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摘要：伴随着新课标的颁布，高中生“宏观辨识与微观探析”核心素养的发展成为研究热点，但是对于一些化学学科特有的表征材料，学生难以进行有效的信息加工。基于此，借助四重表征理论模型，以“原电池”教学内容为载体，同时基于数字化实验进行教学设计，在重视微观观念教学的同时，启发学生通过了解表征之间的内在联系，促成化学学科核心素养的形成。
关键词：宏观辨识与微观探析 四重表征 原电池
1982年，苏格兰的约翰斯顿首次提出“宏观—微观—符号”的三重表征理论模型，可帮助学生进行有意义的知识建构。山东师范大学毕华林教授课题组进一步界定了三重表征的含义，华南师范大学钱扬义教授在三重表征的基础之上，采用手持实验技术即时收集数据和自动生成曲线，提出“曲线表征”的定量分析方法，建立“宏观—微观—符号—曲线”四重表征模型[1]。
“宏观辨识与微观探析”是高中化学的核心素养的重要组成部分，其相关研究和实践一直是研究热点。“宏观辨识”是对物质的性质、存在状态、转化规律及反应现象的辨认和识别；“微观探析”是从分子、原子、电子等层面探究和分析物质的组成、结构与性质。二者不是孤立地从两个角度来认识、分析和解决化学问题，而是结合在一起的整体，依靠符号维度紧密联系。对于一些“微观”“符号”等化学学科特有的表征材料，学生在进行有效信息加工时往往存在困难，如何培养学生的这一素养已成为当前关注的重要课题。
借助多重表征理论，契合“宏观辨识与微观探析”核心素养的发展，可以更加深刻揭露微观本质，使抽象单一的化学知识更加直观丰富。本文选择人教版高中教材必修2第六章第一节“化学反应与能量变化”为教学案例，分析体现该素养的学业内容，融入四重表征的理论模型，借助数字化手持技术呈现直观可视的曲线图像，完成此课时教学设计，在发展学生化学学科核心素养的同时，为一线教师提供有意义的参考[2]。
教材分析
宏观表征：根据实验现象从宏观的视角来辨识物质及其反应，并从中归纳出反应类型并进行分类和表征。具体操作为观察“铜锌原电池”实验现象。
微观表征：运用微观结构图式对宏观现象从原子分子水平进行描述，依据物质的微观结构，描述或预测物质的性质和在一定条件下可能发生的化学反应。具体操作为将原电池中所发生化学反应的微观粒子可视化，丰富其表征形式。
符号表征：能运用化学符号和定量计算等手段说明物质的组成及其变化。具体操作为以离子方程式的形式将原电池中的变化表示出来。
曲线表征：借助手持技术数字化实验获得的数据和曲线，用于评估、解释或预测其合理性。具体操作为借助“温度—时间”与“电流—时间”曲线对实验现象进行细致分析。
采用手持技术进行“Zn-Cu-稀硫酸原电池与Zn和稀硫酸反应的比较”实验，分析其实验结果为：“温度—时间”曲线在实验开始后呈现逐渐上升的趋势，其实验事实是原电池化学能转化为热能；“电流—时间”曲线同时呈现“迅速上升—迅速下降—缓慢下降”的趋势，是电流衰减、原电池放电效率不高所展示的实验事实[3]。
教学案例设计
一、教学与评价目标
1. 教学目标
（1）通过探究铜锌原电池工作原理，学会从氧化还原反应视角认识原电池；
（2）通过对原电池微观本质认识，初步运用化学符号对其进行描述；
（3）通过分析实验数据和曲线，初步学会利用多重表征手段进行评估。
2. 评价目标
（1）通过探究铜锌原电池的设计方案，诊断并发展学生实验探究水平；
（2）通过书写离子方程式，诊断并发展学生对原电池工作实质的认识水平；
（3）通过对数据和曲线的讨论，诊断并发展学生对电能与热能转化认识水平以及化学价值的认识水平。
二、教学流程
1. 宏观现象
【学习任务1】通过实验探究Zn-Cu-稀硫酸原电池的工作原理，从氧化还原的视角进行分析。
【设计意图1】通过创设问题情境，认识原电池工作时的宏观现象并思考其微观本质。
【评价任务1】通过对实验设计方案的交流和点评，诊断并发展学生实验探究水平。 微观本质 【学习任务2】通过对原电池微观本质的认识，初步运用化学符号对其进行描述。
【设计意图2】引导学生借助化学符号等手段理解原电池中发生的变化。
【评价任务2】通过离子方程式的书写，诊断并发展学生对原电池工作实质的认识水平。 问题解决 【学习任务3】通过分析手持技术数字化实验获得的数据和曲线，初步学会利用多重表征从宏微结合的视角来评估其合理性。
【设计意图3】借助温度与电流的曲线，从宏微结合的角度对实验现象进行细致分析。
【评价任务3】通过对温度曲线和电流曲线的讨论和点评，诊断并发展学生对电能与热能转化认识水平以及化学价值的认识水平。
结语
“宏观辨识与微观探析”作为构成化学核心素养的重要维度，体现了化学领域最典型的认知观点和思维方式，其核心目的是希望学生能够通过相关的化学学习活动有意识地使用宏微结合的视角来认知世界、发现并分析问题，甚至创造性地解决问题。同时，素养的形成要借助实验进行宏观、微观、符号和曲线全方位表征，有助于对抽象概念关键内涵的理解。该方式不仅重视微观观念的教学，还启发学生通过表征之间的内在联系，加深对宏观现象的深入解读，促进化学学科核心素养的形成。
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关键词：宏观辨识与微观探析 四重表征 原电池
1982年，苏格兰的约翰斯顿首次提出“宏观—微观—符号”的三重表征理论模型，可帮助学生进行有意义的知识建构。山东师范大学毕华林教授课题组进一步界定了三重表征的含义，华南师范大学钱扬义教授在三重表征的基础之上，采用手持实验技术即时收集数据和自动生成曲线，提出“曲线表征”的定量分析方法，建立“宏观—微观—符号—曲线”四重表征模型[1]。
“宏观辨识与微观探析”是高中化学的核心素养的重要组成部分，其相关研究和实践一直是研究热点。“宏观辨识”是对物质的性质、存在状态、转化规律及反应现象的辨认和识别；“微观探析”是从分子、原子、电子等层面探究和分析物质的组成、结构与性质。二者不是孤立地从两个角度来认识、分析和解决化学问题，而是结合在一起的整体，依靠符号维度紧密联系。对于一些“微观”“符号”等化学学科特有的表征材料，学生在进行有效信息加工时往往存在困难，如何培养学生的这一素养已成为当前关注的重要课题。
借助多重表征理论，契合“宏观辨识与微观探析”核心素养的发展，可以更加深刻揭露微观本质，使抽象单一的化学知识更加直观丰富。本文选择人教版高中教材必修2第六章第一节“化学反应与能量变化”为教学案例，分析体现该素养的学业内容，融入四重表征的理论模型，借助数字化手持技术呈现直观可视的曲线图像，完成此课时教学设计，在发展学生化学学科核心素养的同时，为一线教师提供有意义的参考[2]。
教材分析
宏观表征：根据实验现象从宏观的视角来辨识物质及其反应，并从中归纳出反应类型并进行分类和表征。具体操作为观察“铜锌原电池”实验现象。
微观表征：运用微观结构图式对宏观现象从原子分子水平进行描述，依据物质的微观结构，描述或预测物质的性质和在一定条件下可能发生的化学反应。具体操作为将原电池中所发生化学反应的微观粒子可视化，丰富其表征形式。
符号表征：能运用化学符号和定量计算等手段说明物质的组成及其变化。具体操作为以离子方程式的形式将原电池中的变化表示出来。
曲线表征：借助手持技术数字化实验获得的数据和曲线，用于评估、解释或预测其合理性。具体操作为借助“温度—时间”与“电流—时间”曲线对实验现象进行细致分析。
采用手持技术进行“Zn-Cu-稀硫酸原电池与Zn和稀硫酸反应的比较”实验，分析其实验结果为：“温度—时间”曲线在实验开始后呈现逐渐上升的趋势，其实验事实是原电池化学能转化为热能；“电流—时间”曲线同时呈现“迅速上升—迅速下降—缓慢下降”的趋势，是电流衰减、原电池放电效率不高所展示的实验事实[3]。
教学案例设计
一、教学与评价目标
1. 教学目标
（1）通过探究铜锌原电池工作原理，学会从氧化还原反应视角认识原电池；
（2）通过对原电池微观本质认识，初步运用化学符号对其进行描述；
（3）通过分析实验数据和曲线，初步学会利用多重表征手段进行评估。
2. 评价目标
（1）通过探究铜锌原电池的设计方案，诊断并发展学生实验探究水平；
（2）通过书写离子方程式，诊断并发展学生对原电池工作实质的认识水平；
（3）通过对数据和曲线的讨论，诊断并发展学生对电能与热能转化认识水平以及化学价值的认识水平。
二、教学流程
1. 宏观现象
【学习任务1】通过实验探究Zn-Cu-稀硫酸原电池的工作原理，从氧化还原的视角进行分析。
【设计意图1】通过创设问题情境，认识原电池工作时的宏观现象并思考其微观本质。
【评价任务1】通过对实验设计方案的交流和点评，诊断并发展学生实验探究水平。 微观本质 【学习任务2】通过对原电池微观本质的认识，初步运用化学符号对其进行描述。
【设计意图2】引导学生借助化学符号等手段理解原电池中发生的变化。
【评价任务2】通过离子方程式的书写，诊断并发展学生对原电池工作实质的认识水平。 问题解决 【学习任务3】通过分析手持技术数字化实验获得的数据和曲线，初步学会利用多重表征从宏微结合的视角来评估其合理性。
【设计意图3】借助温度与电流的曲线，从宏微结合的角度对实验现象进行细致分析。
【评价任务3】通过对温度曲线和电流曲线的讨论和点评，诊断并发展学生对电能与热能转化认识水平以及化学价值的认识水平。
结语
“宏观辨识与微观探析”作为构成化学核心素养的重要维度，体现了化学领域最典型的认知观点和思维方式，其核心目的是希望学生能够通过相关的化学学习活动有意识地使用宏微结合的视角来认知世界、发现并分析问题，甚至创造性地解决问题。同时，素养的形成要借助实验进行宏观、微观、符号和曲线全方位表征，有助于对抽象概念关键内涵的理解。该方式不仅重视微观观念的教学，还启发学生通过表征之间的内在联系，加深对宏观现象的深入解读，促进化学学科核心素养的形成。
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