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基于三重表征的单元整体教学研究——以“反应热”概念教学为例
化学学科的内容特点决定了化学学习中，学习者必然要从宏观、微观和符号等方面对物质及其变化进行多种感知，从而形成化学学习独特的三重表征：宏观表征、微观表征和符号表征。本文以“反应热”概念教学为例，基于“宏观—微观—符号”三重表征的视角开展单元整体教学研究，突出三重表征教学对于学生建构核心概念、发展核心素养具有重要作用。
一、教学主题内容及教学现状分析
（一）教学主题内容分析
“反应热”是化学热力学研究的重要内容之一，也是化学学科的核心概念之一。“反应热”是定量描述化学反应中能量变化的物理量，是化学变化观念的一个重要方面。《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称《课程标准》）对本节的内容要求为：认识化学能可以与热能等其他形式能量之间相互转化，能量的转化遵循能量守恒定律。知道内能是体系内物质的各种能量的总和，受温度、压强、物质的聚集状态的影响。认识化学能与热能的相互转化，恒温恒压条件下化学反应的反应热可以用焓变表示。
从以上内容要求中我们可以抽提出“化学反应伴随着能量变化”这一核心观念。在这一观念的统领下，通过“反应热”的概念教学，希望帮助学生实现从宏观感知到微观探析的思维进阶，从定性认识到定量分析的能力进阶，发展“宏观辨识与微观探析”的学科核心素养。
（二）教学现状分析
“反应热”的内容理论性较强，教学中涉及到较多与热化学有关的概念，如体系与环境、内能、焓与焓变、热化学方程式、燃烧热等。在以往的教学中，因该内容学习起来相对比较枯燥，又并非高考的重难点内容，学生通过一定量的训练通常都能过关，故本主题内容的教学方式多为传统的讲授式，而忽略了内容之间的关联和内容所承载的学科核心素养以及其中蕴藏的核心价值。笔者通过文献搜索了解到，国内基于本主题发表的论文多为试题研究，教学研究论文相对较少。教学研究主要集中在实验教学、情境创设等方面进行单课时教学设计，而鲜有经过整体规划的单元教学研究。
二、基于三重表征单元整体教学设计思路
（一）单元教学目标
1.通过真实情境下对体系、环境、内能、焓等概念的学习，建构反应热的概念。从宏观角度解释反应热的产生与内能以及焓变的关系，从微观层面结合物质结构知识理解反应热产生的原因，发展学生“宏观辨识与微观探析”的学科核心素养。
2.通过对热化学方程式的理解与书写这一符号表征过程形成化学反应热量变化的定量认识，从而进一步理解物质的能量与温度、压强等因素的关系，发展学生的能量观念。
3.通过从能量释放和环境保护的角度进行火箭推进剂的研究性学习，汇报展示学习成果，体会燃烧热的应用价值，感受化学反应能量变化的重要价值，发展学生“科学态度与社会责任”的学科核心素养。
（二）单元教学思路
目前，我国的航空航天事业飞速发展，火箭推进剂在航天和军事等领域具有广泛应用。我们以“火箭推进剂”为情境主线贯穿于整个单元的学习中。通过层层递进的3个核心问题链（如图2）设计了3课时单元整体教学，促进学生对反应热概念的结构化认识，从宏观表征（体系与环境间热交换）、微观表征（化学键断裂和形成）和符号表征（热化学方程式）三个视角建立研究化学反应与能量的认识思路，同时体会化学反应中能量变化的重要价值。
图1情境与问题链设计
图2“反应热”单元整体教学流程
（三）单元教学流程
在“火箭推进剂”的情境主线贯穿下，围绕反应热的概念教学分3课时进行整体设计：课时1进行概念的构建，从宏观和微观角度理解反应热的定义以及本质；课时2进行概念的表征，利用化学学科的独特符号语言进行表达，提升对概念的理解；课时3进行概念的应用，通过研究性学习的开展了解反应热的示例——燃烧热的概念，体会化学在生活中具体应用的价值。
三、教学实录
（一）创设情境，宏观表征
视频导入：师生共同观看“神舟十二”火箭发射视频。提问：是什么力量让火箭足以将自身和搭载的探测器一并托起呢？图片资料：展示火箭的平面构造图及常见火箭推进剂的成分，如N2H4（燃料）与O2（氧化剂）。
学生：书写火箭推进剂反应的原理；分析火箭推进剂中的能量变化；用能量示意图表示出反应过程中物质的能量变化。
追问：化学反应为什么会产生热量变化？我们应该如何描述化学反应产生的热量呢？
引导点拨：以N2H4与O2反应为例，明确体系、环境、内能等概念，建立概念关系图，学习反应热的概念。
设计意图：在“火箭发射”的视频情境中感受化学反应不但有物质的变化，而且伴随着能量的变化。通过概念关系图理解反应热的基本概念，并通过能量示意图从宏观角度分析反应热的产生原因，形成对反应热的初步认识。
（二）微观表征，探寻本质
提问：化学反应的本质是什么？反应过程中为什么会有反应热呢？小组活动：画出N2H4与O2反应的微观示意图，分析反应过程中化学键的