利用問題引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)知識(shí)形成的過程

摘要：對“質(zhì)量守恒定律”及其教學(xué)價(jià)值和學(xué)生探究過程中可能遇到的問題進(jìn)行了分析，結(jié)合“質(zhì)量守恒定律”實(shí)驗(yàn)探究案例闡釋了利用問題引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)知識(shí)形成過程的方法。認(rèn)為教師要根據(jù)實(shí)驗(yàn)探究環(huán)節(jié)提煉出符合學(xué)科邏輯和學(xué)生認(rèn)知心理的問題線索，然后在問題線索的基礎(chǔ)上生成出實(shí)際的教學(xué)問題。

關(guān)鍵詞：質(zhì)量守恒定律；實(shí)驗(yàn)探究；問題線索

文章編號：1008-0546（2012）12-0002-03 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2012.12.001

一、“質(zhì)量守恒定律”及其教學(xué)價(jià)值

“質(zhì)量守恒定律”是人教版初中化學(xué)教科書中第五單元“化學(xué)方程式”課題1的教學(xué)內(nèi)容，旨在幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系——質(zhì)量守恒定律，認(rèn)識(shí)定量研究在化學(xué)發(fā)展中的重大作用，并為學(xué)習(xí)書寫化學(xué)方程式和依據(jù)化學(xué)方程式進(jìn)行計(jì)算打下基礎(chǔ)。

在歷史上，羅蒙諾索夫和拉瓦錫先后通過大量的實(shí)驗(yàn)研究分別發(fā)現(xiàn)了化學(xué)反應(yīng)過程中質(zhì)量守恒這一規(guī)律性，并分別在1756年和1789年以普遍命題的形式把質(zhì)量守恒定律清晰表述出來[1]。質(zhì)量守恒定律是化學(xué)學(xué)科中非常重要的基本理論之一，它的發(fā)現(xiàn)為化學(xué)理論和實(shí)踐的發(fā)展開辟了新的道路。為了發(fā)展學(xué)生對質(zhì)量守恒定律的認(rèn)識(shí)，教科書是以實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)的形式來開展的，讓學(xué)生能夠通過實(shí)驗(yàn)探究來體驗(yàn)化學(xué)家發(fā)現(xiàn)規(guī)律的過程，認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)體系中物質(zhì)之間的內(nèi)在規(guī)律，掌握探究規(guī)律性知識(shí)的科學(xué)方法。

質(zhì)量守恒定律是從定量角度對化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，而要發(fā)展學(xué)生的這種認(rèn)識(shí)就必須引入一種嚴(yán)密的化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法——定量分析。為了能夠從定量角度準(zhǔn)確判斷化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量關(guān)系，就要使用一個(gè)稱量質(zhì)量的儀器——天平進(jìn)行測量，學(xué)生不再直接觀察化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)象，而是通過實(shí)驗(yàn)儀器來獲知化學(xué)反應(yīng)的基本情況。當(dāng)然，在本實(shí)驗(yàn)探究中定量分析是非常簡單的，但是這些研究方法對于學(xué)生來說卻是全新的。

二、學(xué)生探究“質(zhì)量守恒定律”的基礎(chǔ)與困難分析

在學(xué)習(xí)“質(zhì)量守恒定律”之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了有關(guān)化學(xué)反應(yīng)的一些知識(shí)，比如有新物質(zhì)的生成是化學(xué)反應(yīng)的基本特征之一，化學(xué)反應(yīng)的類型可分為化合反應(yīng)和分解反應(yīng)，化學(xué)反應(yīng)中可能會(huì)產(chǎn)生氣體、沉淀或者顏色改變等現(xiàn)象，這些知識(shí)構(gòu)成了學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)的初步認(rèn)識(shí)，也為開展實(shí)驗(yàn)探究奠定了知識(shí)基礎(chǔ)；在此之前，學(xué)生也學(xué)習(xí)了一些基本的實(shí)驗(yàn)方法，比如天平的使用、藥品的取用、實(shí)驗(yàn)觀察、結(jié)果記錄等，為實(shí)驗(yàn)探究的開展奠定了方法基礎(chǔ)。

作為對規(guī)律性知識(shí)的探究，學(xué)生就不能單純通過研究一個(gè)化學(xué)反應(yīng)來獲取實(shí)驗(yàn)結(jié)論，學(xué)生必須認(rèn)識(shí)到探索一個(gè)普遍規(guī)律需要考慮到化學(xué)反應(yīng)的各種不同情況，要選擇有代表性的化學(xué)反應(yīng)來研究它們的共性，以此得到對質(zhì)量守恒定律的全面認(rèn)識(shí)。這要求學(xué)生應(yīng)具備較強(qiáng)的分析、綜合和歸納能力。

作為一個(gè)定量分析實(shí)驗(yàn)，雖然操作技能和過程都非常簡單，但是它卻需要學(xué)生使用一種比較嚴(yán)密的思維方式來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，比如，質(zhì)量守恒定律實(shí)驗(yàn)探究的研究對象是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)體系，學(xué)生要能夠甄別出體系中實(shí)際參加化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)；實(shí)驗(yàn)觀察的對象不再局限于化學(xué)反應(yīng)本身，還要能夠通過觀察實(shí)驗(yàn)儀器來獲取真實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之后要對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，學(xué)生要能夠從若干零散的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中獲得對化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)質(zhì)量關(guān)系的規(guī)律性認(rèn)識(shí)。這些就決定了學(xué)生不僅要能夠精確、細(xì)致的操作實(shí)驗(yàn)獲得可靠的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而且還要求學(xué)生具備較強(qiáng)的抽象思維能力。

但就學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和學(xué)習(xí)狀態(tài)來看，學(xué)生雖然對實(shí)驗(yàn)探究有著很大的興趣，也樂于參與探究活動(dòng)，但學(xué)生的思維方式較為單純，思考問題不全面、認(rèn)識(shí)問題不深入，還不具備處理復(fù)雜問題的能力。實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)對學(xué)生的要求既反映了學(xué)生的不足，同時(shí)也為學(xué)生的發(fā)展預(yù)留了空間。所以，為了滲透科學(xué)規(guī)律產(chǎn)生的過程與方法，彰顯學(xué)生建構(gòu)知識(shí)的主體性，就必須采用有效的策略來引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)“質(zhì)量守恒定律”的形成過程。

三、利用問題引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)“質(zhì)量守恒定律”的形成過程

實(shí)驗(yàn)探究過程是一個(gè)既動(dòng)腦又動(dòng)手的過程，前者尤為重要，它決定了實(shí)驗(yàn)探究的品質(zhì)，但動(dòng)腦又是探究過程中教師最難掌控的一個(gè)方面，是引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度探究必須面對的問題。學(xué)生的思維總是從解決問題開始的，好的問題設(shè)計(jì)可以激活學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)中已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，讓學(xué)生在已有基礎(chǔ)上主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)；可以為學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)探究提供思路和線索，讓學(xué)生的思維和行為清晰、有序；可以加強(qiáng)師生對話，讓教師及時(shí)了解學(xué)生的探究情況，以便適時(shí)地加以啟發(fā)和引導(dǎo)；還可以引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知困境，激發(fā)學(xué)生的探究欲望。所以，在探究活動(dòng)中可以利用問題引導(dǎo)學(xué)生逐步體驗(yàn)知識(shí)的形成過程。

1.實(shí)驗(yàn)探究中問題的設(shè)計(jì)

為了利用問題引導(dǎo)學(xué)生深度探究“質(zhì)量守恒定律”，在設(shè)計(jì)問題時(shí)需要考慮以下幾個(gè)方面：一是問題之間要具有一定的邏輯性，特別是要結(jié)合質(zhì)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)探究過程；二是問題表達(dá)要考慮到科學(xué)性和可接受性，要以學(xué)生已有知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)為起點(diǎn)，正確使用學(xué)科概念，以學(xué)生能夠理解的語言表達(dá)問題；三是教學(xué)過程中問題的提出要有一定的靈活性，能夠根據(jù)實(shí)際情況適時(shí)發(fā)問，給予學(xué)生自主思考和相互討論的時(shí)間，并充分利用追問為學(xué)生理解問題搭建腳手架。

基于上述思考，“質(zhì)量守恒定律”實(shí)驗(yàn)探究中問題的設(shè)計(jì)方法是，先梳理出“質(zhì)量守恒定律”探究活動(dòng)的必要環(huán)節(jié)，再從每個(gè)探究環(huán)節(jié)中提煉出概括性較強(qiáng)的問題，形成一個(gè)問題線索（見表1）。問題線索是對學(xué)科邏輯和學(xué)生認(rèn)知心理的整體把握，雖然在實(shí)際教學(xué)過程中不一定要把它呈現(xiàn)給學(xué)生，但是教師需要依據(jù)它生成出實(shí)際的教學(xué)問題，這樣既保證了問題之間的邏輯性，同時(shí)也為具體問題的生成預(yù)留了空間。

2.實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)案例分析

實(shí)驗(yàn)探究過程是一種復(fù)雜的行為表現(xiàn)，教師不可能事先預(yù)測出學(xué)生遇到的所有困難，預(yù)先設(shè)計(jì)問題線索是教師對學(xué)生認(rèn)知過程的洞察與把握，但是在實(shí)際探究過程中問題策略的使用還應(yīng)靈活多變。結(jié)合上面的問題線索，下面就以“質(zhì)量守恒定律”實(shí)驗(yàn)探究的案例來闡釋利用問題引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)“質(zhì)量守恒定律”的形成過程。

“質(zhì)量守恒定律”實(shí)驗(yàn)探究的案例及分析：

環(huán)節(jié)一：提出問題

教師：（從定性的角度復(fù)習(xí)前面學(xué)過的化學(xué)反應(yīng)）化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量有無變化呢？

學(xué)生：（進(jìn)入思考狀態(tài)，審視前面學(xué)習(xí)的化學(xué)反應(yīng)）。

設(shè)計(jì)意圖：制造認(rèn)知困境，把學(xué)生的思維從對化學(xué)反應(yīng)的定性認(rèn)識(shí)引向定量認(rèn)識(shí)。

環(huán)節(jié)二：猜想與假設(shè)

教師：反應(yīng)物的總質(zhì)量與生成物的總質(zhì)量可能存在幾種關(guān)系？說說你的依據(jù)。

學(xué)生1：相等，沒有物質(zhì)的損耗。

學(xué)生2：小于，空氣中的氧氣參加鎂條燃燒反應(yīng)。

學(xué)生3：大于，比如有氣體放出。

設(shè)計(jì)意圖：把探究問題明晰化，把學(xué)生的思維引向?qū)嶒?yàn)探究的核心內(nèi)容，并制造學(xué)生之間的認(rèn)知矛盾，引發(fā)探究欲望。

環(huán)節(jié)三：制定計(jì)劃

教師：要想知道化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量變化情況，在實(shí)驗(yàn)中需要用到什么儀器？如何使用它呢？

學(xué)生：天平；先調(diào)零……（對學(xué)生出現(xiàn)的問題教師要及時(shí)追問引導(dǎo)）

設(shè)計(jì)意圖：突出天平在實(shí)驗(yàn)探究中的作用，為下面的實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)進(jìn)行鋪墊。

教師：你認(rèn)為反應(yīng)物的總質(zhì)量大于生成物的總質(zhì)量，那你能否根據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)用品設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證你的猜想呢？（鐵釘、硫酸銅溶液、稀鹽酸、石灰石、澄清石灰水；燒杯、試管、帶導(dǎo)氣管的錐形瓶、氣球、裝有二氧化碳的注射器、帶有膠塞的廣口瓶等）

學(xué)生：用天平稱量鹽酸與石灰石的反應(yīng)。

教師：說的細(xì)致一點(diǎn)，如何進(jìn)行操作？

學(xué)生：先往錐形瓶中放入少量稀鹽酸，塞上橡膠塞，放在天平的左盤上；然后再取幾顆石灰石也放在左盤，一起稱取它們的質(zhì)量。稱完后，其他不動(dòng)，把石灰石放入錐形瓶中進(jìn)行反應(yīng)，觀察天平的示數(shù)，如果左盤變輕就說明質(zhì)量減少。

教師：仔細(xì)思考一下，這個(gè)反應(yīng)有什么特點(diǎn)？

學(xué)生：有二氧化碳?xì)怏w產(chǎn)生。

教師：二氧化碳?xì)怏w難道不是生成物嗎？

學(xué)生：哦，是。

教師：想一想你的操作是不是遺漏了什么？

學(xué)生：還要在導(dǎo)氣管綁上一個(gè)氣球，防止二氧化碳跑掉。

……

設(shè)計(jì)意圖：通過對三個(gè)實(shí)驗(yàn)方案（鹽酸與石灰石反應(yīng)、鐵釘與硫酸銅反應(yīng)、二氧化碳與澄清石灰水的反應(yīng)）的分析，教師步步追問讓學(xué)生理順自己的思路，在思維上形成一個(gè)清晰的、科學(xué)的實(shí)驗(yàn)操作方案。

環(huán)節(jié)四、環(huán)節(jié)五：進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、收集證據(jù)

教師：為了保證實(shí)驗(yàn)的可靠性，在實(shí)驗(yàn)操作過程中應(yīng)該注意哪些問題？

學(xué)生：正確使用天平；不讓氣體泄漏……

教師：在實(shí)驗(yàn)過程中你應(yīng)該重點(diǎn)觀察什么？需要記錄哪些實(shí)驗(yàn)結(jié)果？

學(xué)生：重點(diǎn)觀察和記錄天平的示數(shù)，記錄稱量的各物質(zhì)的名稱。

……

設(shè)計(jì)意圖：把學(xué)生的思維引向具體的實(shí)踐操作，讓學(xué)生樹立科學(xué)的態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)精神，強(qiáng)化學(xué)生實(shí)驗(yàn)觀察的意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣。

環(huán)節(jié)六：解釋與結(jié)論

教師：實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠直接證明你的猜想嗎？為什么？

學(xué)生1：能，因?yàn)榛瘜W(xué)反應(yīng)前后天平的示數(shù)不變就說明質(zhì)量不變。

學(xué)生2：不能，因?yàn)樘炱椒Q量的不僅僅是反應(yīng)物和產(chǎn)物，還有實(shí)驗(yàn)儀器的質(zhì)量，不能說明問題。

教師：到底誰對呢？大家再回憶一下我們探究的問題是什么？

學(xué)生：反應(yīng)物的總質(zhì)量與生成物的總質(zhì)量有什么關(guān)系。

教師：非常好，為了避免干擾是不是需要把不相關(guān)的質(zhì)量給剔除掉？

教師：請根據(jù)你的稱量記錄判斷化學(xué)反應(yīng)前后各種物質(zhì)的質(zhì)量變化。

學(xué)生：發(fā)生變化的是部分鹽酸和石灰石反應(yīng)生成了氯化鈣、水和二氧化碳；沒有發(fā)生變化的是錐形瓶、氣球、未反應(yīng)的鹽酸和石灰石、鹽酸溶液中的水等。

……

教師：通過對上述三個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析你能得出什么結(jié)論？

學(xué)生：反應(yīng)物的總質(zhì)量等于生成物的總質(zhì)量。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生透過現(xiàn)象看本質(zhì)，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行深入分析。引導(dǎo)學(xué)生正確識(shí)別和分析化學(xué)反應(yīng)體系，從本質(zhì)上探索化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量關(guān)系。通過對三個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，培養(yǎng)學(xué)生的總結(jié)歸納能力，體驗(yàn)規(guī)律的產(chǎn)生過程，同時(shí)也為引出質(zhì)量守恒定律的概念做好了準(zhǔn)備。

（注：本案例是在北京大興紅星中學(xué)楊艷偉老師課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上整理而得）

四、小結(jié)

在“質(zhì)量守恒定律”實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)中充分利用問題策略引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)規(guī)律性知識(shí)形成過程，有效地改善了學(xué)生的實(shí)際探究效果，特別是學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中具有了很強(qiáng)的目的性，而不再是形式上的實(shí)驗(yàn)探究。當(dāng)然，這些問題策略的有效性發(fā)揮還需要教師在實(shí)際教學(xué)過程中進(jìn)行合理控制、靈活處理，恰當(dāng)把握提問題的時(shí)機(jī)，給學(xué)生留出足夠的思考時(shí)間，對學(xué)生的反饋及時(shí)追問，直至徹底的理解問題等等。

參考文獻(xiàn)

[1]姜鵬，鄭長龍等.關(guān)于“質(zhì)量守恒定律”化學(xué)史教學(xué)的幾個(gè)問題的討論[J].化學(xué)教育，2008，（9）：77-78