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摘要：结合2010-2014年广东高考理综化学反应原理的试题特点，从多重表征的角度来分析其命题方向及其对教学实践的导向，探讨多重表征在高中化学教学中的功能，并提出多重表征的教学建议。
关键词：多重表征；宏观表征；微观表征；符号表征；曲线表征
文章编号：1008-0546（2015）04-0008-04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2015.04.003
自2010年来全国普通高考理科综合化学试题（广东卷）取消X科，以理科综合形式呈现。理科综合化学部分的非选择题依次为有机题、化学反应原理题、无机综合题和实验题，有机和无机题都在考查化学反应原理的知识，其中化学反应原理题更为突出。2010-2014年的化学反应原理题凸显 “化学科学特点和化学研究基本方法”。在高考题导向下的教学需求：培养学生化学学科所特有的多重表征思维方式，帮助学生更好地理解化学科学，提高学生的科学素养。
一、理论基础
表征又称心理表征或知识表征，是现代认知心理学的核心概念之一，它指信息在人脑中记载和呈现的方式[1]。多重表征作为化学学科独特的表征模式，已经取得了诸多研究成果。1991年，约翰斯顿提出了经典的“多重表征”的三角模型，如图1所示。[2]
在此基础上，钱扬义等人提出了“曲线表征”，将“三重表征”发展为“四重表征”，如图2所示。其中宏观表征指向人类感知器官可以直接感知到的物质及其性质；微观表征指向亚微观水平和亚原子微粒水平上的物质及其性质；符号表征指向表示化学物质组成、结构、性质、变化、状态、数量、单位等的符号，如分子式、化学方程式等。曲线表征是指由某些自变量的变化引起因变量的变化以坐标图的曲线形式在学习者头脑中的反映。[3]
张丙香、毕华林在《化学多重表征的界定及其关系分析》中构建的表征关系如图3所示。
每一种表征水平和其他两种表征水平都有交集，三种表征水平也有共同的交集，交集部分说明知识的表征水平间具有内在联系。这表示有些知识是以一种表征水平存在（如对纯净物的颜色、气味仅从宏观角度理解），有些知识是以两种（如对化学变化和物理变化的界定就是从宏观和微观的角度进行理解的）或者三种表征水平（如化学方程式的理解）存在的。交集中表征水平越多，交集面积越大，说明知识理解越深刻也越丰富。交集部分意味着学生能在它所包含的不同表征水平之间进行信息转换。且交集部分是可变化的，随着学生对知识的理解越来越深刻，交集部分就越来越大，包含的表征水平也越来越多。[4]这是我们教学期望达到的，这种交集的能力要求在高考题中体现得淋漓尽致。
二、对高考“化学反应原理题”的多重表征分析
广东高考实施理综高考模式5年来，理综试题中化学反应原理题是重要组成部分。从对2010-2014年的化学原理题进行分析可知：“化学反应原理题”既考查学生对物质及其性质理解应用、实验方案、描述实验现象、总结实验结论等的“宏观表征”能力，也考查学生进行理论分析与微观解析的“微观表征”能力，还考查学生书写化学用语、方程式、公式计算的“符号表征”能力以及曲线分析、预测、绘制的“曲线表征”能力。“化学反应原理题”与多重表征紧密结合是这类题目的整体特点，各表征之间相互渗透、融合，需要学生有较强的多重表征思维能力才能解决问题。具体分析如表1所示。
从表1可发现，高考化学原理题中，几乎每个小题都有其侧重的考查视角，有些小题还同时考查多个表征水平。从下表2数据来看，可以说明这五年试题的优秀性，区分度均在0.4以上。难度基本上都大于或等于当年的全卷难度（除2010年外），说明学生用多重表征思维方式答题还存在一定的困难，也说明了从多重表征的视角来剖析高考试题的合理性。
综上所述，高中化学教学需要培养学生的多重表征思维方式。那么，多重表征在高中化学教学中具有哪些功能？下面通过结合高中化学学科能力和高考试题进行分析。
三、多重表征在高中化学教学中的功能
1. 培养学生的多重表征思维，提高学生分析问题能力
高中化学学习中学生面临的学习困难是：分子、原子、催化剂、物质的量、化学键、同系物、化学平衡、电离平衡等抽象的化学概念和理论；化学事实性知识头绪繁杂、零乱，学生理不清线索，难以在头脑中形成系统的知识网络；大量的化学符号等等。多重表征能从化学学科的特点出发统领整合化学学习，可在宏观表征、微观表征、符号表征和曲线表征实质性联系上进行学习，不断地进行知识点的联结、组块和结构化，从而得到多维有序的、清晰合理的化学认知网络结构。优良的多重表征认知结构，将提高学生分析问题能力，使学生时时（在学习的各个阶段）处处（在宏观、微观、符号和曲线各个维度）有序地进行分析问题。当学生遇到问题时，可以习惯性地从多重表征来理解问题的本质，认识得更全面。例如：2012年广东卷第31题第（2）小题，为探讨反应物浓度对化学反应速率的影响，设计的实验方案如下表：
如果在平时教学时，能够从多重表征的角度来引导学生理解化学反应，那么，当学生遇到这个陌生的化学反应时，学生头脑中也可以立即呈现出各反应物浓度与时间的关系等等，并成功地解决问题。
2. 培养学生的多重表征思维，加强学生获取信息的能力
在学习过程中，教师和教材会向学生呈现大量的化学知识信息，但是每个学生有选择地进行感知的信息量是不同的。学习化学存在困难的学生，可能只注意到一些有趣的宏观现象。而能够运用多重表征来学习化学的学生，由于他们已经储存了一些宏观、微观、符号和曲线的有机联系，他们对信息的选择面就会宽泛的多，因而能够最大程度地增加有用信息进行储存。在储存、提取信息时，提取线索起着非常重要的作用，对于同一知识点，运用多重表征之后就会有至少三个提取线索。因此，在提取知识时，即使有一两个线索中断，仍然会有其他的线索可用，从而达到提取效果。近几年高考考生答卷反应的主要问题之一：信息获取能力较弱，缺乏提取有效信息并进行加工的能力。例如：2010年广东卷第31题第（2）小题，（2）在其他条件相同时，反应H3BO3 3CH3OH[?]B （OCH3）3 3H2O中，H3BO3的转化率（α）在不同温度下随反应时间（t）的变化见图5，由此图可得出： ①温度对应该反应的反应速率和平衡移动的影响是 。
②该反应的ΔH 0（填“<”、“=”或“>”）。
具有多重表征思维的学生，当看到该反应的符号表征时，在脑中即会自动地进行其他表征，提取相应的信息，进行分析：温度越高，反应速率越大，越早出现拐点；若该反应是放热反应，转化率则随温度升高而减小，若该反应吸热，转化率随温度降低而增大等等相关曲线趋势，等等。具有多重表征思维的考生，可以从曲线表征获得的信息推动逆向思考，并从微观的角度进行解释，全面地理解该反应的本质。
3. 培养学生的多重表征思维，提高学生解决问题能力
培养学生的多重表征思维，学生运用多重表征思维方式可将大量信息在头脑中进行分类，从而空出更多的空间来考虑问题的其他方面，如问题的已知条件、未知条件与该知识点的联系，以及该知识点与其它有关知识点之间的关系等。同时多重表征良好的认知网络结构可根据问题情景的需要，在宏观、微观、符号和曲线四个层面迅速互译，提取相关信息（如看到宏观现象、曲线，立即提取相应的微观和符号信息），从而解决问题。
例如：2013年广东卷第31题第（3）小题，O3将I-氧化成I2的过程由3步反应组成：
①I-（aq） O3（g）[=] IO-（aq） O2（g） ΔH1
②IO-（aq） H （aq）[?]HOI（aq） ΔH2
③HOI（aq） I-（aq） H （aq）[?]I2（aq） H2O（l） ΔH3
（3）为探究Fe2 对O3氧化I-反应的影响（反应体如图6），某研究小组测定两组实验中I3-浓度和体系pH，结果见图7和下表。
①第1组实验中，导致反应后pH升高的原因是
。
②图6中的A为 ，由Fe3 生成A的过程能显著提高I-的转化率，原因是 。
③第2组实验进行18s后，I3-浓度下降。导致下降的直接原因有（双选） 。
A. c（H ）减小 B.c（I-）减小
C. I2（g）不断生成 D.c（Fe3 ）增加
从反应机理中，具有多重表征的学生可以从符号表征中发现与图表中信息的交叉点——氢离子浓度（pH）在反应中的变化，从而解决第①个问题。又可以根据图表中“Fe3 ”多个表征，对它的存在进行微观角度（得失电子、水解等）分析、加以假设，并通过图表表征中“pH变化”的信息，可以推断出“A”是Fe（OH）3，而不是Fe2 。如果考生缺乏多重表征思维，可能在简单假设后思维得到收敛，误以为Fe3 被还原。
以上三个功能并不是相互独立的，而是相互促进的。能够根据多重表征的思维分析问题的各个方面，是提取、分析信息的重要前提，而提取的信息质量又影响了学生对信息的分析和判断。如果学生能够对问题进行多重表征思考，那么对相互之间的关系也能把握得更好，从而提高解决问题的概率。综上所述，在教学过程中，培养学生多重表征思维是有必要的。
四、多重表征的教学建议
1. 注重创设和联系学生的宏观表征，凸显多重表征
化学教学应联系学生已有的知识经验进行教学，从学生已有经验中找到和新知识相关的联系点，促进学生的理解。在实验教学中，教师不仅要指导学生怎样观察现象，还应启发学生怎样利用这些宏观现象去思考问题，看到化学现象背后的本质，也就是说要在实验过程中将宏观现象与微观结构有意识地联系起来，增强对化学知识的学习。
其次，教师要尽可能多地为学生创造亲自运用多重表征的机会，为其创建一个有利于进行多重表征的学习情景。例如，引导学生思考：“对于这一知识点，我是从宏观、微观、符号、曲线相结合的角度考虑、学习的吗？”“今天学习的这些知识之间有什么内在联系？”“这一现象的微观本质是什么？怎样用符号来表示呢？”等等。通过这些问题，引导学生逐步提高多重表征的意识与能力。[5]
2. 充分利用模型、图片、多媒体等直观教具，增强微观表征
模型、图片、多媒体等直观教具对于学生从多重表征的角度理解和学习化学具有重要意义。例如，运用模型展示物质的微观结构、运用多媒体技术把 “电离过程”“共价键的形成”等抽象的微观知识形象地表示出来，从而增强对微观表征的理解。在教学中，教师要激发学生的兴趣，在学生产生“为什么”的想法时，教师通过模型、微观图片、多媒体动画等方式，引导其分析微观结构、变化过程，使学生们对所学知识产生微观的本质上的动态的理解，再把宏观现象、微观过程简洁准确地抽象为化学式、结构式、反应方程式等符号表征，从而让学生用多重表征的思维方式来构建化学知识。
3. 突出化学用语的意义，强化符号表征
在符号表征的教学中，要充分利用实验、实物、模型、图示、多媒体等直观手段，在带给学生充分感知的基础上，把化学符号所蕴涵的宏观和微观信息表示出来，使学生明白符号代表的宏观和微观含义，使得学生自动实现思维在宏观、微观和符号之间的转换，进行有意义的学习。
4. 挖掘数据曲线的规律特点，增值曲线表征
教学中需要培养学生查找资料、分析信息的能力。充分利用教材中的素材，教材中有大量的数据曲线类的图表，且数据曲线真实有效，有极大的权威性和很强的说服力，是处理量化信息的使用工具。高考每一年都考查考生：通过观察和分析数据曲线，以及从数据曲线中准确提取实质性内容，并进行初步加工和有序存储的能力。基于数据曲线的化学原理题不仅是广东近年来高考的重要组成部分，而且也是其命题特色，其充分体现了高考题对多重表征教学的需求。
参考文献
[1] 吴庆麟.认知教学心理学[M].上海：上海科学技术出版社，2000
[2] 毕华林，黄婕，亓英丽.化学学习中“宏观-微观-符号”三重表征的研究[J].化学教育，2005，（5）：51-54
[3] 鲁新玲. 运用“手持技术”与“互动课堂反馈系统”的高三化学复习课教学实践与思考[J].中学化学教学参考，2010，（4）：18～21
[4] 张丙香，毕华林.化学三重表征的界定及其关系分析[J].化学教育，2013，（3）：8-11
[5] 张丙香.高中生化学反应多重表征心智模型的研究—以氧化还原反应为例[D].济南：山东师范大学学位论文，2013
关键词：多重表征；宏观表征；微观表征；符号表征；曲线表征
文章编号：1008-0546（2015）04-0008-04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2015.04.003
自2010年来全国普通高考理科综合化学试题（广东卷）取消X科，以理科综合形式呈现。理科综合化学部分的非选择题依次为有机题、化学反应原理题、无机综合题和实验题，有机和无机题都在考查化学反应原理的知识，其中化学反应原理题更为突出。2010-2014年的化学反应原理题凸显 “化学科学特点和化学研究基本方法”。在高考题导向下的教学需求：培养学生化学学科所特有的多重表征思维方式，帮助学生更好地理解化学科学，提高学生的科学素养。
一、理论基础
表征又称心理表征或知识表征，是现代认知心理学的核心概念之一，它指信息在人脑中记载和呈现的方式[1]。多重表征作为化学学科独特的表征模式，已经取得了诸多研究成果。1991年，约翰斯顿提出了经典的“多重表征”的三角模型，如图1所示。[2]
在此基础上，钱扬义等人提出了“曲线表征”，将“三重表征”发展为“四重表征”，如图2所示。其中宏观表征指向人类感知器官可以直接感知到的物质及其性质；微观表征指向亚微观水平和亚原子微粒水平上的物质及其性质；符号表征指向表示化学物质组成、结构、性质、变化、状态、数量、单位等的符号，如分子式、化学方程式等。曲线表征是指由某些自变量的变化引起因变量的变化以坐标图的曲线形式在学习者头脑中的反映。[3]
张丙香、毕华林在《化学多重表征的界定及其关系分析》中构建的表征关系如图3所示。
每一种表征水平和其他两种表征水平都有交集，三种表征水平也有共同的交集，交集部分说明知识的表征水平间具有内在联系。这表示有些知识是以一种表征水平存在（如对纯净物的颜色、气味仅从宏观角度理解），有些知识是以两种（如对化学变化和物理变化的界定就是从宏观和微观的角度进行理解的）或者三种表征水平（如化学方程式的理解）存在的。交集中表征水平越多，交集面积越大，说明知识理解越深刻也越丰富。交集部分意味着学生能在它所包含的不同表征水平之间进行信息转换。且交集部分是可变化的，随着学生对知识的理解越来越深刻，交集部分就越来越大，包含的表征水平也越来越多。[4]这是我们教学期望达到的，这种交集的能力要求在高考题中体现得淋漓尽致。
二、对高考“化学反应原理题”的多重表征分析
广东高考实施理综高考模式5年来，理综试题中化学反应原理题是重要组成部分。从对2010-2014年的化学原理题进行分析可知：“化学反应原理题”既考查学生对物质及其性质理解应用、实验方案、描述实验现象、总结实验结论等的“宏观表征”能力，也考查学生进行理论分析与微观解析的“微观表征”能力，还考查学生书写化学用语、方程式、公式计算的“符号表征”能力以及曲线分析、预测、绘制的“曲线表征”能力。“化学反应原理题”与多重表征紧密结合是这类题目的整体特点，各表征之间相互渗透、融合，需要学生有较强的多重表征思维能力才能解决问题。具体分析如表1所示。
从表1可发现，高考化学原理题中，几乎每个小题都有其侧重的考查视角，有些小题还同时考查多个表征水平。从下表2数据来看，可以说明这五年试题的优秀性，区分度均在0.4以上。难度基本上都大于或等于当年的全卷难度（除2010年外），说明学生用多重表征思维方式答题还存在一定的困难，也说明了从多重表征的视角来剖析高考试题的合理性。
综上所述，高中化学教学需要培养学生的多重表征思维方式。那么，多重表征在高中化学教学中具有哪些功能？下面通过结合高中化学学科能力和高考试题进行分析。
三、多重表征在高中化学教学中的功能
1. 培养学生的多重表征思维，提高学生分析问题能力
高中化学学习中学生面临的学习困难是：分子、原子、催化剂、物质的量、化学键、同系物、化学平衡、电离平衡等抽象的化学概念和理论；化学事实性知识头绪繁杂、零乱，学生理不清线索，难以在头脑中形成系统的知识网络；大量的化学符号等等。多重表征能从化学学科的特点出发统领整合化学学习，可在宏观表征、微观表征、符号表征和曲线表征实质性联系上进行学习，不断地进行知识点的联结、组块和结构化，从而得到多维有序的、清晰合理的化学认知网络结构。优良的多重表征认知结构，将提高学生分析问题能力，使学生时时（在学习的各个阶段）处处（在宏观、微观、符号和曲线各个维度）有序地进行分析问题。当学生遇到问题时，可以习惯性地从多重表征来理解问题的本质，认识得更全面。例如：2012年广东卷第31题第（2）小题，为探讨反应物浓度对化学反应速率的影响，设计的实验方案如下表：
如果在平时教学时，能够从多重表征的角度来引导学生理解化学反应，那么，当学生遇到这个陌生的化学反应时，学生头脑中也可以立即呈现出各反应物浓度与时间的关系等等，并成功地解决问题。
2. 培养学生的多重表征思维，加强学生获取信息的能力
在学习过程中，教师和教材会向学生呈现大量的化学知识信息，但是每个学生有选择地进行感知的信息量是不同的。学习化学存在困难的学生，可能只注意到一些有趣的宏观现象。而能够运用多重表征来学习化学的学生，由于他们已经储存了一些宏观、微观、符号和曲线的有机联系，他们对信息的选择面就会宽泛的多，因而能够最大程度地增加有用信息进行储存。在储存、提取信息时，提取线索起着非常重要的作用，对于同一知识点，运用多重表征之后就会有至少三个提取线索。因此，在提取知识时，即使有一两个线索中断，仍然会有其他的线索可用，从而达到提取效果。近几年高考考生答卷反应的主要问题之一：信息获取能力较弱，缺乏提取有效信息并进行加工的能力。例如：2010年广东卷第31题第（2）小题，（2）在其他条件相同时，反应H3BO3 3CH3OH[?]B （OCH3）3 3H2O中，H3BO3的转化率（α）在不同温度下随反应时间（t）的变化见图5，由此图可得出： ①温度对应该反应的反应速率和平衡移动的影响是 。
②该反应的ΔH 0（填“<”、“=”或“>”）。
具有多重表征思维的学生，当看到该反应的符号表征时，在脑中即会自动地进行其他表征，提取相应的信息，进行分析：温度越高，反应速率越大，越早出现拐点；若该反应是放热反应，转化率则随温度升高而减小，若该反应吸热，转化率随温度降低而增大等等相关曲线趋势，等等。具有多重表征思维的考生，可以从曲线表征获得的信息推动逆向思考，并从微观的角度进行解释，全面地理解该反应的本质。
3. 培养学生的多重表征思维，提高学生解决问题能力
培养学生的多重表征思维，学生运用多重表征思维方式可将大量信息在头脑中进行分类，从而空出更多的空间来考虑问题的其他方面，如问题的已知条件、未知条件与该知识点的联系，以及该知识点与其它有关知识点之间的关系等。同时多重表征良好的认知网络结构可根据问题情景的需要，在宏观、微观、符号和曲线四个层面迅速互译，提取相关信息（如看到宏观现象、曲线，立即提取相应的微观和符号信息），从而解决问题。
例如：2013年广东卷第31题第（3）小题，O3将I-氧化成I2的过程由3步反应组成：
①I-（aq） O3（g）[=] IO-（aq） O2（g） ΔH1
②IO-（aq） H （aq）[?]HOI（aq） ΔH2
③HOI（aq） I-（aq） H （aq）[?]I2（aq） H2O（l） ΔH3
（3）为探究Fe2 对O3氧化I-反应的影响（反应体如图6），某研究小组测定两组实验中I3-浓度和体系pH，结果见图7和下表。
①第1组实验中，导致反应后pH升高的原因是
。
②图6中的A为 ，由Fe3 生成A的过程能显著提高I-的转化率，原因是 。
③第2组实验进行18s后，I3-浓度下降。导致下降的直接原因有（双选） 。
A. c（H ）减小 B.c（I-）减小
C. I2（g）不断生成 D.c（Fe3 ）增加
从反应机理中，具有多重表征的学生可以从符号表征中发现与图表中信息的交叉点——氢离子浓度（pH）在反应中的变化，从而解决第①个问题。又可以根据图表中“Fe3 ”多个表征，对它的存在进行微观角度（得失电子、水解等）分析、加以假设，并通过图表表征中“pH变化”的信息，可以推断出“A”是Fe（OH）3，而不是Fe2 。如果考生缺乏多重表征思维，可能在简单假设后思维得到收敛，误以为Fe3 被还原。
以上三个功能并不是相互独立的，而是相互促进的。能够根据多重表征的思维分析问题的各个方面，是提取、分析信息的重要前提，而提取的信息质量又影响了学生对信息的分析和判断。如果学生能够对问题进行多重表征思考，那么对相互之间的关系也能把握得更好，从而提高解决问题的概率。综上所述，在教学过程中，培养学生多重表征思维是有必要的。
四、多重表征的教学建议
1. 注重创设和联系学生的宏观表征，凸显多重表征
化学教学应联系学生已有的知识经验进行教学，从学生已有经验中找到和新知识相关的联系点，促进学生的理解。在实验教学中，教师不仅要指导学生怎样观察现象，还应启发学生怎样利用这些宏观现象去思考问题，看到化学现象背后的本质，也就是说要在实验过程中将宏观现象与微观结构有意识地联系起来，增强对化学知识的学习。
其次，教师要尽可能多地为学生创造亲自运用多重表征的机会，为其创建一个有利于进行多重表征的学习情景。例如，引导学生思考：“对于这一知识点，我是从宏观、微观、符号、曲线相结合的角度考虑、学习的吗？”“今天学习的这些知识之间有什么内在联系？”“这一现象的微观本质是什么？怎样用符号来表示呢？”等等。通过这些问题，引导学生逐步提高多重表征的意识与能力。[5]
2. 充分利用模型、图片、多媒体等直观教具，增强微观表征
模型、图片、多媒体等直观教具对于学生从多重表征的角度理解和学习化学具有重要意义。例如，运用模型展示物质的微观结构、运用多媒体技术把 “电离过程”“共价键的形成”等抽象的微观知识形象地表示出来，从而增强对微观表征的理解。在教学中，教师要激发学生的兴趣，在学生产生“为什么”的想法时，教师通过模型、微观图片、多媒体动画等方式，引导其分析微观结构、变化过程，使学生们对所学知识产生微观的本质上的动态的理解，再把宏观现象、微观过程简洁准确地抽象为化学式、结构式、反应方程式等符号表征，从而让学生用多重表征的思维方式来构建化学知识。
3. 突出化学用语的意义，强化符号表征
在符号表征的教学中，要充分利用实验、实物、模型、图示、多媒体等直观手段，在带给学生充分感知的基础上，把化学符号所蕴涵的宏观和微观信息表示出来，使学生明白符号代表的宏观和微观含义，使得学生自动实现思维在宏观、微观和符号之间的转换，进行有意义的学习。
4. 挖掘数据曲线的规律特点，增值曲线表征
教学中需要培养学生查找资料、分析信息的能力。充分利用教材中的素材，教材中有大量的数据曲线类的图表，且数据曲线真实有效，有极大的权威性和很强的说服力，是处理量化信息的使用工具。高考每一年都考查考生：通过观察和分析数据曲线，以及从数据曲线中准确提取实质性内容，并进行初步加工和有序存储的能力。基于数据曲线的化学原理题不仅是广东近年来高考的重要组成部分，而且也是其命题特色，其充分体现了高考题对多重表征教学的需求。
参考文献
[1] 吴庆麟.认知教学心理学[M].上海：上海科学技术出版社，2000
[2] 毕华林，黄婕，亓英丽.化学学习中“宏观-微观-符号”三重表征的研究[J].化学教育，2005，（5）：51-54
[3] 鲁新玲. 运用“手持技术”与“互动课堂反馈系统”的高三化学复习课教学实践与思考[J].中学化学教学参考，2010，（4）：18～21
[4] 张丙香，毕华林.化学三重表征的界定及其关系分析[J].化学教育，2013，（3）：8-11
[5] 张丙香.高中生化学反应多重表征心智模型的研究—以氧化还原反应为例[D].济南：山东师范大学学位论文，2013