例談初中化學教材實驗功能的深度開發

顏標峰

摘 要：化學教材中選用的實驗往往將復雜條件進行簡化和純化，使需要認識的化學知識以相對純粹的形態表現出來，具有豐富的價值和功能。然而大多數情況下，教材中的實驗功能得不到發揮。以質量守恒定律的教材實驗為例，解讀其在化學史角度上、定律本體角度上的內涵，旨在引發“用教材教”的實驗功能深度開發的思考。

關鍵詞：質量守恒定律；教材實驗；功能；深度開發

以實驗為基礎是中學化學教學的基本特征?；瘜W實驗現象直觀具體、形象生動，既能幫助學生了解化學科學的基本事實，又能促進化學假設和理論的形成?；瘜W實驗在化學科學認識中所處的地位十分重要，具體表現在：“化學實驗是聯系認識主體和認識客體的中介；是溝通認識主體和化學科學認識的橋梁；是化學科學認識從一級上升到另一級的中間環節。”

在化學學習過程中，研究物質的性質及變化需要化學實驗，學生觀察實驗現象并體驗到變化的客觀存在，進而由現象到本質進行分析和推理；對化學基本概念和基本理論的認識，學生更需要通過化學實驗情境獲取感性材料，概括出事物發展的規律和

本質。

化學教材中選用的實驗，設計得十分細膩和精巧，往往能將復雜條件進行簡化和純化，使需要認識的某種性質或關系以相對純粹的形態表現出來。然而，在大多時候，教師將教材中已有的實驗棄之不用，或使用了實驗卻對其知之甚少。未能對教材中實驗的功能進行充分挖掘，從而喪失了很多有意義的教學素材，這是非常令人惋惜的。

質量守恒定律是初中化學里為數不多的基本定律之一，教材在展開這部分內容時選擇了四個實驗，筆者對這四個實驗進行了相對深入的分析，以下的解讀希望對大家有所啟發。

一、質量守恒定律實驗與化學史的關系

質量守恒定律在化學史的發展過程中經歷了三個重要階段：施塔爾以草木燃燒，燃素逸出，質量減小為例，認為化學反應后質量減?。徊x耳煅燒金屬后，發現質量增大，認為化學反應后質量增大；拉瓦錫在密閉容器內加熱汞，發現化學反應前后質量不變。三位名家，三種不同的觀點，穿越到現代課堂中，成為三種不同的假設。

教材中并未穿插化學史料，而是以實驗的形式，將三種觀點呈現在教材中。當然，教材在選擇實驗時，將三位科學家的復雜體系都簡單化，在保留體現科學家實驗設計思想的同時，簡化了實驗原理和體系，使得需要探究的質量關系以較為純粹的方式得以呈現。代表施塔爾觀點的實驗是碳酸鈉與稀鹽酸的實驗，是一個有物質逃逸的實驗，與草木燃燒的實驗異曲同工；代表波義耳的實驗是鎂帶燃燒的實驗，是一個有物質吸入的實驗；代表拉瓦錫的實驗有兩個，一個是紅磷在密閉體系中燃燒的實驗，另一個是鐵釘和硫酸銅反應的實驗。

教材中選擇紅磷燃燒的實驗來做質量守恒定律的探究，還有另一個層面的考慮。拉瓦錫經典的“12天”實驗，利用金屬汞測定了空氣中的氧氣含量，教材中用紅磷取代金屬汞。質量守恒定律，其實是拉瓦錫在“12天”實驗中的第二個發現，教材中選擇之前使用過的紅磷燃燒實驗做模擬，更為流暢與自然，也隱含著兩個發現之間的聯系。

二、質量守恒定律實驗與定律本體的關系

質量守恒定律是指“參加化學反應的各物質的質量總和，等于反應后生成的各物質的質量總和。”

質量守恒定律中的關鍵詞有化學反應、質量、總和、參加反應的，這四個關鍵詞的理解與突破，是教材中選擇的四個實驗承載的重要任務。

“化學反應”如何在四個實驗中得以體現？教材中選擇的四個實驗，現象分別為紅磷燃燒的火焰、鎂帶燃燒的發光、鐵和硫酸銅反應的變色以及碳酸鈉和稀鹽酸反應的氣泡。這些明顯的現象都指向同一個結論，這些反應都是化學反應。

“質量”在四個實驗中體現得十分明顯。四個實驗在進行前后，都要將儀器及藥品在托盤天平上稱量。

質量守恒定律中較難理解的是第三個關鍵詞：“總和”，這個關鍵詞在實驗中主要通過探究的形式予以凸顯。碳酸鈉和稀鹽酸的實驗以及鎂帶燃燒的實驗，實驗前后，質量均不守恒，問題出在哪里？學生很快發現，碳酸鈉與稀鹽酸實驗產生的大量氣體外溢，并未稱量；鎂帶燃燒時，通過原理分析，學生會注意到，吸入的氧氣未稱量，造成反應前后質量不守恒。如何將“不守恒”的裝置改為能夠證明質量守恒定律的裝置？圍繞這一問題，學生深入探究，設計實驗，稱量反應前后的質量總和。在探究過程中，“總和”的意識不斷在指導學生進行設計和改進，從而突破認知難點。

“參加反應的”是質量守恒定律中最難理解的關鍵詞，也是最容易被忽略的關鍵詞。在改進裝置后，四個實驗反應前后的質量總和不變，由此，學生在思維深處已經形成了質量守恒的意識。然而，這只是實驗表觀的質量總和不變，質量守恒定律中強調的是參加反應的和反應生成的物質質量守恒。在這一難點的突破上，鐵釘和硫酸銅實驗的潛在作用得以充分發揮。引導學生將鐵釘與硫酸銅溶液反應后的試管稍加振蕩，觀察到鐵釘表面的紅色固體脫落，露出銀白色的金屬。一個簡單的舉動，引出了深入的思考，列表式分析如下：

上述列表分析后，得出最終結論：質量守恒定律需要強調參加反應的和反應生成的物質的質量。

理解質量守恒定律，關鍵在理解這四個詞上；理解這四個詞，關鍵在實驗功能的發揮上。由此可見，質量守恒定律實驗對定律本體重難點的突破意義重大。

三、質量守恒定律實驗的其他細節

細節一：鐵釘和硫酸銅溶液反應時，教材中用作反應器的錐形瓶口上配了橡膠塞，這一處理主要有兩個目的：（1）與紅磷在密閉體系中燃燒的實驗呼應，提示學生注意體系的密閉性，為后續的實驗改進做鋪墊；（2）由于銅離子水解，硫酸銅溶液顯酸性，鐵釘加入硫酸銅溶液后，可能會產生少量的氫氣，為了實驗的嚴謹性，實驗中做了密閉處理。

細節二：鎂帶燃燒是一個相對其他三個實驗來說，更為復雜的反應體系。鎂帶會消耗空氣中的氧氣，還會消耗空氣中的氮氣和二氧化碳，吸入的物質有多種可能，質量變化關系復雜；另外，鎂帶燃燒時產生大量白煙，白煙逸散到空氣中，影響生成物的質量稱量。多重因素同時影響，使得關于鎂帶燃燒前后的質量變化討論更開放，但由于涉及的知識點太多，初中生難免淺嘗輒止。筆者認為，復雜體系的多因素討論實驗，在此處有一些超出范圍，建議使用簡單體系的金屬實驗，比如加熱銅片等。

參考文獻：

王祖浩.化學案例教學論[M].合肥：安徽教育出版社，2012.