基于認知規(guī)律優(yōu)化初中化學(xué)“質(zhì)量守恒定律”教學(xué)設(shè)計的策略研究

《義務(wù)教育化學(xué)課程標準（2022年版）》（以下簡稱《課程標準》）明確指出，初中化學(xué)教學(xué)應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生從定性和定量的視角研究物質(zhì)的組成及變化，并認識質(zhì)量守恒定律對資源利用和物質(zhì)轉(zhuǎn)化的重要意義。由此可見，“質(zhì)量守恒定律”的教學(xué)不僅要實現(xiàn)知識傳授，還要通過科學(xué)的教學(xué)設(shè)計幫助學(xué)生形成正確的化學(xué)觀念和合理的思維方式。在實際教學(xué)過程中，“質(zhì)量守恒定律”涉及宏觀現(xiàn)象與微觀實質(zhì)的統(tǒng)一、定性觀察與定量推理的結(jié)合，而學(xué)生常常陷入“物質(zhì)消失”“質(zhì)量憑空變化”等直覺性誤區(qū)，難以真正理解物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中“質(zhì)量不增不減”的科學(xué)本質(zhì)，這在很大程度上源于學(xué)生的認知水平尚未完全發(fā)展到能夠自如運用抽象邏輯和微觀模型的階段。因此，在“質(zhì)量守恒定律”的教學(xué)中，教師不僅要關(guān)注知識內(nèi)容的準確傳達，還應(yīng)關(guān)注教學(xué)過程是否契合學(xué)生的認知規(guī)律，通過科學(xué)設(shè)計教學(xué)情境與學(xué)習(xí)活動降低學(xué)生的認知負荷，激發(fā)他們對化學(xué)變化本質(zhì)的深層理解。

一、認知規(guī)律視角下初中生學(xué)習(xí)特點分析

認知規(guī)律是指人類在獲取知識、加工信息、建構(gòu)意義的過程中所遵循的一般性心理規(guī)律[1]。它涵蓋知覺、注意、記憶、理解、推理、建構(gòu)等多種心理活動機制，強調(diào)個體在面對新知識時如何基于已有經(jīng)驗加工信息，并通過外部輸入與內(nèi)部認知結(jié)構(gòu)的相互作用形成穩(wěn)定的知識體系。在教學(xué)設(shè)計中遵循認知規(guī)律就是要關(guān)注學(xué)生的思維發(fā)展水平和信息處理方式，設(shè)計符合學(xué)生認知發(fā)展水平的教學(xué)活動，使學(xué)生更高效、深刻地理解與建構(gòu)知識。結(jié)合初中階段學(xué)生的認知發(fā)展水平，教師可從以下三個方面分析學(xué)生在學(xué)習(xí)“質(zhì)量守恒定律”時的特點。

（一）抽象思維初具雛形，具體形象仍占主導(dǎo)

初中生正處于由具體形象思維向初步抽象思維過渡的階段。他們雖然開始具備一定的邏輯推理能力，但是仍以直觀、具體的經(jīng)驗為認知基礎(chǔ)。在學(xué)習(xí)“質(zhì)量守恒定律”時，如果教師在教學(xué)中直接引入抽象的“反應(yīng)前后質(zhì)量不變”這一概念，容易使學(xué)生感到陌生而無法建立認知聯(lián)系。因此，在教學(xué)中，教師應(yīng)設(shè)計具體可觀察、易于操作的實驗或類比情境，引導(dǎo)學(xué)生在直觀體驗的基礎(chǔ)上逐步過渡到抽象理解。

（二）經(jīng)驗直覺強烈，易受感性現(xiàn)象誤導(dǎo)

初中生的科學(xué)觀念尚未形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，日常生活中積累的經(jīng)驗常常以直覺的方式干擾學(xué)生的科學(xué)判斷。例如，在看到“鐵生銹”和“蠟燭燃燒”時，學(xué)生可能會分別誤以為“物質(zhì)減少了”和“質(zhì)量變輕了”。對此，教師在教學(xué)中應(yīng)通過設(shè)置認知沖突情境引導(dǎo)學(xué)生主動發(fā)現(xiàn)矛盾，并在新舊知識的碰撞中完成意義重建。

（三）信息加工能力有限，易出現(xiàn)認知負荷過載

初中生的信息加工能力尚不成熟，面對多個變量同時變化的情境容易感到混亂。在講授“質(zhì)量守恒定律”的實驗時，若教師不加選擇地呈現(xiàn)復(fù)雜的儀器操作、過多的數(shù)據(jù)分析和抽象的符號表達，可能會導(dǎo)致學(xué)生因認知負荷過重而無法聚焦概念本質(zhì)。

因此，教學(xué)活動設(shè)計應(yīng)注重精簡內(nèi)容、優(yōu)化呈現(xiàn)方式，通過圖示、分步驟實驗等手段幫助學(xué)生更清晰地理解質(zhì)量守恒的科學(xué)內(nèi)涵。

二、基于認知規(guī)律的“質(zhì)量守恒定律”教學(xué)設(shè)計優(yōu)化策略

（一）利用直觀操作，降低認知負荷

從認知心理學(xué)的角度來看，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中能處理的信息量是有限的，過于抽象或復(fù)雜的知識容易造成學(xué)生的認知負荷過重，進而影響其理解和記憶效果[2]。初中生正處于從具體形象思維向初步抽象思維發(fā)展的階段，在學(xué)習(xí)“質(zhì)量守恒定律”這一相對抽象的科學(xué)規(guī)律時，如果缺乏直觀的感知支持，容易陷入直覺性誤解。因此，教師在教學(xué)設(shè)計中應(yīng)積極引入可視化的實驗操作，通過直觀演示幫助學(xué)生在感性層面建立對質(zhì)量守恒的初步認識，從而為后續(xù)的概念建構(gòu)和遷移應(yīng)用提供認知支撐。

以“密閉體系中鎂帶燃燒”實驗為例，教師可設(shè)計如下教學(xué)活動：先將一段鎂帶放入錐形瓶中，并用橡皮塞密封瓶口，確保裝置盡可能密閉；在稱量整個裝置的質(zhì)量后，點燃鎂帶并迅速塞緊瓶口，使其在瓶內(nèi)充分燃燒；反應(yīng)完成冷卻后再次稱量整個裝置的質(zhì)量。學(xué)生在觀察到“鎂帶燃燒劇烈并生成白色固體”的現(xiàn)象后，會自然而然地產(chǎn)生對質(zhì)量變化的關(guān)注。當(dāng)他們發(fā)現(xiàn)反應(yīng)前后的質(zhì)量數(shù)據(jù)基本相等時，原先“物質(zhì)燒沒了”的直覺就會受到挑戰(zhàn)，從而產(chǎn)生認知沖突。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生會進一步思考反應(yīng)中氧氣的來源及生成物的質(zhì)量歸屬，從而初步理解“物質(zhì)雖發(fā)生轉(zhuǎn)化，但總質(zhì)量保持不變”的本質(zhì)。通過直觀、具體的實驗操作，抽象的質(zhì)量守恒規(guī)律得以具體化、可感知，降低了學(xué)生的信息處理負擔(dān)。

（二）強調(diào)概念建構(gòu)，促進深層理解

建構(gòu)主義認為，學(xué)習(xí)的本質(zhì)是個體在已有知識基礎(chǔ)上主動建構(gòu)新知識的過程[3。在“質(zhì)量守恒定律”學(xué)習(xí)中，學(xué)生僅靠直觀觀察和簡單記憶遠不足以形成穩(wěn)定、可遷移的理解結(jié)構(gòu)。由于該定律涉及多個層次的知識建構(gòu)，因此教師需引導(dǎo)學(xué)生在多重表征間建立聯(lián)系，形成內(nèi)在邏輯一致的知識網(wǎng)絡(luò)。

例如，在引導(dǎo)學(xué)生進行“鐵與硫酸銅反應(yīng)”的質(zhì)量測量實驗時，教師可將其設(shè)計為“引導(dǎo)一探究一建構(gòu)”的過程。在實驗開始前，教師可以提出問題“反應(yīng)前后質(zhì)量是否變化？”，引發(fā)學(xué)生的思考和預(yù)測，初步激活學(xué)生已有的日常經(jīng)驗或課堂認知。接著，教師可以組織學(xué)生完成密閉體系中的反應(yīng)操作，確保實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)的準確性。在學(xué)生觀察到鐵與藍色溶液反應(yīng)生成銅和淺綠色溶液的基礎(chǔ)上，教師可以進一步引導(dǎo)他們測量反應(yīng)前后的質(zhì)量，并記錄在教材實驗記錄表中。當(dāng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)反應(yīng)前后的質(zhì)量幾乎相等后，教師可結(jié)合教材圖示內(nèi)容引導(dǎo)學(xué)生分析質(zhì)量為何沒有改變。借助微觀模型（如教材圖5-5中水生成過程中的原子數(shù)不變）類比，學(xué)生可理解：在化學(xué)反應(yīng)中，參與反應(yīng)的各物質(zhì)是由原子構(gòu)成的，這些原子在反應(yīng)過程中雖然重新組合，但是種類和數(shù)量不變，因而質(zhì)量總量也保持不變。這一教學(xué)過程緊密結(jié)合學(xué)生的認知規(guī)律，從激活舊知、引發(fā)沖突到引導(dǎo)建構(gòu)，層層遞進地推動了學(xué)生將感性認識上升為理性理解。

（三）借助圖示表征，提升信息加工效率

信息加工理論指出，學(xué)習(xí)過程實質(zhì)上是學(xué)生對輸入信息進行篩選、組織和整合的過程[4。對于初中生而言，抽象的語言描述和復(fù)雜的文字表達容易造成理解障礙。尤其是在學(xué)習(xí)“質(zhì)量守恒定律”這類涉及宏觀現(xiàn)象、微觀粒子與定量關(guān)系之間轉(zhuǎn)化的知識時，學(xué)生若無法在腦海中建構(gòu)起清晰的表征模型，就難以真正掌握知識的內(nèi)在邏輯。圖示表征作為連接外部信息與內(nèi)部認知結(jié)構(gòu)的橋梁，能夠幫助學(xué)生將抽象內(nèi)容具象化、隱性關(guān)系可視化，在降低學(xué)生認知負荷的同時，提升學(xué)生信息加工的效率和質(zhì)量。

例如，教材中“氫氣與氧氣反應(yīng)生成水的示意圖”（人教版化學(xué)九年級上冊第五單元圖5-5），通過微觀粒子模型，直觀展現(xiàn)了氫氣和氧氣反應(yīng)前后的原子結(jié)構(gòu)變化：兩個氫分子與一個氧分子發(fā)生反應(yīng)，生成兩個水分子。教師可以借助該圖引導(dǎo)學(xué)生觀察反應(yīng)前后原子的種類、數(shù)量和連接方式的變化，讓學(xué)生明確在反應(yīng)過程中原子并未憑空產(chǎn)生或消失，而是進行了重新組合。視覺化表達不僅突破了語言描述的抽象限制，還促使學(xué)生了解了微觀守恒與宏觀質(zhì)量守恒之間的聯(lián)系，進而從根本上理解了“質(zhì)量守恒定律”的微觀本質(zhì)。

（四）設(shè)置認知沖突，引發(fā)思維重組

根據(jù)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，當(dāng)原有的知識經(jīng)驗與當(dāng)前的學(xué)習(xí)內(nèi)容發(fā)生沖突時會引發(fā)認知不協(xié)調(diào)，從而促使學(xué)生主動調(diào)整、修正已有認知結(jié)構(gòu)，完成更高水平的概念建構(gòu)。以“沖突一反思一重建”為路徑的認知發(fā)展過程特別適用于初中化學(xué)中概念性較強、易受直覺誤導(dǎo)的內(nèi)容的學(xué)習(xí)。在“質(zhì)量守恒定律”學(xué)習(xí)中，部分學(xué)生習(xí)慣以生活經(jīng)驗判斷化學(xué)變化，導(dǎo)致對科學(xué)規(guī)律的理解存在偏差。對此，教師可以在教學(xué)設(shè)計中有意識地創(chuàng)設(shè)認知沖突情境，讓學(xué)生在矛盾中發(fā)現(xiàn)問題、在實驗中驗證判斷、在思辨中重建概念，這是促進學(xué)生深度理解的重要策略。

例如，教師可以選用“鎂條燃燒”作為引發(fā)學(xué)生認知沖突的實驗。多數(shù)學(xué)生在日常見到燃燒現(xiàn)象時會本能地認為物質(zhì)在火中“燒沒了”“變少了”，這是典型的感性經(jīng)驗判斷。教師在實驗前可以有意提出問題“鎂條燃燒后剩下的白色物質(zhì)為什么比原來的鎂重？”，并讓學(xué)生基于直覺作出預(yù)測。在這一階段，部分學(xué)生可能仍會堅持“鎂變輕了”或“燃燒后只留下灰燼”的想法。接著，教師可以引導(dǎo)學(xué)生使用天平稱量鎂條反應(yīng)前后的質(zhì)量，并得到質(zhì)量增加的結(jié)果。在事實面前，學(xué)生的原有經(jīng)驗受到強烈沖擊，從而引發(fā)了認知沖突。隨后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考“多出來的質(zhì)量從哪來？”。在這個過程中，學(xué)生逐步意識到氧氣也參與了反應(yīng)，而不是鎂“自己變重了”，并在教師啟發(fā)下理解反應(yīng)的本質(zhì)是鎂與氧氣反應(yīng)生成氧化鎂。最終，學(xué)生會將“燃燒導(dǎo)致物質(zhì)減少”的原有觀念調(diào)整為“反應(yīng)中有氣體參與，生成物包含原反應(yīng)物和氣體成分”，從而實現(xiàn)科學(xué)意義上的思維重組。

（五）情境化問題設(shè)計，促進遷移應(yīng)用

遷移是學(xué)習(xí)的重要目標之一，它反映的是學(xué)生能夠?qū)⒃谡n堂上習(xí)得的知識和技能應(yīng)用到新的情境中[5]。在實際學(xué)習(xí)中，如果知識僅停留在封閉的課堂語境中，學(xué)生則難以理解其現(xiàn)實意義，也難以建立其與已有經(jīng)驗之間的聯(lián)系。“質(zhì)量守恒定律”作為一條基礎(chǔ)的化學(xué)規(guī)律，其教學(xué)價值不僅體現(xiàn)在學(xué)生應(yīng)理解和記住這一定律本身，還在于能將其應(yīng)用于分析化學(xué)變化、判斷物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程及解釋生活中的實際問題。因此，教師在教學(xué)中應(yīng)注重設(shè)計貼近學(xué)生生活經(jīng)驗和社會實際的問題情境，讓學(xué)生在真實或類真實的問題中運用質(zhì)量守恒的核心思想，以提升其學(xué)習(xí)主動性和知識遷移能力。

例如，教材中引導(dǎo)學(xué)生思考“氫氣和氧氣反應(yīng)生成水”的微觀圖示及文字說明就是一種情境化設(shè)計的嘗試。教師可進一步創(chuàng)設(shè)問題情境：“航天員在太空中通過氫氣和氧氣反應(yīng)生成水，這一過程是否違反質(zhì)量守恒定律？生成的水會比原來的氣體輕嗎？”在學(xué)生已有的生活經(jīng)驗中，氣體常常被認為是沒有重量或非常輕的物質(zhì)，而水是明顯有重量的，從直覺上容易產(chǎn)生誤解。對此，教師可以借助教材提供的原子結(jié)構(gòu)圖示引導(dǎo)學(xué)生從微觀視角理解氫氣和氧氣如何能重新組合生成水分子，并分析生成的水的質(zhì)量與反應(yīng)前氫、氧質(zhì)量之和之間的關(guān)系。在這個過程中，學(xué)生會逐步理解即便物質(zhì)狀態(tài)發(fā)生了改變，但質(zhì)量不會減少或增加，因為組成它的原子總量并未發(fā)生改變。通過將課堂知識嵌入具有現(xiàn)實意義的情境中，學(xué)生不僅能加深對“質(zhì)量守恒定律”的理解，還能增強運用知識解釋世界的能力，實現(xiàn)從“學(xué)會”到“會用”的有效遷移。

三、結(jié)束語

總之，“質(zhì)量守恒定律”作為初中化學(xué)的核心概念，不僅是理解化學(xué)變化規(guī)律的基礎(chǔ)，還是學(xué)生建立科學(xué)思維和定量分析能力的重要起點。在教學(xué)實踐中，教師若忽視學(xué)生的認知特點與思維發(fā)展規(guī)律，往往會導(dǎo)致教學(xué)效果不佳，學(xué)生理解偏差頻出。對此，教師應(yīng)結(jié)合《課程標準》要求與學(xué)生的認知發(fā)展階段實施兼具科學(xué)性與適切性的教學(xué)策略，以持續(xù)提升化學(xué)課堂的育人價值和學(xué)生的學(xué)習(xí)深度。

參考文獻

[1]王翠晶.質(zhì)量守恒定律深層化教學(xué)研究[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2024（21）：33-35.

[2]魯明輝.“教、學(xué)、評”一體化理念下的初中化學(xué)教：“質(zhì)量守恒定律”教學(xué)設(shè)計及反思[J].新課程，2024（14）：94-96.

[3]劉海燕.基于思維模型建構(gòu)的初中化學(xué)概念教學(xué)實踐探索：以“質(zhì)量守恒定律”為例[J].教育與裝備研究，2023，39（8）：67-70.

[4]張風(fēng)燕.基于核心素養(yǎng)的初中化學(xué)課堂教學(xué)評價設(shè)計：以“質(zhì)量守恒定律”教學(xué)為例[J].新課程，2025（3）：89-92.

[5]楊梓生，吳菊華.促進知識結(jié)構(gòu)化的教學(xué)循證實踐：以初中化學(xué)“質(zhì)量守恒定律應(yīng)用”總復(fù)習(xí)教學(xué)為例[J].福建教育，2023（24）：18-21.

作者簡介：王麗（1982.10-），女，貴州黔西人，任教于貴州省黔西市第三中學(xué)，一級教師，本科學(xué)歷。