陳歡

摘要：以“化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系”為例，分析初中化學(xué)教學(xué)素材選擇的研究方式，解讀初中化學(xué)教學(xué)素材的選擇策略，期望籍此為初中化學(xué)教學(xué)研究提供一些思考和幫助。

關(guān)鍵詞：教學(xué)素材;化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系;選擇策略

文章編號(hào)：1008-0546（2020）11-0010-05 中圖分類號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.11.003

教學(xué)素材的合理選擇能有效提升課堂的教學(xué)效率，有效促進(jìn)核心素養(yǎng)的落地生根。在九年級(jí)化學(xué)教學(xué)階段如何選擇有效的教學(xué)素材，成為一個(gè)重要的議題。本文以“化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系”為例，說明初中化學(xué)教學(xué)素材選擇的研究方式，解讀初中化學(xué)教學(xué)素材的選擇策略。

一、化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系

“化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系”的核心內(nèi)容是質(zhì)量守恒定律，也即“參加化學(xué)反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量總和等于反應(yīng)后生成的各物質(zhì)的質(zhì)量總和”。相關(guān)內(nèi)容在教學(xué)中存在諸多特點(diǎn)：探究量大，可選擇研究的實(shí)驗(yàn)豐富，相適切的實(shí)驗(yàn)裝置多，需要合適的教學(xué)素材幫助學(xué)生梳理出清晰脈絡(luò);思維難度大，化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系研究角度是從定性深入定量，從宏觀深入微觀，需要合適的教學(xué)素材幫助學(xué)生進(jìn)行有效的思維切換;信息量大，化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系實(shí)質(zhì)的得出需要學(xué)生去偽存真、撥云見日，利用數(shù)學(xué)建模的思想進(jìn)行必要的理解，需要合適的教學(xué)素材幫助學(xué)生進(jìn)行深入的知識(shí)構(gòu)建;考察點(diǎn)豐富，涉及化學(xué)反應(yīng)質(zhì)量變化的相關(guān)解釋、化學(xué)反應(yīng)的微觀研究、信息方程式的書寫、質(zhì)量守恒定律的裝置改進(jìn)研究等，需要合適的教學(xué)素材幫助學(xué)生進(jìn)行合理的知識(shí)點(diǎn)梳理;教學(xué)情境豐富，海爾蒙特、波義爾、拉瓦錫、羅蒙諾索夫、朗道耳、曼萊、愛因斯坦等多位知名科學(xué)家涉及質(zhì)量守恒定律研究，需要合適的教學(xué)素材幫助學(xué)生構(gòu)建好科學(xué)觀與社會(huì)觀。因而不難發(fā)現(xiàn)，合理的教學(xué)素材選擇對(duì)學(xué)生深度學(xué)習(xí)“化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系”意義重大。

二、“化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系”教學(xué)素材選擇的研究方式

1.參考課程標(biāo)準(zhǔn)，分析質(zhì)量守恒定律的教學(xué)定位

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》中對(duì)于質(zhì)量守恒定律的標(biāo)準(zhǔn)表述為：認(rèn)識(shí)質(zhì)量守恒定律，能說明化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系;認(rèn)識(shí)定量研究對(duì)于化學(xué)科學(xué)發(fā)展的重大作用?；顒?dòng)與探究建議為：實(shí)驗(yàn)探究化學(xué)反應(yīng)前后的質(zhì)量關(guān)系;用微粒的觀點(diǎn)對(duì)質(zhì)量守恒定律做出解釋。解讀標(biāo)準(zhǔn)不難發(fā)現(xiàn)，其在教學(xué)中對(duì)于質(zhì)量守恒定律的定位如下：利用質(zhì)量守恒定律的研究讓學(xué)生學(xué)習(xí)從定性向定量切換;利用科學(xué)探究研究質(zhì)量守恒定律的宏觀原因;從微粒的角度研究質(zhì)量守恒定律成立的本質(zhì)原因;拓展質(zhì)量守恒定律的應(yīng)用，認(rèn)識(shí)定量研究對(duì)于化學(xué)學(xué)科發(fā)展的重大作用。質(zhì)量守恒定律具備承前啟后的作用，承擔(dān)從定性到定量的轉(zhuǎn)換，深化宏觀微觀間的學(xué)習(xí)。

2.剖析教材，確定“化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系”教學(xué)內(nèi)容的內(nèi)涵與外延

“化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系”也就是質(zhì)量守恒定律，內(nèi)涵為“參加化學(xué)反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量總和等于反應(yīng)后生成的各物質(zhì)的質(zhì)量總和”，從宏觀和微觀兩個(gè)角度理解質(zhì)量守恒定律成立的原因。教學(xué)內(nèi)容的外延為呈現(xiàn)方式是科學(xué)探究（包含研究過程、實(shí)驗(yàn)的選擇、實(shí)驗(yàn)裝置的搭建等）教學(xué)意義是讓化學(xué)學(xué)習(xí)從定性走向定量。

3.分類分項(xiàng)，多渠道豐富教學(xué)素材

初中化學(xué)教學(xué)素材從內(nèi)容上分為情境素材、實(shí)驗(yàn)素材和習(xí)題素材;從形式上分為活動(dòng)素材、文本素材、音視頻素材和信息化素材;從性質(zhì)分為正面素材、反面素材和中性素材等。本研究不從素材的分類上著力，主要強(qiáng)調(diào)素材的多樣性?！盎瘜W(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量研究”的素材包含以下相關(guān)內(nèi)容：化學(xué)史的相關(guān)素材、科學(xué)探究的相關(guān)素材（科學(xué)探究的過程、實(shí)驗(yàn)的選擇、實(shí)驗(yàn)裝置的選擇等）、數(shù)學(xué)思維的素材、利用微粒觀點(diǎn)研究宏觀事實(shí)的案例選擇、情境和習(xí)題素材的選擇。

三、“化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系”教學(xué)素材選擇的具體研究

1.立足于化學(xué)發(fā)展，著眼于質(zhì)量守恒定律的研究思路

學(xué)生的知識(shí)形成過程在一定程度與知識(shí)的發(fā)現(xiàn)過程相契合，化學(xué)史的使用能有效促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。梳理科學(xué)家對(duì)質(zhì)量守恒定律的研究，其研究?jī)?nèi)容見表1。

梳理上述化學(xué)史不難發(fā)現(xiàn)，質(zhì)量守恒定律的發(fā)現(xiàn)歷經(jīng)很長(zhǎng)時(shí)間，涉及多個(gè)歷史事件，需要選擇有代表性的事件進(jìn)行整合加工。選擇到的歷史事件需要能激發(fā)學(xué)生興趣、能引發(fā)學(xué)生思考、能呈現(xiàn)必要事實(shí)、能促進(jìn)學(xué)生科學(xué)價(jià)值觀形成。最終選擇如下科學(xué)家的事例作為研究著力點(diǎn)，具體見表2。

2.立足于科學(xué)探究，確立質(zhì)量守恒定律的研究方法

（1）確立探究質(zhì)量守恒定律所用實(shí)驗(yàn)

化學(xué)史上所用和目前教材上使用的探究實(shí)驗(yàn)較多，具體見下表3。

梳理后發(fā)現(xiàn)探究質(zhì)量守恒定律的化學(xué)實(shí)驗(yàn)有：汞與氧氣反應(yīng)、錫與氧氣反應(yīng)、大理石與稀鹽酸反應(yīng)、氫氧化鈉溶液與硫酸銅溶液反應(yīng)、紅磷燃燒實(shí)驗(yàn)、鎂條燃燒實(shí)驗(yàn)、鐵與硫酸銅溶液反應(yīng)、白磷燃燒實(shí)驗(yàn)、蠟燭燃燒實(shí)驗(yàn)、堿式碳酸銅分解實(shí)驗(yàn)、無水硫酸銅吸水實(shí)驗(yàn)、鐵粉與氧氣反應(yīng)實(shí)驗(yàn)。將上述實(shí)驗(yàn)按照基本反應(yīng)類型、氣體的參與或生成、是否產(chǎn)生污染、是否常見等類型進(jìn)行簡(jiǎn)單分類，見表4。

從現(xiàn)象明顯、條件簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、涉及全四大基本反應(yīng)、涉及全有無氣體參與等角度人手，可選擇如下五個(gè)實(shí)驗(yàn)：鐵與硫酸銅反應(yīng)、堿式碳酸銅分解實(shí)驗(yàn)、蠟燭燃燒、氫氧化鈉溶液與硫酸銅溶液反應(yīng)、錫與氧氣反應(yīng)。

（2）確立探究質(zhì)量守恒定律所用儀器及裝置

按照學(xué)生的初始邏輯認(rèn)知：稱量需要兩次操作，即反應(yīng)前和反應(yīng)后分別稱量一次;實(shí)驗(yàn)裝置也較為簡(jiǎn)單，燒杯和試管組成的簡(jiǎn)單敞口裝置。依據(jù)教學(xué)的要求和深度學(xué)習(xí)的要求，需要進(jìn)行如下轉(zhuǎn)變：稱量的次數(shù)從兩次轉(zhuǎn)為一次（反應(yīng)前進(jìn)行稱量，保持砝碼和游碼不變，觀察天平是否平衡）;裝置的選擇從敞口裝置一簡(jiǎn)單密閉一氣球密閉一膠頭滴管或注射器加上錐形瓶的密閉（見下表5）。依據(jù)上述要求，可提供如下儀器進(jìn)行科學(xué)探究：天平、錐形瓶、橡皮塞、氣球、注射器、膠頭滴管、單孔塞、注射器等。

3.立足于多學(xué)科思維，分析質(zhì)量守恒定律的研究思路

（1）利用數(shù)學(xué)思維，推演質(zhì)量守恒定律

質(zhì)量守恒定律的表述為：參加化學(xué)反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量總和等于反應(yīng)后生成的各物質(zhì)的質(zhì)量總和。但化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的環(huán)境往往復(fù)雜，存在著很多未參加反應(yīng)的物質(zhì)及實(shí)驗(yàn)儀器，在分析具體質(zhì)量變化的時(shí)候需要進(jìn)行取舍。這要求使用大量的數(shù)學(xué)思維，需要透過現(xiàn)象進(jìn)行本質(zhì)運(yùn)算，利用整體和局部、相關(guān)和無關(guān)變量等數(shù)學(xué)思維。例如羅蒙諾索夫的質(zhì)量守恒定律研究：用天平稱量質(zhì)量為m1的金屬錫粉，將錫粉放在密閉容器中進(jìn)行完全燃燒生成了白色的固體物質(zhì)（氧化錫），稱量容器的總質(zhì)量為m2，打開容器，聽到了空氣進(jìn)入容器發(fā)出“嘶嘶”的聲響，待容器中空氣恢復(fù)到初始狀態(tài)，重新稱量容器的總質(zhì)量為m3，分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)生成的氧化錫質(zhì)量等于錫粉的質(zhì)量（m1）加上容器內(nèi)參與空氣的質(zhì)量（即最終容器的總質(zhì)量m3減去打開容器前容器的總質(zhì)量m2）。在整個(gè)研究中，涉及到容器的質(zhì)量、空氣的質(zhì)量、錫粉的質(zhì)量和進(jìn)入空氣的質(zhì)量等，區(qū)分好容器和未參加反應(yīng)的空氣質(zhì)量是整體中的無關(guān)變量，錫粉、氧化錫和參與反應(yīng)的氧氣質(zhì)量是需要研究的相關(guān)變量，兩者結(jié)合進(jìn)行研究。

（2）利用物理思維，分析儀器改進(jìn)

在質(zhì)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)研究中，若選擇有氣體參加的反應(yīng)或放熱的反應(yīng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，會(huì)導(dǎo)致氣壓變大，這會(huì)使得裝置的簡(jiǎn)單密閉較為困難，瓶塞易被彈出。選擇使用氣球，若氣球因氣體產(chǎn)生變大后會(huì)產(chǎn)生浮力，天平向右偏;若氣球因溫度升高變大最后會(huì)縮小，先有浮力后消失，天平先向右偏后恢復(fù)平衡。在一系列的研究中，需要學(xué)生充分準(zhǔn)備好物理思維，涉及到浮力、氣壓等。

4.立足于宏微結(jié)合，深層剖析質(zhì)量守恒定律的成立本質(zhì)

質(zhì)量守恒定律成立的本質(zhì)原因是化學(xué)反應(yīng)中原子的個(gè)數(shù)、種類和質(zhì)量不變，原子的種類不變決定了元素的種類不變，原子的個(gè)數(shù)和質(zhì)量不變決定了元素的質(zhì)量不變，元素的種類和質(zhì)量不變決定了物質(zhì)的總質(zhì)量不變。選擇合適的素材進(jìn)行合適的推演成為促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)和理解的關(guān)鍵。山東教育出版社的九年級(jí)化學(xué)教材在研究質(zhì)量守恒定律時(shí)沒有提供具體的微觀化學(xué)變化進(jìn)行研究，但上海教育出版社和人民教育出版社分別提供了相關(guān)的微觀研究素材（見表6）。從三個(gè)版本的教材來看，都不約而同地選擇了水的分解或氫氣燃燒作為研究化學(xué)變化中分子原子變化的素材?；诮虒W(xué)發(fā)展的一慣性和學(xué)生思維的連續(xù)性兩個(gè)角度，應(yīng)為選擇水的電解作為研究質(zhì)量守恒定律得以成立的微觀實(shí)質(zhì)為最佳。

5.立足于情境分析，增強(qiáng)質(zhì)量守恒定律的遷移應(yīng)用

質(zhì)量守恒定律的考察方式多樣化、問題情境的設(shè)置也極為豐富。應(yīng)選擇合適的有邏輯性的教學(xué)素材進(jìn)行搭配，促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)?？稍O(shè)置出這樣的邏輯：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象解釋一化學(xué)式推斷一化學(xué)反應(yīng)定量推斷一物質(zhì)元素的組成確定，在練習(xí)的設(shè)置和搭配遵循微觀與宏觀相結(jié)合、定性與定量相結(jié)合、理論聯(lián)系實(shí)際的原則。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象解釋練習(xí)：①高錳酸鉀受熱分解后，剩余固體的質(zhì)量比原反應(yīng)物的質(zhì)量減少;②如圖1，在錐形瓶中放入一小粒白磷，塞好瓶塞后玻璃管下端剛好能與白磷接觸，將整套裝置放在托盤天平上調(diào)節(jié)至平衡，取下橡皮塞，將玻璃管放在酒精燈火焰上灼燒至紅熱，迅速塞緊瓶塞，將白磷引燃，待錐形瓶冷卻后觀察天平是否平衡。實(shí)驗(yàn)時(shí)，氣球的變化是——。實(shí)驗(yàn)前后天平保持平衡，實(shí)驗(yàn)后，松開橡皮塞，則天平指針

（填“向左偏”“向右偏”或“指向中間”）。

四、深度學(xué)習(xí)視域下初中化學(xué)教學(xué)素材的選擇策略

1.多樣性選擇策略

在教學(xué)素材的選擇時(shí)，需要關(guān)注與本節(jié)課相關(guān)的教學(xué)研究，以讓素材的選擇更加多樣：確定好需要的化學(xué)素材種類，常見的初中化學(xué)素材有化學(xué)史素材、化學(xué)實(shí)驗(yàn)素材、化學(xué)思維素材、化學(xué)情境素材、化學(xué)習(xí)題素材，多樣化教學(xué)素材的種類;利用好課程標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)定位和素材使用指導(dǎo)、通用的化學(xué)教材、教材的教師教學(xué)指導(dǎo)用書、期刊論文等相關(guān)文獻(xiàn)，多樣化教學(xué)素材的來源;進(jìn)行必要的教育教學(xué)思考，串聯(lián)好與各個(gè)學(xué)科之間的邏輯關(guān)聯(lián)，多樣化教學(xué)素材的思維，例如進(jìn)行質(zhì)量守恒定律研究時(shí)，需有適度的物理中的氣壓研究。

2.有效性選擇策略

在大量的教學(xué)素材面前，需要選擇出有效的教學(xué)素材：加強(qiáng)教學(xué)研究，研讀課程標(biāo)準(zhǔn)，確定好教學(xué)內(nèi)容的定位，研究教材，落實(shí)好教學(xué)內(nèi)容在教材中作用和前后聯(lián)系，研究學(xué)生，明確好學(xué)生的知識(shí)、技能、情感、價(jià)值觀等的最近發(fā)展區(qū);加強(qiáng)相似教學(xué)素材的比對(duì)研究，研究出教學(xué)素材間的同與異，摘選出符合學(xué)情適合教學(xué)的素材，例如質(zhì)量守恒定律的相關(guān)研究中，出現(xiàn)大量的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)裝置，需要確立好改進(jìn)的角度和研究方向，其多是氣體的參與或生成的角度入手，即可選擇有代表性的素材進(jìn)行研究;加強(qiáng)不同教學(xué)素材間的串聯(lián)研究，尋找教學(xué)素材間的聯(lián)系與區(qū)別，構(gòu)建深度學(xué)習(xí)的多重維度，例如在質(zhì)量守恒定律的相關(guān)研究中，將化學(xué)史素材、科學(xué)探究素材、學(xué)科思維素材、教學(xué)情境素材等緊密聯(lián)系，共同推進(jìn)質(zhì)量守恒定律的深度學(xué)習(xí)。

3.前瞻性選擇策略

在教學(xué)素材的選擇時(shí)，關(guān)注當(dāng)下的教育教學(xué)熱點(diǎn)、新型教育技術(shù)、學(xué)生新的思維方式的發(fā)展方向，為教學(xué)素材的選擇提供前瞻性的角度，例如在質(zhì)量守恒定律導(dǎo)入素材的選擇時(shí)，化學(xué)史導(dǎo)入、實(shí)驗(yàn)中質(zhì)量變化的差異性導(dǎo)入均是優(yōu)良素材，但在整合時(shí)最終發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上較為流行更易激發(fā)興趣的趣味實(shí)驗(yàn)——移動(dòng)火焰，即用一根鐵釘穿過一支蠟燭，將鐵釘搭在玻璃杯上，從兩端點(diǎn)燃蠟燭，蠟燭一直處于旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)素材取自于學(xué)生的生活，實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單易重復(fù)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置有梯度，讓學(xué)生產(chǎn)生思維碰撞，最終可用質(zhì)量守恒定律的觀點(diǎn)進(jìn)行解釋。