基于學科觀念的初中化學“量問題”教學思考

成桂榮

摘要：“量問題”是義務教育滬教版化學教材中涉及到數據、含量、量大小關系的課程內容。以學生“量問題”學習的缺位表征為起點，例談“量問題”學習的教學價值，尋繹基于化學學科觀念的“量問題”學習路徑，彰顯學科的本質，促成學生的發展。

關鍵詞：學科觀念；量問題；教學思考

文章編號：1008-0546（2018）11-0026-03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.11.008

在義務教育滬教版化學教材中，涉及到數據、含量、量大小關系等有關的課程內容，筆者把這一類與“量”有關的課程內容稱為“量問題”，如空氣中氧氣體積分數的測定、相對原子質量、化學式、溶解度、依據化學方程式進行簡單計算等。《義務教育化學課程標準》指出：化學學科應通過具體化學知識和概念的學習，促進學生形成化學學科思想和基本觀念，逐步使學生從單一的定性與定量的物質認識過程，過渡到定性與定量相結合的物質認識過程。筆者在初中化學“量問題”教學實踐中發現，初三學生存在“量問題”學習缺失現象，沒有理解化學學科的本質，沒有獲得真正意義上的發展。

一、“量問題”學習的缺失表征

“量問題”在初中化學教材中有多處“蹤跡”，是初中化學學科的本質問題。案例研究表明，化學“量問題”學習存在著如下的兩種典型缺失表征。

1.自主建構的缺失

《基礎教育課程改革綱要》指出：教師在教學中應與學生積極互動、共同發展，培養學生的獨立性和自主性，引導學生質疑、調查、探究，促進學生主動地、富有個性地學習。然而，在“空氣中氧氣體積分數的測定實驗”這一“量問題”教學時，某位教師自問自答，直接說出實驗現象和實驗結論，又直接講解實驗操作細節造成的實驗誤差。這位化學教師的“量問題”教學既沒有引導學生觀察實驗現象、分析現象成因，又沒有引導學生自主推理實驗數據，更沒有實現學生自主建構“空氣中氧氣的體積含量”。建構主義認為，學習不是由教師向學生傳遞知識的過程，而是學生自己建構知識的過程，學生不是信息的接受者，而是意義的主動建構者。化學課堂教學應預設啟發性問題，留給學生質疑思考的時間，彰顯學生的主體地位，真正實施生成性課堂教學，促成學生的自主發展。

2.觀念建構的缺失

譬如，在中考復習階段常常遇到“確定物質的組成”的量問題學習，學生能把握反應前后元素的種類不變來確定所求物質的組成元素，但不會運用物質所含元素的質量來確定元素的原子個數比關系，其根本就是學生還不能從“量”的角度來認識和分析化學反應中的物質質量守恒或元素質量守恒，沒有建構“元素守恒”的學科觀念。德國物理學家勞厄有句名言：“重要的不是獲得知識，而是發展思維能力。教育無非是一切已學過的東西都被遺忘掉的時候所剩下的東西。”在化學課堂學習中，我們學生不僅要學習具體的化學知識，更要學會將所學的化學知識進行提煉和升華，即形成基于化學視角來認識事物和解決問題的基本觀念。

二、“量問題”的教學價值

宋心琦教授曾精辟地指出：“學生能否牢固地、準確地、哪怕只是定性地建立起來基本的化學觀念，應當是中學化學教學的第一目標。”化學基本觀念是超越化學知識的總觀性認識，是對化學學科的本質、規律及價值的理性認識，是化學學習的價值所在。“量問題”是化學學習的重要問題，利于學生從定性與定量角度認識物質組成及其變化過程，深入理解化學概念與化學原理，培養化學學科的基本觀念，提高學生的科學素養。

1.培養學生的分類觀

以滬教版“身邊的物質——空氣”為例，從“鐵生銹實驗”到“空氣中氧氣體積分數的測定實驗”的“量問題”學習，不是孤立的，而是相互關聯的、逐步滲透的；學生對空氣的組成從無數據意識到有數據認識，對物質的組成從單一的組成認識到多種混合的組成認識、再到組成成分的含量認識；學生自主生成“純凈物和混合物”及其相互之間的組成關系，自主建構物質組成認識的分類觀，為后續教材建構“元素化合物”的知識體系埋下伏筆。分類觀是認識事物的一種重要手段，更是一種科學的思維方法。引導學生探究身邊的化學物質，從物質的組成、性質、結構等角度分類研究物質，把握物質的本質屬性和內在關系，理解化學學科的本質。

2.培養學生的元素守恒觀

化學變化是化學學科研究的核心內容。滬教版“質量守恒定律”內容是定量認識和分析化學變化的基礎，是化學變化的“量”的體現，是化學變化中“量問題”的核心知識，其核心內容是物質質量守恒和元素質量守恒。物質通過化學變化進行相互轉化，但其組成元素的種類和質量在化學反應前后是不變的，即元素守恒。引導學生建構物質組成及其變化中“元素守恒觀”，學生不僅能自覺地從元素組成的角度去辨別“點石成金、水變油等”的真偽，而且能自覺地抓住化學變化的始態和終態，對某種元素或特定恒量進行分析，進而確定物質的化學式或相關含量。

三、化學變化中“量問題”的教學思考

化學變化中“量問題”是涉及數據信息的課程內容，典型類型就是化學變化中的化學計算。初中化學計算的重點是根據化學方程式進行簡單計算以及相關的綜合計算，學生能從定性和定量兩方面理解化學概念和基本原理，從而掌握物質的性質及其變化的規律。

1.化學變化中“量問題”的學習類型

基于化學方程式計算的考點，列表梳理化學變化中“量問題”的學習類型（表1）。

2.化學變化中“量問題”的學習障礙

依據化學方程式進行簡單計算是化學變化中“量問題”的典型類型。在這一“量問題”學習中，學生常常存在以下的學習障礙：不能審清題意、不能明確化學原理及思想在計算中的運用、不能建立質量守恒或元素守恒關系、不能找尋或整合數據信息。這些學習障礙的存在，都源于教師對學生的解題思路缺少全局的預設和理性的引導，從而使課堂教學凸現學習主體和意義建構的缺失。

3.化學變化中“量問題”的學習路徑

結合化學變化中“量問題”的考查類型，從建立守恒關系和整合數據信息兩個維度，尋找基于元素守恒觀的“量問題”學習路徑。

（1）從“元素守恒觀”的維度建構

滬教版“質量守恒定律”的核心內容就是物質質量守恒和元素質量守恒。辨析化學反應原理之間的物質質量關系或元素質量關系，建構化學學科的“元素守恒觀”。

類型一：單個反應中“量問題”

這類“量問題”是基于單個化學反應原理的純凈物所表達的數據信息，可直接運用已知數據或者數據組合確定化學式的未知系數或相關物質的含量。

例如：（2018年揚州中考第25題，節選）：測定晶體CaCl2·xH2O的組成：

a.稱取14.7000g CaCl2晶體于錐形瓶內，加入適量蒸餾水，使其全部溶解。

b.再向其中加入足量的Na2CO3溶液，靜置。

c.過濾、洗滌、干燥、稱重，得到10.000g固體。通過計算，確定x的值（寫出計算過程）。

該題是化學變化中“量問題”的典型題型，只涉及一個反應原理，但存在兩個純凈物所表達的數據信息。解題時，先建立基于反應原理的物質關系，再建立基于鈣元素守恒的關系式，即CaCl2·xH2O～CaCO3，再尋找CaCl2·xH2O和CaCO3的質量比關系，代入兩者的質量數據，即可確定x的值。不論是“量問題”的新授課教學，還是“量問題”的復習課教學，都應幫助學生完成從依據化學方程式進行計算到基于化學原理分析、建立元素守恒關系的學習飛躍，實現建構化學學科的“元素守恒觀”。

類型二：多個反應中“量問題”

這類“量問題”是基于多個化學反應原理、多個物質所表達的數據信息。學生甚至不能順利地寫出相關的化學方程式，或者不能順利地辨別數據信息所對應的物質關系，這類問題需要學生提煉資料信息、辨別化學原理、建立物質守恒或元素守恒關系，代入可計算的純凈物數據，進而確定混合物中某物質的含量等。

例如：（2017年揚州中考第26題，節選）已知過氧化鎂（MgO2）樣品中僅含少量的MgO。

（資料：2MgO2[加熱]2MgO+O2↑ MgO2+2HCl[=]MgCl2+H2O2 MgO+C[高溫]Mg+CO↑）

為計算MgO2的質量分數，某小組同學設計了下列3種實驗方案，分別取5.0g樣品進行實驗，能確定MgO2質量分數的是 （填序號）。

A.加熱，使MgO2完全分解，測出剩余固體的質量

B.與足量炭粉在高溫下充分反應，測出生成Mg的質量

C.先加足量稀鹽酸，再加足量NaOH溶液，充分反應后，測出Mg（OH）2質量

該“量問題”涉及多個反應原理，需結合資料信息判斷化學反應的生成物、轉化數據信息，運用質量守恒定律解題。如選項A：先判斷剩余固體是MgO，再根據質量守恒判斷出固體減少的質量，即氧氣質量，進而求解MgO2質量；選項B：先判斷發生了MgO2高溫分解反應及MgO與炭粉高溫反應，利用Mg的質量求解MgO質量，再根據質量守恒判斷出固體減少的質量，即氧氣質量，進而求解MgO2質量；或者抓住始態物質與終態物質，利用Mg元素守恒關系，假設MgO2質量未知數，列出基于鎂元素質量守恒的一元一次方程式進行解題。選項C：先根據Mg（OH）2質量求出Mg元素的質量，再利用始態物質與終態物質中Mg元素的守恒關系，假設MgO2質量未知數，列出基于鎂元素質量守恒的一元一次方程式進行解題。

通過以上化學變化中“量問題”的典例學習，學生學會了從分析單個化學原理、明確物質質量守恒關系，也學會了分析多個化學原理、多個物質間的質量守恒或元素守恒關系，也學會了分析復雜情境的化學原理、提煉和轉化信息，運用物質質量守恒或元素質量守恒的關系解答“量問題”的學習思路。遴選由淺入深、由簡單到復雜、由現象到本質的“量問題”典型題例，培養學生的“元素守恒觀”，理解“量問題”學習的化學本質。

（2）從“數據整合”的維度建構

明確化學變化中的反應原理，培養學生的“元素守恒觀”，是化學變化中“量問題”學習的關鍵路徑。然而，化學變化中的“量問題”是以數學運算為載體的，要準確把握化學變化中的“量問題”，還需學會以下幾種數據整合方法：數據的擴大與縮小、數據的差和、數據的均值、單位的換算、約數的取舍、偏差的討論等。譬如，解答某“量問題”時，求得CO2質量為1.964g/L×0.0224L=0.0439936g，需要結合CO2的相對分子質量為44，采用四舍五入法將0.0439936g巧妙地取舍為0.044g，方可順利地進行數據的計算。

四、結語

“量問題”是初中化學學習的重要知識，更是化學學科的本質問題。學生積極質疑、親身體驗，轉變學習方式，實現化學程序性知識的價值引導和主動建構的統一，教師真正實施化學學科觀念建構的“量問題”教學。

教育活動的本質是什么？是一種喚醒、一種點燃、一種提升。唯有播種學科觀念統觀的化學教學，才能啟迪學生的思維，理解化學的本質，提高學生的科學素養。這就是化學教學的本源和價值所在。

參考文獻

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