保志明

從教高中化學20多年了，近年來最大的感受就是學生越來越“用功”。學生們上課聽講，晚上學習至深夜，周末、寒暑假也不休息，奔赴各種輔導班?？商貏e讓人絕望的是，花了這么多時間，這么用功地學習，效果卻不怎樣，尤其是理科。許多學生對數理化考卷上的題目完成起來仍很吃力，對數理化的體系、原理更是懵懵懂懂，不知所云。

古人早就教育我們要“順勢而為”，要“因勢利導”，這樣才能把事情做好，這是常識。因此，教學之前我們先要弄清楚什么是理科的“勢”，即它的特點和規律，才不至于在教或學的過程中南轅北轍。我這里說的“理科”主要指物理、化學、生物等自然科學類課程。自然科學研究自然界運轉的機制?？茖W工作者認為自然如同一部大機器，是按一定規律運轉的，而這些規律是可知的。

既然科學工作者堅信自然的規律是可以被認知的，那么他們工作的時候就會先有一個想法或預感，提出一種方法或途徑來探究一個問題。他們會通過實驗和收集數據，來證明或反駁這個假說。因此，科學本身遠不止是那些寫在書本上的結論，它是一種思維方法，一種生動的、不斷變化的對世界的看法。它是發現世界背后的機制的一種方式，一種非常特別的方式——用的是科學家設計的一系列有助于發現自己錯誤的規則。這套規則中最重要的是兩點：證據和邏輯，它不認可“說不清道不明”的主觀感覺。

舉個例子來說明。如果你去問梵高，為什么你會用這樣的色彩和線條來表現向日葵，他恐怕只能回答你三個字：我喜歡。而觀眾能強烈感受到“美”，卻無法弄清每一根線條落在這個位置的來龍去脈。如果你去問愛因斯坦，你為什么會提出相對論，他應當能告訴你他從哪些端倪中有了初步想法，又發現哪些事實是可以支持他的想法的，你能感受到“真有道理”。這就是藝術和科學的不同。前者的創造可以天馬行空，而后者的創造必須有理有據。

既然如此，那直奔科學結論而去的學法其實就是種藝術創想式的學法，它不顧結論的前世今生，只是孤立地看待一個個寫在教科書上的僵化的知識和結論；它割裂了科學結論與科學過程的關系，認為不管它怎么來的，只要知道它是什么就行。這樣的學習方式必然與科學本身的氣質不搭，學得越多會越混亂，最后只得不斷死記硬背，不斷重復訓練，不斷艱難地與遺忘作斗爭，怎奈以梵高作畫的方式去研究物理學終究是行不通的，最后只能全面潰敗。

下面我結合課堂教學具體說說遵循理科規律的理科學習（即講“理”的學習）是什么樣的。

一、講“理”讓理科學習不枯燥

一次化學課上，認識金屬鈉的性質，做鈉與水反應的實驗。這個實驗的現象比較奇特，鈉與水一接觸就十分劇烈地反應，固體鈉熔化成一個閃亮的小球，浮在水面上，不停地無規則游動，并且嘶嘶作響，同時，原先滴有指示劑酚酞的水變紅。許多教輔書都喜歡將實驗現象小結為“浮、熔、游、紅、響”這五個字，其實五字訣中的“熔”字可不是通過感官直接觀察來的，那是要經過理性思維的。果然，學生“熔”字講不出。因為這是反常識的，平時哪見過金屬放在水里就熔化成液體的啊。因此，如果他們發現鈉熔化了，會多么驚嘆物質世界的豐富——居然有熔點這么低的金屬！這才是化學有意思的地方呢，所以我打定主意要讓學生自己把“熔”字講出來。

我問他們，鈉為什么會變成小球？因為它與水反應，鈉慢慢地被消耗了。這是很正常的想法，大多數學生都這么說。我不依不饒，繼續問，鈉被消耗只會變小啊，怎么會變成球的呢？學生們對這個問題相當不屑，都說均勻地被消耗唄。還有學生補充說，鈉在水面上不停滾動，就像滾雪球那樣，只不過它是越滾越小。（這就是科學過程中的“假說”。）

看來要說出“熔”字不容易，怎么才能讓學生意識到鈉被水均勻“削”成小球的看法不對呢？科學課堂只能靠事實說話。我分別切了一小塊立方體狀的鈉、一小塊三角錐狀的鈉、一小塊金字塔狀的鈉投入水中，結果殊途而同歸，它們都迅速變成小圓球在水面游動。（這就是科學過程中的“證偽”。）

學生們十分驚奇，但努力自圓其說：是尖角處消耗得多，所以最后被“削”成小球了。這時候學生中起內訌了：好像不是被“削”出來的吧，似乎特別圓特別光滑。（只好提出新的“假說”。）頑固的認識已經出現松動了，我趁勢加勁：不是被“削”出來的話，會不會是自己“撐”出來的？荷葉上的露珠為什么是個小球？（邏輯分析。）有學生站出來說，是表面張力……立即有學生又站出來說，液體才有表面張力！說完，他愣了愣：難道，難道鈉變成液體了？

話音剛落，即刻有學生興奮地拍著桌子站起來說：是熔化成液體啦！我用手指捏它了，又熱又粘?。ㄍㄟ^實驗“證實”。）

鈉熔化了？學生們相當開心，一邊紛紛用戴著乳膠手套的手去觸摸那個逐漸變小的小鈉球，一邊驚嘆著金屬鈉的熔點是如此之低。

這是一段看上去鬧哄哄、亂糟糟的課堂實錄，大約花了十分鐘才讓學生認識到這個“熔”字。由我告訴他們的話只要十秒鐘吧?？墒窃谶@“亂哄哄”的十分鐘里，我們經歷了假說、觀察、思考、分析、推理，收獲了自己的發現，自己得出了結論，這是十秒鐘的“高效傳授”給予不了的。這樣的過程，就是想讓學習者知道，科學結論并不是冰冷地存在于課本中的，它是有溫度的，可以觸摸的。

作為教師，我們在教學中常常有種莫名的緊迫感，總是擔心來不及。于是不舍得花時間做實驗，不舍得花時間科學探究，不舍得花時間討論問題。科學課上，我們特別重視那些擲地有聲的科學結論，心急火燎地把這些“真理”塞給學生。而學生們呢，似乎更加有緊迫感，他們可能都等不及開學到課堂上再慢慢學習，就急急慌慌地提前奔到銜接班早早接受結論，然后反復做題，枯燥至極。最終呢，只能憑借頑強的意志與枯燥乏味作斗爭。這種與科學的認知規律不吻合的做法其實才是真正的浪費時間。

二、講“理”讓科學學習的內容更豐富

下面我以一個化學概念的教學為例來談這個問題。

“化學反應速率”是化學反應原理中的一個重要概念?！盎瘜W反應速率通常用單位時間內反應物濃度的減小或生成物濃度的增加來表示，單位表示為mol/（L·s）、mol/（L·min）、mol/（L·h）等。”無論哪種版本的高中化學教材，都會這樣簡單明晰地給出“化學反應速率”的概念，以至于大家都認為反正就是個定義，我記下來就得了。但任何概念都有其產生的背景，任何定義都有其規定的合理性，充分認識到為什么要有這個概念、為什么這么規定，才是講“理”的科學學習。

為什么要定義出“化學反應速率”的概念呢？

化學反應是一種變化，變化就會有快慢，快慢是“比”出來的?？偛荒苤灰浴翱臁薄胺浅？臁薄疤貏e快”這些詞來形容吧，因此要定量化。這些看似與化學離得很遠的討論也不是無病呻吟，人們在科學世界中建立起的“速率”概念正是源自于生活世界中對各種現象的認識和思考。

怎樣定義“化學反應速率”？

“在物理課上，我們以哪些概念來表達快慢？區別是什么？”“速率只能定義為單位時間內距離的變化嗎？”學生們想起物理課上介紹過“線速率”“角速率”，無論哪種速率的定義中都有“單位時間內的變化量”，至于這個變化量是“距離”還是“角度”，那要看具體問題的需要，這是可以變動的。

那么，化學反應速率使用什么變化量為好呢？

至此，對“化學反應速率”這一概念的認識到了最關鍵的一點，這是一個最有“化學”意味的問題，使得“化學反應速率”與其他各種“速率”區別開來。舉出Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑這一反應為例，問：“你認為可以用單位時間內哪些量的變化來表示這個化學反應的速率？”學生們談到很多，如鋅粒質量的減小，H2SO4濃度的減少，H2SO4物質的量的減少，ZnSO4濃度的增加，ZnSO4物質的量的增加，氫氣的質量增加，氫氣的體積增加，氫氣壓強的增加等等。最后，他們一致認為上述物理量中任何一個都是可以用來表示這個反應的速率大小的。

真是這樣嗎？

我們一起來做個實驗。A、B兩支試管對比，A試管中加入1粒鋅粒，B試管中加入2粒鋅粒，A、B兩支試管同時分別加入5mL和10mL同濃度的硫酸。在相同時間內，觀察到B試管中產生的氣體明顯多于A試管（各滴入2滴肥皂水以便于觀察氫氣的量）?！澳阏J為哪支試管中反應速率快？”“當然是B試管了！”這是學生們的第一反應。

但是隨后他們便有了更深入的思考：兩支試管中的反應應當一樣快啊，它們的差別只是藥品用量按比例縮放，并沒有其他差異。可為什么會感覺B試管中反應快呢？因為是以氫氣的體積變化來判斷反應快慢的。如果以鋅粒的消耗量來判斷反應快慢呢？也會得出同樣的結論。那以什么來判斷才會得出兩支試管中反應的速率一樣快的結論呢？硫酸濃度的減少。為什么選上了“濃度”？因為硫酸的濃度是處處相等的，不會因為量多量少而變化，而質量、體積、物質的量等這些量是可以加和的。至此，大家意識到，在溶液的量一定時，通過質量、體積等的變化來測定反應速率是可以的，而作為化學反應速率的定義，以單位時間內反應物或生成物“濃度”的變化來表示顯然更為合理。

經過這一番過程，大家一是感覺到定義“化學反應速率”的必要性，二是“親自”參與了給出定義的過程，發覺書上的定義還真是挺合理的，并不是“前人下定義，我只背定義”，三是發覺干巴巴的定義原來這么有趣。這就是講“理”的學習過程，它使學習內容豐富起來：不僅有知識的學習，更有方法的引導和情感的培養。而后兩者將會更長久地駐留在學生心中。

你看，科學本身就是這樣曲折和豐富，它是一種思維方法，它有一種獨特的、發現自己錯誤的方式，它重視證據和邏輯，它從不會蠻不講理。

三、講“理”的學習讓學生終身受益

2008年我作為交換教師赴美，在一所中學執教十年級化學。要給一群不懂中文的美國學生講化學，對于我來說還是件困難的事。為了使自己擺脫困境，我總是“不懷好意”地安排學生多動手做實驗。結果在這一過程中，我有了意外的收獲。

講到“摩爾”這一內容?！澳柺俏镔|的量的單位，1摩爾任何粒子所含的粒子數都是阿伏加德羅常數，其數值約為6.02×1023。”就這么一句話，在國內教學中可費勁了！它是高考必考考點，命題者還總是挖出許多“陷阱”來讓人掉下去。因此，我在國內十多年的教學中總是在這里費上許多口舌，解釋個半天，練上許多題，也設置許多“陷阱”讓學生適應。至于實驗嘛，從未想過，教材教參上也沒有。

美國高考題中沒有這類“陷阱”，我也不會用英語解釋這么多，只好挖空心思想實驗。摩爾就是計量微粒個數的單位，只不過不是一個個數的，是一堆堆數的，而且好大好大的一堆，那就讓學生們數數玩吧。

我讓學生兩人一組實驗，稱取20克大豆和20克大米，分別數數它們有多少顆。這么小兒科的實驗，原是帶有些“不可告人”的目的的，我有些心虛地在學生間踱來踱去。他們倒是很興奮地數著豆子，并把數據記錄在表格中。但當他們數到大米時，明顯有些煩了，米粒好小啊，20克要數好一陣呢。正當我偷偷為自己的不良用心臉紅時，突然發現有個學生將米粒數10顆放成一堆，一堆堆放好，而他的同伴則數著堆數，記下總數。兩人配合得很默契，都顯得十分愉快。我再一觀察，發現還有另一實驗組也自發做著同樣的事。

我立刻意識到這是極其珍貴的意外收獲，國內教學那么多年都沒有，因為沒給學生做過這樣的“傻”實驗。我在他們做完后神閑氣定地問他們，數豆子感覺怎樣？“Interesting（好玩）！”那數大米呢？“Boring（煩死了）！”那我們再來數沙子呢？學生們愣住了，進而憤怒了：“You are crazy（你瘋了）！”如果我們還要數原子呢？“Impossible（不可能?。　钡请S即，他們開始沉思。我列舉了他們中有人數大米的方法，告訴他們你們已經尋找到了數小顆粒的方法——一堆一堆地數！當然，米粒比起原子來還是大得太多了，因此可以10顆一堆，那原子就得好大好大的一堆了。那么，定多大的一堆才比較合理呢？……

為什么要新定義一個物理量“物質的量”，并規定它的單位是“摩爾”呢？就是為了方便計量微粒個數，這些看不見的小微粒在科學研究和生產中還特別有計量的需要。這種強烈的需求使得科學家們反復研究，達成共識，規定出了新的物理量?？瓷先ニ前察o地呈現在教科書上的一段文字，但它的背后一定是有“故事”的。而學生們從經歷的數大米的麻煩，到想出一堆堆去數的解決方案，就是歷史上這一“故事”的濃縮。

對于任何東西、現象、問題、人、事件，如果不認識它的過去，你如何理解它現在到底代表什么意義？不理解它的現在，又何從判斷它的未來？不認識過去，不理解現在，不能判斷未來，那算是接受的什么教育呢？

一段講“理”的學習，讓我們對孤立的、靜態的書本結論的價值判斷發生了變化：知道了它的起點在哪里，將使我們更懂得欣賞它的美。對這種美的欣賞和探求，將會使學生受益終身。

自然科學的理性還表現在它本身的優美就在那里，不需要人為地涂脂抹粉。善于進行理科學習的學生，他的注意力應當放在用心去理解自然界上，而不是完全依靠老師去解讀自然界。任何教師，用自己的語言去解讀自然的時候都會帶上他個人的主觀色彩，這也是學生們學習時需要警惕的。理科的學習，與任何其他學科的學習一樣，需要獨立的思考和批判的眼光。

（作者單位：南京師范大學附屬中學）