化学三重表征的首倡者是苏格兰格拉斯哥大学的约翰斯顿教授（A.H. Johnstone），经过三十多年的发展，三重表征已经逐渐成为最有影响力、最富有创造性的思想之一。正如吉尔伯特和楚格斯特（Gilbert and Treagust）所称，三重表征已经成为化学教育研究的理论基础，指导着世界各地化学教师的教学和课程、软件、教材编制者的工作。化学三重表征的重要性决定了化学学习必然要从宏观、微观和符号等方面对物质及其变化进行多种感知，其结果就在学生的头脑中形成了化学三重表征心智模型。研究学生的化学三重表征心智模型会有助于教师和课程编制者了解学生的学习困难，从而改进教学或课程以更好地促进学生的概念理解。鉴于氧化还原反应是中学化学学习中的一个核心概念，同时也是学生学习中最感困难的概念之一，我们选择了氧化还原反应作为研究的载体。在文献综述的基础上，我们首先对化学三重表征的含义、关系以及心智模型进行了界定。我们认为：化学三重表征是指宏观世界、微观世界和符号世界的化学知识的外部呈现方式及这些知识在个体头脑中的反映。心智模型不仅是个体对外在事物内在表征后形成的概念框架，同时也是一种动态的内在运作机制，影响着个体对外在事物进行描述、解释和预测的行为与方式。化学三重表征心智模型就是个体对化学概念或知识进行宏观表征、符号表征和微观表征后在头脑中形成的概念框架，影响着个体对外在事物进行描述、解释和预测的行为与方式。由于个人知识经验的不同和化学三重表征的困难，学生的化学三重表征心智模型往往是多元的，不完善的，随着学校教育的不断进行，学生的化学三重表征心智模型会不断完善。在理论建构的基础上，我们进行了实证研究。主要包含两部分内容，首先是编制了调查问卷，确定了问卷调查具有良好的信效度；其次是使用问卷测查了高中生关于氧化还原反应三重表征心智模型的情况。通过对调查数据的统计分析，我们得出以下研究结论：第一，高中不同年级学生的心智模型都是多元的。高一学生的心智模型类型主要有燃素模型、氧气模型、氢气模型、形式模型、电荷模型、可逆模型、顺序模型、化合价模型、电子模型、氧氢模型和科学模型。高二学生的心智模型类型有燃素模型、氢气模型、形式模型、可逆模型、顺序模型、化合价模型、电子模型、科学模型。高三学生的心智模型类型有燃素模型、科学模型、化合价模型和电子模型。从整体上看，在高中三个年级中，符号模型的人数比例都是最小的，这说明学生对化学符号的理解比较透彻，化学符号对大多数学生而言都不再是学习困难的内容。对三个年级的学生而言，除了科学模型外，三个年级的学生都持有燃素模型、电子模型和化合价模型，并且持有这几种心智模型的学生人数比例很大，这说明质量守恒定律、化合价概念、化合价和得失电子的关系等内容对学生而言存在学习困难。第二，高中不同年级学生心智模型的发展是渐进的。虽然高中各年级学生的心智模型都是多元的，但是随着年级的增高，学生心智模型是不断完善的。首先主要表现为年级越高，错误的心智模型越少，在这些错误的心智模型上的人数比例也越少，相应的科学模型的人数比例越来越多。其次，从学生对心智模型的偏爱来分析，高一学生偏爱电子模型、顺序和化合价模型，高二学生偏爱化合价模型，高三学生偏爱科学模型，因此我们可以理解为学生的心智模型是在不断完善的。再次，尽管从高一开始，学生就已经拥有了科学模型，但这并不意味着其他模型都要消失，到了高三也是如此，也有其他的模型存在。这就说明学生的心智模型的发展是渐进的，而不是突变的。第三，高中不同年级学生心智模型是情境相依的、不稳定的。如果问题是以二段式诊断题的形式出现，那么学生在很大程度上受限于问题选项，倾向于选择科学模型，如果问题是以半结构访谈的形式出现，那么学生会使用自己偏爱的心智模型回答问题，并且在经过提示后，还是倾向于使用原来的模型。年级越高，学生的心智模型越稳定，受情境干扰的程度越小。但总的来看，高中各年级学生的心智模型还是情境相依的、不稳定的。第四，学优生和学困生心智模型的一致性程度不同。学优生的心智模型相对学困生而言具有更高的一致性。从统计结果看，高一学生在回答问题时，出现的心智模型类型很多，在回答相似的问题时，选项也不尽相同，因此我们可以推测他们使用的是不同的心智模型，心智模型的一致性程度低。反观高三学生，我们发现，他们在回答相似的问题时，出现的选项比较少，因此我们可以推测，他们使用的心智模型是特定的，心智模型的一致性程度高。这和结论3具有异曲同工之妙，心智模型越完善，一致性程度越高，那么受情境影响越小。第五，高中不同年级学生心智模型的影响因素不同。影响高一年级学生氧化还原反应三重表征心智模型的主要因素有四种：将氢元素得失作为判断氧化还原反应的依据、不清楚电子得失顺序、不能判断哪种元素得失电子、不理解质量守恒定律。影响高二学生氧化还原反应三重表征心智模型的主要因素有两种：学生不清楚哪种元素得失电子、将氢元素的得失作为氧化还原反应的判断依据。大多数高三学生在氧化还原反应上都具有科学的心智模型，能正确理解和判断这一概念，不存在显著的影响因素。第六，学优生和学困生的差异主要在于微观表征。学生之间存在差异的内在原因主要在于微观表征。如果学生对氧化还原反应概念和相关知识的理解是基于微观本质的，那么其心智模型是科学的，问题解决时成功的几率会比较大，三重表征之间的转换能力也比较强。相反，如果学生对氧化还原反应概念和相关知识的理解不是基于微观本质的，那么其心智模型则是错误的，问题解决时会基于问题的表面特征而不是微观本质，问题解决时成功的几率会比较小，三重表征转换能力也会比较弱。论文的创新之处主要体现在三个方面：第一，形成了良好的调查问卷，能有效地测查出学生对氧化还原反应的三重表征心智模型；第二，系统地提出了高中生在氧化还原反应概念上存在的11种心智模型，并通过实证进行了验证；第三，分析了高中三个年级学生氧化还原反应三重表征心智模型的分布及发展特点，分析了学优生和学困生存在差异的根本原因。