）三重表征可以从多个角度来理解、认识化学用语。 ........................ 4 （二）三重表征可以将化学用语从各个角度有机融合。 .......................... 4 （三）三重表征可以增进学习者对化学用语的理解。 ............................ 5 五、化学用语教学中三重表征思维方式培养的教学策略 .......................... 5 （一）运用“类比”策略。 .................................................. 5 （二）采用直观思维策略。 .................................................. 5 （三）运用多重联系策略。 .................................................. 6 五、基于宏微符三重表征的化学用语教学设计 .................................. 6 （一）实验设计 ............................................................ 6 （二）实验过程 ............................................................ 7 （三）测试、访谈与分析 ................................................... 12 六、结论 ................................................................. 18 （一）三重表征思维方式是可以培养的。 ..................................... 18 （二）三重表征思维方式有助于化学用语的教与学。 ........................... 18 参考文献 ................................................................. 20 致 谢 .................................................................... 21 4 沧州师范学院 届毕业论文（设计） 基于宏微符三重表征的化学用语教学设计 ××× 摘 要 根据义务教育阶段化学课程标准的要求，初三的学生要能够用化学用语表示生活中简单的物质以及化学反应，解释一些简单的现象。在几年的教学实践中，笔者发现初三的学生在学习化学的过程中，刚开始兴趣盎然，但是在学习分子、原子、元素符号、化学式以及化学方程式之后，学生的学习开始出现分化现象，不少学生感觉到化学难学，听不懂，没有兴趣。调查发现，初中阶段的化学学习，符号表征的分化作用最大。三重表征是一种能体现化学学科特征的思维方式，它有利于学生更好地理解化学，具有一系列独特的魅力和价值。因此，笔者提出，在初中化学用语教学过程中，重视学生的三重表征过程，突破化学用语学习困难造成的化学学习分化现象，提高化学教学的效果。 关键词 化学用语学习 宏观一微观一符号 三重表征 一、前言 化学用语是用来表示物质的组成、结构、变化规律的化学符号及术语，是对化学现象的一种本质抽象[1]。化学用语反映了化学学科特有的思维方式，是化学学习的重要工具。初中阶段学生需要掌握的化学用语主要包括元素符号、化学式和化学方程式等。但面对纷繁复杂的化学用语，学生只是将化学用语当作孤立的符号去机械记忆，久而久之便对化学学习失去了兴趣，也因此导致了化学学习的困难。化学用语作为一种抽象的符号，它本身承载了多种意义[2]。学生只有在头脑中对化学用语形成宏观、微观和符号的三重表征，才能够灵活地提取和运用有关化学用语去分析和解决实际问题。本研究试图在初三化学用语的教学中培养学生的“宏观一微观一符号”三重表征的思维方式，避免将化学用语的学习变成机械的符号记忆或者是毫无意义的数学练习，也为新课程背景下的化学用语的教学方式和学习方式提供一种参考[3]。 二、化学用语的概念与特点 （一）化学用语的概念 符号是指某一特定对象的符号产生的惯例，它可以将所有的现象以任何形式通过情感来表达意义。在这些现象中可以感受到的是对象的体现及其意义。在符号上，有物质的感觉，也有精神的意义，两者是统一的，不可分离的。例如，在化学中，“h”代表一种元素，而不是汉语中的“h”和英语中的“h” [4]。符号本身没有意义，符号的意义是通过符号与被反射对象之间的关系来实现的。符号总是具有符号的意义，意义总是以某种符号形式呈现出来。符号的建构是建立符号与意义之间的互动关系，并在意识中连接。为科学的符号表达科学概念、科学定律和科学推理和人工调控的标记或代码，科学的基本形式，不再是一个单词或短语的象征，而是通过代码，量符号、标记或通过代码，符号数系统组成[5]。 化学作为一门科学，也有自己的符号系统，是化学符号。现行的化学符号体系是化 第 2 页 沧州师范学院 届毕业论文（设计） 学概念、化学物质和化学过程表征的国际标准。随着化学化学符号的产生和发展和不断发展，它为化学的发展服务，是物质的组成、结构和性质的代表，这些符号在化学中具有特殊的意义。 化学是化学学科的独特的语言，是指化学符号，表明化学变化公式，元素符号、化学式、化学方程式、和化学符号来源于专有的符号系统，如离子价态、原子或离子结构示意图、结构式、离子方程式、热化学方程式等[6]。 （二）化学用语的特点 化学术语具有普遍性、抽象性、直观性、工具性、简洁性、具体性等特点。 普通化学：当前是化学符号在全世界的统一协议，是化学工作者交流的“行话”，它不是以国家语言为品种，限制使用范围和沟通障碍。它是世界上通用的化学语言，它所携带的化学信息被人们所接受，为化学研究成果的交流和保存提供了方便。 摘要：化学术语的抽象是由化学术语的象征性的性质。符号与意义的关系是客观的，这种客观事物需要通过人的感知来反映，所以每个人都是主观的，主观的抽象是不一样的，它会导致化学术语的抽象化[7]。 形象直观：化学术语的抽象，化学术语也具有形象直观。它的形象直观是指抽象的抽象化学事实，可以用来表达符号的意象。例如，Na和Cl形成离子化合物的过程中，我们可以使用电子图像是非常直观的表达。 工具：化学语言记录大量的化学信息，是化学知识的载体，是化学学习化学、化学和化学研究者认识化学的重要辅助手段。我们可以用化学术语解决化学问题。例如，我们可以用化学术语来帮助解决化学推理问题或计算问题。发现学生不能解决化学语言问题的原因之一是化学术语不能熟练地使用。这将在稍后详细讨论。 简洁：化学术语也有简洁的特点。化学术语可以通过大量复杂的化学知识来简化系统的形成，并建立一个完整的结构，便于知识的存储。化学术语可以更简洁的描述物质。 特异性：化学术语也具有特异性。化学术语的特殊性是指化学术语的含义更为明确，具有明确的含义。它也是化学术语与其他自然科学不同的地方[8]。 三、初中化学用语教学现状 （一）教学评价方面 传统上，我国的教学评价主要是纸笔测验，即对学校、教师和学生的测试。这种单一的评价方法，显然是自上而下的以知识为基础的教育。这种教育的后果是教育者不重视学生的学习情绪，不重视教学过程。在教学中，学生作为学习机器。对知识的教学只是“填鸭式”的灌输，显然，在化学学习这种抽象概念的教学方法就很难理解，造成学生化学学习困难。 第 3 页 基于宏微符三重表征的化学用语教学设计 （二）化学用语方面 化学是一致的与所观察到的宏观世界的表达和反映的化学微观世界的本质，是三者的统一，化学是主观抽象的客观世界，如果不是化学术语和具体的事情，它表示链接符号将变得毫无意义。这个抽象的符号本身，首先是化学学生学习化学的困难。 （三）教师方面 由于传统的教学理念和教学评价现在以得分为主要评价指标，使教师过分重视教学知识、教学分析与教学内容分析是知识的角度，而很少从学生关注学生发展的角度来看，学生作为一个学习机器，一味机械训练和大量的练习来加强。 （四）学生方面 我国现阶段实施义务教育已有九年，分为“63制”和“54制”，一般来说，在63年级的化学学术课程中，“54体系”开设在八年级和九年级化学。另一方面，学生的年龄是14岁，15岁左右，从心理学的角度来看，学生的抽象思维能力，对化学学习的心理基础；另一方面，在学习中还是在日常生活中也积累了一些化学知识的学生[9]。 四、三重表征在化学用语学习中的科学价值 化学是一门研究物质的组成、结构、性质和变化规律的科学，由于化学学科的特点，要求学生从不同的角度去认识物质:物质的性质体现在宏观上，要求学生认真地观察;物质的组成结构等微观理论则是通过让学生理解、想象，从而认识物质的本质;化学符号则是化学学科独特的表达方式，运用化学符号来代表事物，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。因此，化学学科的特点要求学生从宏观、微观、符号三个角度去认知化学知识。所以，教师必须重视学生心理上的宏观表征、微观表征及其符号表征的形成及融合的问题[10]。 化学作为化学研究和交流的工具，有其自身的符号和语言体系。对于那些刚刚开始学习化学的学生，这是从来没有接触过，所以毫无疑问增加了抽象的化学水平，让初学者感到茫然和陌生和难以接受。因此，化学是化学学习的主要障碍。建构主义认为学生最愿意了解他的日常生活相关的东西，和自己的知识，新知识的建构，新知识纳入已有的知识结构，还通过修改和完善原有的知识和经验。因此，在化学术语的研究中，有必要形成材料的三种表象的融合[11]。 （一）三重表征可以从多个角度来理解、认识化学用语。 三重表征讲求从多个角度理解化学用语，它为化学用语的学习提供了宏观、微观和符号三个有力的触角，使学习者在三维空间内对化学用语知识予以全方位地建构。 （二）三重表征可以将化学用语从各个角度有机融合。 在三重表征内，三种不同的表征相互联系，相互依存，每一种表征功能的充分体现 第 4 页 沧州师范学院 届毕业论文（设计） 往往需要其它表征的辅助与支持，不同表征通过相互联系而自由转换、互译。由于各个表征之间建立了联系，实现了融合，使得三重表征由三个基本组成部分融合为一个有机整体，这种整合后所发挥的整体优势要远远大于基本组成部分的简单相加，它为学习者思考、学习化学用语提供了更为开阔的心理视野。可以说，三重表征的灵魂就是通过建立宏观表征、微观表征和符号表征的内在联系，从而实现三个表征层次的融合，并通过这种理性与感性、具体与抽象的完美融合，来促进学习者对化学用语的理解。 （三）三重表征可以增进学习者对化学用语的理解。 三种说法有很多价值，但最基本的是帮助学生从理解化学术语的层面上理解，并在此基础上，实现其他功能的三重表征。从三重表征的内涵可以看出，本质是建立在宏观表征、微观表征和象征表征之间的联系，而连接则是从宏观、微观和符号三者之间的联系。因此，宏观、微观和符号之间的三个环节也是宏观和微观之间的这种关系的符号表征清晰表征为我们更好地理解和使用三重表征无疑具有一定的指导意义。 五、化学用语教学中三重表征思维方式培养的教学策略 化学学习应该是学生运用学习策略的过程，学习策略的使用有利于学生高效地习得知识，提高学习效率;有利于学生理解所学知识，运用所学知识解决实际问题;有利于培养学生的学习能力，使学生学会学习，学会获取信息和运用信息，为学生的终身学习打下坚实的基础。 运用三重表征思维方式学习化学用语，能增进学生对化学知识的理解，提高学生分析和解决化学问题的能力。在实际化学用语教学中教师可以采取以下教学策略来培养学生三重表征思维方式。 （一）运用“类比”策略。 类比是依据两个对象之间存在着某种类似或相似的关系，根据已知对象具有的某种性质推出未知对象具有相应性质的一种推理方法。在初中阶段，学生倾向于直观思维、形象思维。常见的是用身边事物中的某些相仿点来帮助学生类比想像，理解问题。例如，一堆小麦是由无数粒小麦一粒一粒的“堆积”起来的，由此类比一滴水是由无数个小得用肉眼看不见的水分子“堆积”起来的。借此类比，有助于学生想象水分子。另外，精心组织语言，引导学生想像也能帮助学生形成微观表征。 （二）采用直观思维策略。 化学式和化学方程式是化学世界的独特语言文字，是化学学习者的专业语言。化学方程式的记忆对于初三学生来说负担较重，单纯死记硬背效果较差。 实践证明，该模型具有重要意义，图片，从“三重表征”的角度来理解学生学习化学多媒体等直观教具，因为他们可以看到微观世界的“眼睛”，给学生直观的微观过程， 第 5 页 基于宏微符三重表征的化学用语教学设计 抽象的过程可视化，并与微观世界的粒子运动共同的宏观现象，加深对这一关系的材料的组成和性质的了解。在教学中，教师应激发学生的学习兴趣和求知欲，“为什么”思想在学生，教师通过模型、微图形、多媒体演示等，引导微观结构的分析过程，使学生产生知识的了解动态的微观本质，那么宏观过程微过程抽象为一个简洁和准确的化学公式和符号表示的反应方程，三表示对此事自然地结合在一起的教学。例如，利用多媒体技术，很容易将化学反应过程的本质从微观的角度看，图像的宏观微观过程。例如，在研究化学方程式的含义时，结合化学反应的现象，了解记忆化学公式的意义，也可以起到促进作用。在描述材料反应时，再加上词语和化学方程式，将实验现象结合起来，丰富联想的线索，减少机械记忆，增强记录感，效果更佳。 （三）运用多重联系策略。 化学术语不是几个简单的符号或符号的简单组合，但它背后有许多含义。它反映了宏观化学现象和微观物质构成。教学实践证明，学生可以了解宏观世界可以观察微观世界的分子现象，原子和离子的粒子，符号、化学式、化学三内部关系这个符号世界”的公式，是影响学生学习化学的一个重要因素。多接触策略指的是化学的学习，有意识的和化学符号，它代表和反映了宏观事物组织的具体含义，从而达到理解的基础上学习化学的意义的能力，而不是化学术语作为一个孤立的符号的机械记忆。例如，化学式的学习，使用多个接触策略要求学习者记忆化学公式和宏观、微观现象的结构与头脑中的抽象符号，学生对化学反应的多重表征相结合的具体表现是密切。具体分析认为，这种联系可以从以下几个方面考虑：（1）实验现象：反应物和产物的性质、反应条件、反应现象等。（2）定量关系：在质量（物质、物质等）的反应中产生的氢、氧和水之间的定量关系。（3）结构：由符号Hz，盎司为代表的分子结构，H10。（4）反应的性质：氢和氧分子被分解成单个氢原子和氧原子，然后原子重新组装以获得水分子，这个过程伴随着能量的变化。这样，我们就应该引导学生通过具体的实验或实物来学习相关的化学术语，从而避免把化学术语研究成机械符号记忆或无意义的数学习题。根据化学学科的特殊性，结合学生的认知特点，只有在化学方面形成三宏观和微观表征和符号思想的学生，并整合三重表征作为一个整体，可以灵活地提取和化学分析问题和解决问题中的应用。学生在这方面的学习能够解决差异化的现象。 五、基于宏微符三重表征的化学用语教学设计 在对三重表征思维方式进行分析的基础上，根据研究的问题，本研究采用实验设计化学式、问卷调查的方法，对学生化学用语学习中三重表征水平进行了探查和分析，为化学用语的教学提供了一个新的视角，并提出了相应的教学策略。 （一）实验设计 第 6 页 沧州师范学院 届毕业论文（设计） 1.研究目的 验证化学用语教学中三重表征思维方式培养策略的有效性。 2.研究对象 由于第三年级学生从未学过化学，所以所有的学科都没有化学学习的经验，这就便于对思维方式的三种表象的训练和使用方法的比较。因此，我选择XX市XX市初三两个班作为研究对象。两个班在数学和物理上没有显著差异。我们随机选择一个班作为实验班和其他作为对照班。这两个班由同一个老师教，均使用人民教育出版社出版的《义务教育课程标准实验教科书·化学(九年级)》。 3.测试材料 本研究采用自编的问卷，问卷是在参考并分析相关研究的基础上，针对中学生的特点以及化学用语教学内容的实际情况编制而成的。 全卷分为两个部分。第一部分为4个选择题，包括2个两重表征题目和2个三重表征题目，希望通过分析来了解学生在化学用语学习中三重表征的掌握情况。第二部分为一道开放题，给出一个化学方程式，旨在让学生发散思维，以考查学生头脑中宏观表征、微观表征、符号表征的状况以及学生将其相互联系，形成两重、三重表征的能力。 4.研究方法 在教学过程中，采取实验研究方法，对无关变量实施控制，例如:两个班级的学生在校学习时间相等，平时练习内容相同，教师辅导时间相等，问卷调查同时进行等。在教学过程结束后，我们对两个班级进行了后测，并采取了对照法研究方法。 （二）实验过程 以学生为中心，以现代学习理论为基础，注重知识和经验的学生，从营造学生主动建构的三重表征的学习情况，学生熟悉的问题，以问题为线索，通过引导学生继续使用三重表征解决问题的过程和方法，使学生体验到三的背景下，合作探究的特性，“三重表征”教学目标的全面实现。教师充分利用新材料，以课件和其他教学资源的模式，严格按照实验要求，努力实现三重表征的教学策略，认真贯彻三重表征思维方式的培训工作。以下是化学课堂教学中的一门教学设计。 第 7 页 基于宏微符三重表征的化学用语教学设计 第 8 页 沧州师范学院 届毕业论文（设计） 第 9 页 基于宏微符三重表征的化学用语教学设计 第 10 页 沧州师范学院 届毕业论文（设计） 第 11 页 基于宏微符三重表征的化学用语教学设计 （三）测试、访谈与分析 1.学生前测数据分析 实验研究中，我们以学生初二学期期末数学(满分100分)和物理(满分100分)考试成绩为前测数据，列于表1中。 表1初二期末成绩 显著性水平a =0. 05, z=1. 96 根据前测成绩，两个班级没有显著性差异。 2.学生后测数据分析 经过一个阶段的化学用语教学，对学生进行三重表征教学培养后，我们对实验班和控制班进行了问卷调查，如附录所示。测试时间为20分钟。 我们对问卷进行了详细认真的统计，结果如下。 （1）选择题测查结果 表2后测选择题成绩 第 12 页 沧州师范学院 届毕业论文（设计） 显著性水平a =0. 05, Z=1. 96; a =0. 01, Z=2. 58 从以上结果我们可以看出，4个题目中，实验班与控制班显著差异的有3个，差异及其显著的有1个。这充分说明在进行化学用语的教学过程中，努力贯彻三重表征教学策略，学生的三重表征意识与能力都有了极大提高，他们中的大部分学生不仅形成了最基本的微粒观，还能用微粒观对生活中的日常现象予以科学的解释;他们不仅清楚方程式中各个系数的含义，还能够将宏观与微观成功地统一到符号中去，这都充分证明实验班大部分学生己经初步具备了在不同表征间转换的能力。 2、开放题测查结果 实验班和对照班的具体答案见下表。下列百分比中的每一个代表了写出该描述的学生总数的百分比。 实验班开放题统计结果 第 13 页 基于宏微符三重表征的化学用语教学设计 第 14 页 沧州师范学院 届毕业论文（设计） 第 15 页 基于宏微符三重表征的化学用语教学设计 控制班开放题统计结果 第 16 页 沧州师范学院 届毕业论文（设计） 第 17 页 基于宏微符三重表征的化学用语教学设计 后测开放题测查结果汇总 从开放题的统计情况我们可以看出: 实验班各表征数累计363条，而控制班各类表征合计161条，两个班级相差悬殊。实验班学生宏观表征总数约为微观表征总数的2. 2倍，控制班学生宏观表征总数约为微观表征总数的3. 9倍，说明实验班学生头脑中的表征结构更合理一些，他们对微观概念的理解、对符号的微观含义的理解较控制班学生要深入一些。实验班学生头脑中约有18. 2%的表征是建立了相互联系的，在控制类，这是没有训练的三个陈述，比例只有约7.5。这表明，这充分表明，在三重表征的教学，大部分学生能够自觉地从宏观和微观三个方面，阐释符号，从不同角度对同一问题，从给定的信息可以扩展出更多的信息，已初步具备的意识的能力。 六、结论 根据一个阶段的实验研究，我们初步得到以下结论: （一）三重表征思维方式是可以培养的。 整个实验教学过程都是以我们构建的教学策略为指导，紧密围绕这些策略来展开的。经过一个阶段的培养，实验班与控制班有了很大差别，许多学生已经初步建立了三重表征思维方式，知道了“宏观一微观一符号”是化学学科的特征思维方式。他们在日常学习中，己经能够潜意识地从宏观、微观和符号三方面来学习化学用语，能够较自觉地将三者有机结合起来。这也说明了我们构建的三重表征教学策略是有效、可行的。 （二）三重表征思维方式有助于化学用语的教与学。 从调查结果和学生的角度反馈，运用化学教学中三种教学设计的表象，促进化学教学。一方面，它可以简化和削弱了一些教学难点，教学思想开明的教师，丰富教学手段； 第 18 页 沧州师范学院 届毕业论文（设计） 另一方面，它也可以从认识水平的化学学习更让学生，使他们不仅知道“自然”，还知道“为什么”，提高学生解决能力的学习成果和存在的问题，并教他们学习化学的方法，最终学会学习。 第 19 页 基于宏微符三重表征的化学用语教学设计 参考文献 [1]毕华林，乔英丽.化学教育新视角[M].济南:山东教育出版社，2014. 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