相對原子質量概念表述及其教學的探析

摘 要：初中化學新課程的概念教學，要講究階段性、發展性和可接受性。相對原子質量的概念表述存在著教科書版本差異，表明其有難言之隱。幸而《課程標準》對其所設定的教學目標，僅是利用它進行物質組成的簡單計算。因此，教學中只將它作為學生學習入門的拐棍，不宜深究。但是，教師應深諳其來龍去脈，以理智把握教學，達成課程目標，促進學生發展。

關鍵詞：初中化學；相對原子質量；概念表述；版本差異；教學理智；科學素養

中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：A 文章編號：1009-010X（2008）08-0008-05

概念（concept）是人們思維的基本形式之一，反映客觀事物一般的、本質的特征。化學概念是構建化學科學體系架構的基石，是學生學習、理解、掌握化學知識的核心任務。以學生發展為本，以提高學生科學素養為主旨的《全日制義務教育化學課程標準（實驗稿）》（以下簡稱《課程標準》）指出，“化學概念教學不要過分強調定義的嚴密性，要注意概念形成的階段性、發展性和學生的可接受性”。[1]放寬概念的嚴密性，就意味著要在概念的科學性與學生可接受性之間探尋、建立一種新的概念表述模式。這是教科書、也是教師必做的兩難選擇。教師只有掌握概念的本末源流，研究概念的表述文辭，分析學生的知識基礎，才能創設學生學習概念的“最近發展區”，使學生達成學習目標。本文擬探析相對原子質量的概念表述與教學理智，以體悟初中化學概念教學新理念。

一、相對原子質量概念的精確表述

相對原子質量是現代科學技術中的一個重要的物理量（physical quantity），是化學計量的重要基礎。因此，ISO（國際標準化組織）和GB（中國國家標準）對它都分別有精確定義：

元素的相對原子質量（relative atomic mass of an element）：元素的自然同位素成分的每個原子的平均質量與12C核素的一個原子質量的1/12之比。[2]

相對原子質量（relative atomic mass）：元素的平均原子質量與核素12C原子質量的1/12之比。[3]

二者行文不盡相同，可能是前者由外文直譯而來，后者則為漢語的簡明表述。然而，二者所定義概念的內涵和外延毫無二致，都可以下式表示：

式中，Ar（X）為X元素的相對原子質量；m（12C）為核素12C原子質量；m（X）為X元素的平均原子質量。

二、相對原子質量概念表述的教科書版本差異

《課程標準》規定了“利用相對原子質量、相對分子質量進行物質組成的簡單計算”[4]的學習目標。因此，使學生初步認識相對原子質量概念是教學的必然要求，但它的精確定義中使用的某些概念超出學生的知識基礎，難于理解。所以，初中化學教科書不能簡單拷貝相對原子質量的精確定義，必須根據學生知識基礎進行適當的改造。現實的景況是，各種版本《義務教育課程標準實驗教科書·化學》（以下簡稱教科書）對它的改造各有千秋，有的規行矩步嚴謹定義，有的娓娓道來通俗敘述。現將已經全國中小學教材審定委員會初審通過、并推薦使用的五種版本教科書中相對原子質量概念表述集錄于表1。

相對原子質量概念表述居然存在著教科書版本差異，或許是許多教師始料未及的。原來，概念定義并不那么“神圣”，是可根據學生實際進行多樣化表述的，使概念既保持其科學性，又能讓學生可接受、易理解。教科書既然都已經初審通過，它們關于相對原子質量概念的表述應該都是允許的，但這并不能說明它們就完美無缺，更不能排斥對它們的研討。

三、相對原子質量概念表述的研討

在初中化學教學中，學生學習相對原子質量概念的心理機制是“概念同化”（concept assimilation），即根據概念表述（定義）所揭示的本質特征，運用自己已有認知結構中適當的觀念去理解新概念，并將其納入或重組而形成或更新的認知結構，從而使認知范圍拓展或層級提升。在此過程中，關鍵是接受、理解概念表述使用詞語及其組合所表述的語義。教學實踐表明，學生剛接觸相對原子質量概念表述時，往往有一頭霧水的感覺。其主要原因，一是學生受到知識基礎的制約而難于理解表述中的某些詞語，二是教科書對其表述中存有些許無奈的不自洽而使理解更加困難。

1.相對原子質量概念理解的重要基礎。

在初中化學教學實踐中，相對原子質量是一個理解頗為費事、應用較為容易的基本概念。因此，《課程標準》對它的教學要求側重于應用，而非對概念的到位理解。然而，教師應該諳熟概念及其表述的來龍去脈，至少應理解如下基本觀念和基礎知識。

（1）相對原子質量是一個物理量。依據SI（國際單位制）及ISO、GB的規范：物理量是指物體或現象可定性區別并能定量測定的屬性；一個物理量A可以表示為一個數值（純數）{A}和一個單位[A]的乘積，即A＝{A}×[A]；對于一個物理量可以給定一個名稱和一個符號。顯然，“相對原子質量”即其名稱，其符號則為“Ar”（源于名稱relative atomic mass）。

（3）相對原子質量是單位為1的物理量。根據SI規定并已被ISO、GB采納：相對原子質量是量綱一、單位一、符號為1（略寫）的物理量。因此，認為它“只是一個比值、沒有單位”的觀點已經過時。當然，想在初中化學教學中講清它的單位問題很困難，也不必要。但是，教師應該刻意避免在課堂教學、習題選編、試題編制中有意無意地殘留相對原子質量“無單位”的不規范觀念。

2.相對原子質量概念中的“標準”及其表述。

（1）關于“標準”沿革的簡述。相對原子質量舊稱“原子量”（atomic weight），是伴隨1803年道爾頓原子學說創立而產生的表示原子“相對質量”的概念。它可以視為是原子質量的一種“替身”，而替身的“相貌”（相當于相對原子質量的量值）決定于“標準”的選擇。對于相同的原子，選擇的“標準”有異，其相對原子質量必然不同。在自然科學發展史上，相對原子質量的“標準”是隨著科學技術的發展而不斷變革的（詳見表2）。

（2）關于“標準”中m（12C）的表述。在相對原子質量概念定義中，對于作為“標準”要件的m（12C），ISO、GB定義表述為“12C核素的一個原子質量”或“核素12C原子質量”都是實話實說。然而，各種版本教科書因受學生知識基礎制約，其表述是欲言又止，只能拐彎抹角地將m（12C）說成“碳原子質量”、“一種碳原子的質量”或“質子數和中子數都是6的碳原子的質量”等。對于尚缺乏核素觀念的初中學生來說，所有的碳原子都是同樣的，沒有區別的。因此，對這些替代m（12C）的詞語無法有準確、到位的理解。這對于教科書、對于教學都是一種無奈的窘境。所以，有的教科書采用對“一種碳原子”加注滲透核素初步觀念的方式予以彌補。這是非常無奈的，但卻是十分必要的抉擇。這樣處理，在科學性上沒有離譜，學生也勉強能接受；而只說“碳原子”且無任何輔助理解的文字，在科學性上就似有點問題，稍后對于碳的相對原子質量為什么是12.01而不是12，就很難自圓其說；至于說“質子數和中子數都是6的碳原子”，依行文語氣似是強調“都是”，不僅不必要且易誤導，表述亦嫌冗長。另外，符號12C的文字表述以“碳12”為規范，而“碳-12”、“C-12”等均非規范。

（3）關于“標準”中的1/12。相對原子質量的“標準”為什么不選用碳12原子質量，而用它的1/12呢？這往往使學生感到疑惑不解，以為藏有多少玄機。其實，這個問題是一層窗戶紙，一點即破——能使最小的Ar也不小于1，方便使用。然而，各種版本教科書對此均未提及，是為教師教學留些發揮的空間，還是沿襲教科書的傳統做法，不得而知。如果教師也忽略的話，一些學生對此將長久混沌，知其然而不知其之所以然。其實，對它只要在教科書的拓展性欄目或習題中或者教學中稍微涉及即足矣。至于將“1.66×10-27kg”，甚至“原子質量單位”作為“標準”的同義詞共同出現在概念定義中，似可有助學生理解“碳12原子質量的1/12”，但它們并非概念的本義，會使概念定義行文顯得累贅。

3.相對原子質量概念中“計量”的表述與隱情。

（2）“元素的相對原子質量”還是“核素的相對原子質量”？在ISO、GB概念表述中，將m（X）解讀為“元素的自然同位素成分的每個原子的平均質量”，或“元素的平均原子質量”；而各種版本教科書無一例外地將m（X）解讀為“其他原子的質量”。不難明白，前者所定義的是“元素的相對原子質量”，而后者所定義的則是“核素的相對原子質量”。然而，在初中化學中學生所接觸的、需要使用的幾乎只有“元素的相對原子質量”。這是初中化學教科書定義相對原子質量的死結，致使言不由衷，言不及義，非常無奈。

4.相對原子質量的名稱和符號的討論。

（1）關于相對原子質量的名稱。“相對原子質量”一般應理解為“元素的相對原子質量”，是1961年確定以Ar（12C）=12為標準同時選用的概念名稱。誠然，對于“原子量”是否改稱相對原子質量的問題，在權威機構IUPAC（國際純化學與應用化學聯合會）內部至今已經爭論了幾十年。因此，在某些出版物中偶爾仍可見到“原子量”一詞。但是，ISO、GB均只選擇“相對原子質量”這個物理量名稱，就意味著舍棄“原子量”這個名稱。化學教育是科學教育，對ISO、GB的規定必須尊重、遵行。

（2）關于相對原子質量的符號。相對原子質量作為一個物理量，它有其規范的符號“Ar”——這是ISO、GB依據SI而規定的。其中，“A”用大寫斜體字母（凡物理量符號均用斜體字母），“r”是下角標，用小寫正體字母，應避免誤寫為Ar（氬元素符號）。在幾種版本教科書中，只有人教版和湘教版提到相對原子質量的符號，但沒有提供使用的實例。這是很值得商榷的。眾所周知，現代社會文明發展的一個大趨勢就是“符號化”，社會生活中符號化的現象已經比比皆是。這是因為符號不僅簡約，而且具有很強的視覺沖擊力，非常適應現代社會快節奏生活的需要。因此，在初中化學教學中不僅要介紹Ar及Mr（相對分子質量，源于relative molecular mass），而且要提倡在習題教學、習題解答及其他可使用它們的地方規范地使用它們。例如，Ar（H）=1，Ar（C）=12，Ar（O）=16，

Ar（Na）=23，Ar（Cl）=35.5，Mr（H2O）=18，Mr（CO2）=44，Mr（H2SO4）=98， Mr（Na2CO3）=106，Mr ［Fe2（SO4）3］=400等。實踐表明，在初中化學教學過程中使用這些符號，不僅不會增加學生的學習負擔，而且會使學習更加具有科學味、時代感。

四、相對原子質量概念的教學思考

相對原子質量是自然科學中非常重要的基本概念。學生在初中化學課程中認識它只是初級階段。對它的認識（包括概念表述）還有待在后續課程學習中去發展和完善。因此，在初中教學相對原子質量概念，需要教師擁有更新的教育理念、更多的背景知識、更高的教學智慧，清楚地知道自己該說什么做什么，不該說什么做什么，使教學動態地處于學生的“最近發展區”，有效地促進學生的發展。

1.準確把握概念的教學要求。

化學基本概念是初中化學課程學習的重要對象。根據初中教育的培養目標及學生的年齡特征，《課程標準》對于不同的概念設定了不盡相同的學習要求。其中，相對原子質量的學習要求僅是“會用”——“利用相對原子質量、相對分子質量進行物質組成的簡單計算”。因為，限于學生缺乏核素概念而導致相對原子質量概念表述的困境，并不會對“會用”產生多大的影響，所以，教學中對該概念不宜過分條分縷析，而只應將其作為學生學習入門的拐棍，哪怕是跌跌撞撞、蒙蒙朧朧，只要進了門——學會查找相對原子質量并能利用它們進行相關計算，就達到了教學基本要求，不必去理會概念及其表述的問題。否則，必定作繭自縛。

2.努力開發概念的教育價值。

化學新課程“以提高學生的科學素養為主旨”，以“知識與技能”、“過程與方法”、“情感態度與價值觀”為目標。其中，“知識與技能”既是學生科學素養最基礎的主體，又是現實“過程與方法”、“情感態度與價值觀”目標最重要的載體，負載著更高層次的科學素養教育價值。傳統教學對此比較忽視，化學新課程對此雖然非常重視，但教科書上未必明示，更多的時候要靠教師的理念、學識、經驗、態度，靠對教學內容、目標、學情、環境等諸多因素的綜合思考、判斷去生成、去創新。在相對原子質量概念教學中，從培養科學素養考慮，還需使學生認識為什么要引入相對質量和怎樣構造相對原子質量。前者教科書上已有明示，后者需要教師生成。對于如何從原子質量構造出相對原子質量，其測量標準（基準）的選擇蘊涵著重要的科學思想、科學方法，應予開發、利用，發揮其科學素養教育價值。如果，教師對此不以為意甚至不屑一顧，寶貴的教育資源就會白白流失。對此應該使學生認識到：在自然科學、社會科學甚至日常生活中，人們觀察、測量、評價事物都必有一定的標準；標準決定結果，標準有異，結果就很難相同；在實踐中應尋求適當的標準，以使結果更科學地反映事物的本質。這些既是構造相對原子質量的核心問題，又是普遍適用的科學思想、科學方法問題。在自然科學發展史上，相對原子質量的標準就曾幾經更迭，其量值亦隨之數次變更。目前，IUPAC每兩年都要公布一次相對原子質量的最新值，每次或多或少總會有一些元素的相對原子質量被修正、更新。但是，這并非相對原子質量標準的改變所致，標準仍然是1961年選定的Ar（12C）=12。導致相對原子質量量值變動的原因是其測量原理、方法或技術的改善，提高了測量精確度，或者測量樣品來源、取樣的改變，發現了新的同位素或同位素豐度的新變化。

3.自覺避讓概念的教學禁區。

忽視概念學習的階段性、發展性和可接受性，自覺不自覺地設定任意“拔高”、超前“綜合”等教學要求是不可取的，都可能使學生陷入不知所終的窘境。前已述及，教科書所定義的實質上都是“核素的”相對原子質量，而初中學生所接觸、所使用的絕大多數則是“元素的”相對原子質量——由元素的天然同位素（核素）相對原子質量及其同位素相對豐度（含量）所決定的“平均值”（此系新課標高中化學必修2的學習內容）。正是“平均值”使得許多元素的相對原子質量不是整數（而核素的相對原子質量皆為整數，即核素質量數）。然而，在初中化學中沒有辦法也沒有必要讓學生去分辨清楚到底是“核素的”還是“元素的”相對原子質量，只能對此含糊其辭。因此，教師的教學言行要矜持一點，收斂一點，自覺避讓核素的相對原子質量、核素質量數的教學禁區，不要把它們與元素的相對原子質量混為一談、絞在一起，人為地制造麻煩和混亂。此類不合時宜的混亂往往出現在習題甚至試題中，例如：

例題1 1999年科索沃戰爭期間，北約軍隊使用了美國制造的“貧鈾彈”，造成了放射性污染的嚴重后果。已知貧鈾彈中含有鈾238（238為相對原子質量），具有天然放射性，其質子數為92，則這種鈾原子里中子數與核外電子數之差為 。

解答此題必須掌握三個知識點：①在原子里，質子數=核外電子數（這是初中化學知識）；②鈾238是質量數（即核素的相對原子質量）為238的一類鈾原子；③核素的相對原子質量=核素質量數=質子

數＋中子數。然而，無論是《課程標準》還是教科書對知識點②和③均末明確涉及，故該題考查目標脫離課程目標，顯然欠妥。類似的題目還有：提供幾種“元素”（實際上核素）原子的質子數、中子數和質量數，要求學生歸納出上述③式關系；未給任何知識信息，就要求學生利用③式關系推算其中一個數據等。這些都未免有點操之過急。當然，這并不是說在初中化學中凡涉及核素的相對原子質量的問題就必定欠妥，關鍵在于說什么和怎么說，或者考什么和怎么考。如果能像例題2這樣提供學生可接受的有效信息，且考查目標符合初中教學要求，甚至可以成為很有新意、很有價值的佳題。有興趣的讀者如能仔細比較例題2與例題1的差異，不難體味其中的奧妙。

例題2 我國已實施“嫦娥工程”探月計劃，2007年10月24日發射了繞月飛行的探測衛星——“嫦娥一號”。人類探月的重要目標之一是勘察、獲取地球上蘊藏量很少而月球上卻極為豐富的核聚變“燃料”——氦3，以解決人類所面臨的能源危機。已知“碳13”是指原子核內含有6個質子、7個中子的碳原子，則氦3原子核內（）。

A.含有3個質子，沒有中子

B.含有2個質子，1個中子

C.含有1個質子，2個中子

D.含有3個中子，沒有質子

4.積極創造概念的教學佳境。

概念在化學新課程學習中依然占有極其重要的地位。特別是如何通過概念教學達成“三維”課程目標很值得探索、研究。然而，這些探索、研究決不能脫離、拋棄教科書。因為，教科書畢竟是專家、學者們根據《課程標準》編撰、并經權威機構審查通過的教學用書，而且學生人手一冊，因而是最基本、最重要的課程資源和教學依據。至于教科書中可能存在的瑕疵（有些認定未必盡然），一般不會對達成既定學習目標產生多大的影響。因此，必須尊重教科書，尊重它的體系編排、素材選擇、呈現方式等，理解編輯意圖。在教學中，如果認為有必要做些補充、刪減、重組等變動，必須把握住“度”，一般不要輕易擅自更改甚至批判教科書的表述尤其是概念表述。否則，可能會造成更多的亂象。本文的討論意在使教師對相對原子質量概念有更科學、更本質、更精準的認識，對它的教學有更堅實的知識基礎、更豐富的科學背景，從而在教學中做到把握目標，促進發展，避讓禁區，在有限的教學舞臺上創造出適宜學生科學素養不斷提升的教學佳境。

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