基于學(xué)科觀念的初中化學(xué)“量問題”教學(xué)思考

成桂榮

摘要：“量問題”是義務(wù)教育滬教版化學(xué)教材中涉及到數(shù)據(jù)、含量、量大小關(guān)系的課程內(nèi)容。以學(xué)生“量問題”學(xué)習(xí)的缺位表征為起點(diǎn)，例談“量問題”學(xué)習(xí)的教學(xué)價(jià)值，尋繹基于化學(xué)學(xué)科觀念的“量問題”學(xué)習(xí)路徑，彰顯學(xué)科的本質(zhì)，促成學(xué)生的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：學(xué)科觀念；量問題；教學(xué)思考

文章編號(hào)：1008-0546（2018）11-0026-03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.11.008

在義務(wù)教育滬教版化學(xué)教材中，涉及到數(shù)據(jù)、含量、量大小關(guān)系等有關(guān)的課程內(nèi)容，筆者把這一類與“量”有關(guān)的課程內(nèi)容稱為“量問題”，如空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)的測(cè)定、相對(duì)原子質(zhì)量、化學(xué)式、溶解度、依據(jù)化學(xué)方程式進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算等?！读x務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出：化學(xué)學(xué)科應(yīng)通過具體化學(xué)知識(shí)和概念的學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生形成化學(xué)學(xué)科思想和基本觀念，逐步使學(xué)生從單一的定性與定量的物質(zhì)認(rèn)識(shí)過程，過渡到定性與定量相結(jié)合的物質(zhì)認(rèn)識(shí)過程。筆者在初中化學(xué)“量問題”教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，初三學(xué)生存在“量問題”學(xué)習(xí)缺失現(xiàn)象，沒有理解化學(xué)學(xué)科的本質(zhì)，沒有獲得真正意義上的發(fā)展。

一、“量問題”學(xué)習(xí)的缺失表征

“量問題”在初中化學(xué)教材中有多處“蹤跡”，是初中化學(xué)學(xué)科的本質(zhì)問題。案例研究表明，化學(xué)“量問題”學(xué)習(xí)存在著如下的兩種典型缺失表征。

1.自主建構(gòu)的缺失

《基礎(chǔ)教育課程改革綱要》指出：教師在教學(xué)中應(yīng)與學(xué)生積極互動(dòng)、共同發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立性和自主性，引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑、調(diào)查、探究，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)地、富有個(gè)性地學(xué)習(xí)。然而，在“空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)”這一“量問題”教學(xué)時(shí)，某位教師自問自答，直接說出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)論，又直接講解實(shí)驗(yàn)操作細(xì)節(jié)造成的實(shí)驗(yàn)誤差。這位化學(xué)教師的“量問題”教學(xué)既沒有引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析現(xiàn)象成因，又沒有引導(dǎo)學(xué)生自主推理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，更沒有實(shí)現(xiàn)學(xué)生自主建構(gòu)“空氣中氧氣的體積含量”。建構(gòu)主義認(rèn)為，學(xué)習(xí)不是由教師向?qū)W生傳遞知識(shí)的過程，而是學(xué)生自己建構(gòu)知識(shí)的過程，學(xué)生不是信息的接受者，而是意義的主動(dòng)建構(gòu)者。化學(xué)課堂教學(xué)應(yīng)預(yù)設(shè)啟發(fā)性問題，留給學(xué)生質(zhì)疑思考的時(shí)間，彰顯學(xué)生的主體地位，真正實(shí)施生成性課堂教學(xué)，促成學(xué)生的自主發(fā)展。

2.觀念建構(gòu)的缺失

譬如，在中考復(fù)習(xí)階段常常遇到“確定物質(zhì)的組成”的量問題學(xué)習(xí)，學(xué)生能把握反應(yīng)前后元素的種類不變來確定所求物質(zhì)的組成元素，但不會(huì)運(yùn)用物質(zhì)所含元素的質(zhì)量來確定元素的原子個(gè)數(shù)比關(guān)系，其根本就是學(xué)生還不能從“量”的角度來認(rèn)識(shí)和分析化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)質(zhì)量守恒或元素質(zhì)量守恒，沒有建構(gòu)“元素守恒”的學(xué)科觀念。德國(guó)物理學(xué)家勞厄有句名言：“重要的不是獲得知識(shí)，而是發(fā)展思維能力。教育無非是一切已學(xué)過的東西都被遺忘掉的時(shí)候所剩下的東西?！痹诨瘜W(xué)課堂學(xué)習(xí)中，我們學(xué)生不僅要學(xué)習(xí)具體的化學(xué)知識(shí)，更要學(xué)會(huì)將所學(xué)的化學(xué)知識(shí)進(jìn)行提煉和升華，即形成基于化學(xué)視角來認(rèn)識(shí)事物和解決問題的基本觀念。

二、“量問題”的教學(xué)價(jià)值

宋心琦教授曾精辟地指出：“學(xué)生能否牢固地、準(zhǔn)確地、哪怕只是定性地建立起來基本的化學(xué)觀念，應(yīng)當(dāng)是中學(xué)化學(xué)教學(xué)的第一目標(biāo)?！被瘜W(xué)基本觀念是超越化學(xué)知識(shí)的總觀性認(rèn)識(shí)，是對(duì)化學(xué)學(xué)科的本質(zhì)、規(guī)律及價(jià)值的理性認(rèn)識(shí)，是化學(xué)學(xué)習(xí)的價(jià)值所在。“量問題”是化學(xué)學(xué)習(xí)的重要問題，利于學(xué)生從定性與定量角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)組成及其變化過程，深入理解化學(xué)概念與化學(xué)原理，培養(yǎng)化學(xué)學(xué)科的基本觀念，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

1.培養(yǎng)學(xué)生的分類觀

以滬教版“身邊的物質(zhì)——空氣”為例，從“鐵生銹實(shí)驗(yàn)”到“空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)”的“量問題”學(xué)習(xí)，不是孤立的，而是相互關(guān)聯(lián)的、逐步滲透的；學(xué)生對(duì)空氣的組成從無數(shù)據(jù)意識(shí)到有數(shù)據(jù)認(rèn)識(shí)，對(duì)物質(zhì)的組成從單一的組成認(rèn)識(shí)到多種混合的組成認(rèn)識(shí)、再到組成成分的含量認(rèn)識(shí)；學(xué)生自主生成“純凈物和混合物”及其相互之間的組成關(guān)系，自主建構(gòu)物質(zhì)組成認(rèn)識(shí)的分類觀，為后續(xù)教材建構(gòu)“元素化合物”的知識(shí)體系埋下伏筆。分類觀是認(rèn)識(shí)事物的一種重要手段，更是一種科學(xué)的思維方法。引導(dǎo)學(xué)生探究身邊的化學(xué)物質(zhì)，從物質(zhì)的組成、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)等角度分類研究物質(zhì)，把握物質(zhì)的本質(zhì)屬性和內(nèi)在關(guān)系，理解化學(xué)學(xué)科的本質(zhì)。

2.培養(yǎng)學(xué)生的元素守恒觀

化學(xué)變化是化學(xué)學(xué)科研究的核心內(nèi)容。滬教版“質(zhì)量守恒定律”內(nèi)容是定量認(rèn)識(shí)和分析化學(xué)變化的基礎(chǔ)，是化學(xué)變化的“量”的體現(xiàn)，是化學(xué)變化中“量問題”的核心知識(shí)，其核心內(nèi)容是物質(zhì)質(zhì)量守恒和元素質(zhì)量守恒。物質(zhì)通過化學(xué)變化進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化，但其組成元素的種類和質(zhì)量在化學(xué)反應(yīng)前后是不變的，即元素守恒。引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)物質(zhì)組成及其變化中“元素守恒觀”，學(xué)生不僅能自覺地從元素組成的角度去辨別“點(diǎn)石成金、水變油等”的真?zhèn)危夷茏杂X地抓住化學(xué)變化的始態(tài)和終態(tài)，對(duì)某種元素或特定恒量進(jìn)行分析，進(jìn)而確定物質(zhì)的化學(xué)式或相關(guān)含量。

三、化學(xué)變化中“量問題”的教學(xué)思考

化學(xué)變化中“量問題”是涉及數(shù)據(jù)信息的課程內(nèi)容，典型類型就是化學(xué)變化中的化學(xué)計(jì)算。初中化學(xué)計(jì)算的重點(diǎn)是根據(jù)化學(xué)方程式進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算以及相關(guān)的綜合計(jì)算，學(xué)生能從定性和定量?jī)煞矫胬斫饣瘜W(xué)概念和基本原理，從而掌握物質(zhì)的性質(zhì)及其變化的規(guī)律。

1.化學(xué)變化中“量問題”的學(xué)習(xí)類型

基于化學(xué)方程式計(jì)算的考點(diǎn)，列表梳理化學(xué)變化中“量問題”的學(xué)習(xí)類型（表1）。

2.化學(xué)變化中“量問題”的學(xué)習(xí)障礙

依據(jù)化學(xué)方程式進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算是化學(xué)變化中“量問題”的典型類型。在這一“量問題”學(xué)習(xí)中，學(xué)生常常存在以下的學(xué)習(xí)障礙：不能審清題意、不能明確化學(xué)原理及思想在計(jì)算中的運(yùn)用、不能建立質(zhì)量守恒或元素守恒關(guān)系、不能找尋或整合數(shù)據(jù)信息。這些學(xué)習(xí)障礙的存在，都源于教師對(duì)學(xué)生的解題思路缺少全局的預(yù)設(shè)和理性的引導(dǎo)，從而使課堂教學(xué)凸現(xiàn)學(xué)習(xí)主體和意義建構(gòu)的缺失。

3.化學(xué)變化中“量問題”的學(xué)習(xí)路徑

結(jié)合化學(xué)變化中“量問題”的考查類型，從建立守恒關(guān)系和整合數(shù)據(jù)信息兩個(gè)維度，尋找基于元素守恒觀的“量問題”學(xué)習(xí)路徑。

（1）從“元素守恒觀”的維度建構(gòu)

滬教版“質(zhì)量守恒定律”的核心內(nèi)容就是物質(zhì)質(zhì)量守恒和元素質(zhì)量守恒。辨析化學(xué)反應(yīng)原理之間的物質(zhì)質(zhì)量關(guān)系或元素質(zhì)量關(guān)系，建構(gòu)化學(xué)學(xué)科的“元素守恒觀”。

類型一：?jiǎn)蝹€(gè)反應(yīng)中“量問題”

這類“量問題”是基于單個(gè)化學(xué)反應(yīng)原理的純凈物所表達(dá)的數(shù)據(jù)信息，可直接運(yùn)用已知數(shù)據(jù)或者數(shù)據(jù)組合確定化學(xué)式的未知系數(shù)或相關(guān)物質(zhì)的含量。

例如：（2018年揚(yáng)州中考第25題，節(jié)選）：測(cè)定晶體CaCl2·xH2O的組成：

a.稱取14.7000g CaCl2晶體于錐形瓶?jī)?nèi)，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(jì)算，確定x的值（寫出計(jì)算過程）。

該題是化學(xué)變化中“量問題”的典型題型，只涉及一個(gè)反應(yīng)原理，但存在兩個(gè)純凈物所表達(dá)的數(shù)據(jù)信息。解題時(shí)，先建立基于反應(yīng)原理的物質(zhì)關(guān)系，再建立基于鈣元素守恒的關(guān)系式，即CaCl2·xH2O～CaCO3，再尋找CaCl2·xH2O和CaCO3的質(zhì)量比關(guān)系，代入兩者的質(zhì)量數(shù)據(jù)，即可確定x的值。不論是“量問題”的新授課教學(xué)，還是“量問題”的復(fù)習(xí)課教學(xué)，都應(yīng)幫助學(xué)生完成從依據(jù)化學(xué)方程式進(jìn)行計(jì)算到基于化學(xué)原理分析、建立元素守恒關(guān)系的學(xué)習(xí)飛躍，實(shí)現(xiàn)建構(gòu)化學(xué)學(xué)科的“元素守恒觀”。

類型二：多個(gè)反應(yīng)中“量問題”

這類“量問題”是基于多個(gè)化學(xué)反應(yīng)原理、多個(gè)物質(zhì)所表達(dá)的數(shù)據(jù)信息。學(xué)生甚至不能順利地寫出相關(guān)的化學(xué)方程式，或者不能順利地辨別數(shù)據(jù)信息所對(duì)應(yīng)的物質(zhì)關(guān)系，這類問題需要學(xué)生提煉資料信息、辨別化學(xué)原理、建立物質(zhì)守恒或元素守恒關(guān)系，代入可計(jì)算的純凈物數(shù)據(jù)，進(jìn)而確定混合物中某物質(zhì)的含量等。

例如：（2017年揚(yáng)州中考第26題，節(jié)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(jì)算MgO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，某小組同學(xué)設(shè)計(jì)了下列3種實(shí)驗(yàn)方案，分別取5.0g樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，能確定MgO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的是 （填序號(hào)）。

A.加熱，使MgO2完全分解，測(cè)出剩余固體的質(zhì)量

B.與足量炭粉在高溫下充分反應(yīng)，測(cè)出生成Mg的質(zhì)量

C.先加足量稀鹽酸，再加足量NaOH溶液，充分反應(yīng)后，測(cè)出Mg（OH）2質(zhì)量

該“量問題”涉及多個(gè)反應(yīng)原理，需結(jié)合資料信息判斷化學(xué)反應(yīng)的生成物、轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)信息，運(yùn)用質(zhì)量守恒定律解題。如選項(xiàng)A：先判斷剩余固體是MgO，再根據(jù)質(zhì)量守恒判斷出固體減少的質(zhì)量，即氧氣質(zhì)量，進(jìn)而求解MgO2質(zhì)量；選項(xiàng)B：先判斷發(fā)生了MgO2高溫分解反應(yīng)及MgO與炭粉高溫反應(yīng)，利用Mg的質(zhì)量求解MgO質(zhì)量，再根據(jù)質(zhì)量守恒判斷出固體減少的質(zhì)量，即氧氣質(zhì)量，進(jìn)而求解MgO2質(zhì)量；或者抓住始態(tài)物質(zhì)與終態(tài)物質(zhì)，利用Mg元素守恒關(guān)系，假設(shè)MgO2質(zhì)量未知數(shù)，列出基于鎂元素質(zhì)量守恒的一元一次方程式進(jìn)行解題。選項(xiàng)C：先根據(jù)Mg（OH）2質(zhì)量求出Mg元素的質(zhì)量，再利用始態(tài)物質(zhì)與終態(tài)物質(zhì)中Mg元素的守恒關(guān)系，假設(shè)MgO2質(zhì)量未知數(shù)，列出基于鎂元素質(zhì)量守恒的一元一次方程式進(jìn)行解題。

通過以上化學(xué)變化中“量問題”的典例學(xué)習(xí)，學(xué)生學(xué)會(huì)了從分析單個(gè)化學(xué)原理、明確物質(zhì)質(zhì)量守恒關(guān)系，也學(xué)會(huì)了分析多個(gè)化學(xué)原理、多個(gè)物質(zhì)間的質(zhì)量守恒或元素守恒關(guān)系，也學(xué)會(huì)了分析復(fù)雜情境的化學(xué)原理、提煉和轉(zhuǎn)化信息，運(yùn)用物質(zhì)質(zhì)量守恒或元素質(zhì)量守恒的關(guān)系解答“量問題”的學(xué)習(xí)思路。遴選由淺入深、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由現(xiàn)象到本質(zhì)的“量問題”典型題例，培養(yǎng)學(xué)生的“元素守恒觀”，理解“量問題”學(xué)習(xí)的化學(xué)本質(zhì)。

（2）從“數(shù)據(jù)整合”的維度建構(gòu)

明確化學(xué)變化中的反應(yīng)原理，培養(yǎng)學(xué)生的“元素守恒觀”，是化學(xué)變化中“量問題”學(xué)習(xí)的關(guān)鍵路徑。然而，化學(xué)變化中的“量問題”是以數(shù)學(xué)運(yùn)算為載體的，要準(zhǔn)確把握化學(xué)變化中的“量問題”，還需學(xué)會(huì)以下幾種數(shù)據(jù)整合方法：數(shù)據(jù)的擴(kuò)大與縮小、數(shù)據(jù)的差和、數(shù)據(jù)的均值、單位的換算、約數(shù)的取舍、偏差的討論等。譬如，解答某“量問題”時(shí)，求得CO2質(zhì)量為1.964g/L×0.0224L=0.0439936g，需要結(jié)合CO2的相對(duì)分子質(zhì)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(jìn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算。

四、結(jié)語

“量問題”是初中化學(xué)學(xué)習(xí)的重要知識(shí)，更是化學(xué)學(xué)科的本質(zhì)問題。學(xué)生積極質(zhì)疑、親身體驗(yàn)，轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式，實(shí)現(xiàn)化學(xué)程序性知識(shí)的價(jià)值引導(dǎo)和主動(dòng)建構(gòu)的統(tǒng)一，教師真正實(shí)施化學(xué)學(xué)科觀念建構(gòu)的“量問題”教學(xué)。

教育活動(dòng)的本質(zhì)是什么？是一種喚醒、一種點(diǎn)燃、一種提升。唯有播種學(xué)科觀念統(tǒng)觀的化學(xué)教學(xué)，才能啟迪學(xué)生的思維，理解化學(xué)的本質(zhì)，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。這就是化學(xué)教學(xué)的本源和價(jià)值所在。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國(guó)教育部.義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012，1

[2] 趙華.化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)立足智慧的文本解讀[J].化學(xué)教學(xué)，2017（3）：12-16

[3] 楊玉琴.化學(xué)計(jì)算的學(xué)科本質(zhì)及其教學(xué)[J].化學(xué)教學(xué)，2013（10）：8-11

[4] 畢華林，杜明成.基于化學(xué)基本觀念建構(gòu)教科書設(shè)計(jì)[J].化學(xué)教育，2007（10）：11-13