初中階段守恒觀構(gòu)建的“進階模型”研究

錢海如+趙華

摘要：依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)和初中學(xué)牛認識發(fā)展規(guī)律，分析了初中階段守恒觀所涉及的維度、主要內(nèi)容及學(xué)習(xí)要求。結(jié)合教學(xué)實踐與總結(jié)，對初中化學(xué)教學(xué)中的有關(guān)內(nèi)容進行整體規(guī)劃，歸納了初中階段守恒觀構(gòu)建的“進階模型”，包括5個階段的認識進階，并指出了教學(xué)中應(yīng)注意的4個問題。

關(guān)鍵詞：初中化學(xué)；質(zhì)量守恒定律；守恒觀；認識進階；教學(xué)策略

文章編號：005-6629（2017）8-0025-05

中圖分類號：C633.8

文獻標(biāo)識碼：B

義務(wù)教育階段的化學(xué)教育，要激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的好奇心，引導(dǎo)學(xué)生認識物質(zhì)世界的變化規(guī)律，形成化學(xué)的基本觀念。初中階段守恒觀主要是在學(xué)習(xí)“物質(zhì)的化學(xué)變化”主題中逐步發(fā)展起來的對化學(xué)反應(yīng)規(guī)律的觀念性認識。教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，初中學(xué)生對質(zhì)量守恒定律的基本原理的記憶還是較準(zhǔn)確的，但在解決一些實際問題時不能從本質(zhì)的角度理解和遷移，特別是解決定量計算問題較定性分析問題弱?，F(xiàn)結(jié)合教學(xué)實際，談?wù)劤踔须A段守恒觀構(gòu)建的認識進階。

1初中階段守恒觀的內(nèi)涵及學(xué)習(xí)要求

化學(xué)學(xué)科中的守恒觀是指人們在認識化學(xué)的活動中對化學(xué)的規(guī)律、本質(zhì)、價值的基本認識和思想方法，表現(xiàn)為自覺地從分子、原子、元素的層面探索各種物質(zhì)變化的思維習(xí)慣和意識。中學(xué)化學(xué)中的守恒觀通常包括3個維度，即質(zhì)量守恒、電荷守恒和能量守恒，根據(jù)《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》（以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》），初中階段守恒觀主要體現(xiàn)在質(zhì)量守恒的維度，初步涉及了電荷守恒的維度，其主要內(nèi)容和學(xué)習(xí)要求見表1。

從表1可以看出，初中階段守恒觀既包括定性和定量層次，難點在定量層次的應(yīng)用以及定性與定量層次相結(jié)合的綜合應(yīng)用；同時又包括宏觀和微觀層次，難點在微觀層次的理解以及宏觀和微觀貫通水平的提升，其學(xué)習(xí)要求應(yīng)低于高中階段。

2初中階段守恒觀構(gòu)建的“進階模型”

定量認識化學(xué)變化是初中化學(xué)教學(xué)的重要內(nèi)容，初中生對化學(xué)變化的定量認識需要經(jīng)歷基于總和認識定量、基于比例認識定量、宏微觀多角度

2.1第一階段：宏觀認知階段

即化學(xué)反應(yīng)前后宏觀的質(zhì)量守恒認知階段，這個階段是守恒觀構(gòu)建的起始階段，通常安排在“質(zhì)量守恒定律”的主題教學(xué)中，由于初中生的認知水平和心理發(fā)展特征的局限，需要教師幫助他們實現(xiàn)從“整個體系”到“具體反應(yīng)”的思維轉(zhuǎn)換。

在進行質(zhì)量守恒定律的教學(xué)前，應(yīng)該要解決3個問題：一是研究化學(xué)反應(yīng)前后的質(zhì)量變化，應(yīng)該選擇哪些反應(yīng)研究，采用的是“數(shù)學(xué)歸納法”的思想；二是選擇了某個反應(yīng)以后，必須考慮體系問題，引導(dǎo)學(xué)生認識化學(xué)反應(yīng)研究體系的重要性；三是要引導(dǎo)學(xué)生分析需要哪些數(shù)據(jù)進行推理舉證，這是質(zhì)量守恒定律的核心意義：定量測定的價值所在。學(xué)生學(xué)習(xí)時常常對《義務(wù)教育教科書·化學(xué)》（以下簡稱《教科書》）編排的兩個實驗探究（①氫氧化鈉溶液與硫酸銅溶液的反應(yīng)②碳酸鈣與鹽酸反應(yīng)）產(chǎn)生疑問：為什么根據(jù)整個裝置中的質(zhì)量在反應(yīng)前后不變就能說明化學(xué)反應(yīng)前后的物質(zhì)總質(zhì)量不變？這個疑問的本質(zhì)是對“整個體系”的思維轉(zhuǎn)換到“具體反應(yīng)”上的“跳躍”存在一定的理解障礙。在教學(xué)中，可以“放大”思維轉(zhuǎn)換的學(xué)習(xí)過程，增加鋪墊，減少“跳躍”幅度，具體做法是（以實驗探究①為例）：在學(xué)生實驗后得出“反應(yīng)前裝置內(nèi)物質(zhì)的質(zhì)量總和=反應(yīng)后裝置內(nèi)物質(zhì)的質(zhì)量總和”以后，組織學(xué)生討論問題“該化學(xué)反應(yīng)中哪些物質(zhì)的質(zhì)量總和相等”，并結(jié)合實驗現(xiàn)象和反應(yīng)原理，圍繞“反應(yīng)前物質(zhì)質(zhì)量總和”與“反應(yīng)后物質(zhì)質(zhì)量總和”，列出“整個體系”內(nèi)物質(zhì)質(zhì)量的思維框架理解化學(xué)變化的定量關(guān)系幾個發(fā)展水平。“質(zhì)量守恒定律”是定量認識化學(xué)變化和構(gòu)建守恒觀的起點，教學(xué)中要遵循學(xué)生的認知規(guī)律，進行整體規(guī)劃，把握不同階段的要求，初中學(xué)生對守恒觀的認識進階層級如圖1所示。分析圖，見圖2（略去裝置本身質(zhì)量），最終經(jīng)過細致分析，得出“具體反應(yīng)”中的物質(zhì)質(zhì)量總和相等的關(guān)系，見圖3。于是，學(xué)生就能得出“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（質(zhì)量守恒定律）”，這樣就實現(xiàn)了從“整個體系”到“具體反應(yīng)”的思維轉(zhuǎn)換，學(xué)生就能精準(zhǔn)理解“參加反應(yīng)的”、“反應(yīng)后生成的”不是各物質(zhì)質(zhì)量的簡單相加，而是指真正參與了反應(yīng)的以及在反應(yīng)中實際生成的那一部分質(zhì)量不能包括“反應(yīng)物中過量的”以及“生成物中原來就有的”那部分質(zhì)量。

2.2第二階段：微粒解釋階段

即守恒的微粒解釋階段，這個階段是基于微觀原子的總體等量關(guān)系定量認識化學(xué)變化的，既是微觀層次，義是定量層次，是學(xué)生定量認識化學(xué)變化和構(gòu)建守恒觀的關(guān)鍵，需要教師幫助他們實現(xiàn)從“宏觀物質(zhì)質(zhì)量”到“微觀原子總量”的思維轉(zhuǎn)換。

在這個階段中，不應(yīng)僅滿足于對宏觀守恒的微觀解釋，還需培養(yǎng)學(xué)生從微觀的角度認識、解釋宏觀現(xiàn)象的思維方式，形成宏觀現(xiàn)象微觀解釋的思維途徑。教學(xué)中，首先結(jié)合電解水反應(yīng)的微觀模型解釋和分析（見圖4）：反應(yīng)前后氫、氧原子依然存在，沒有變化，即原子種類不變，數(shù)目不變；再計算反應(yīng)前后的相對質(zhì)量的變化：反應(yīng)前為2x（lx2+16） =36，反應(yīng)后為2×2+16×2=36，由此可以得出質(zhì)量守恒的微觀本質(zhì)：在化學(xué)變化中，反應(yīng)前后原子種類和數(shù)目不變、原子質(zhì)量不變。然后再結(jié)合圖5，說明該反應(yīng)中參加反應(yīng)的H₂、O₂，與反應(yīng)后生成的H₂o的數(shù)目比為2：1：2，引導(dǎo)學(xué)生實現(xiàn)“宏觀”與“微觀”的思維貫通，加深對守恒的基本思想的理解。

2.3第三階段：質(zhì)量關(guān)系階段

即反應(yīng)物與生成物的質(zhì)量關(guān)系階段，這個階段是基于總和、基于比例定量認識化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系，需要教師幫助學(xué)生實現(xiàn)從“質(zhì)量總和”到“質(zhì)量比例”的思維轉(zhuǎn)換。

由于學(xué)生在質(zhì)量守恒定律中剛剛建立“質(zhì)量總和”相等的事實，而在實際計算化學(xué)反應(yīng)中的“投料”與“產(chǎn)出”的物質(zhì)質(zhì)量時，運用的是“質(zhì)量比例”恒定的關(guān)系，這對學(xué)生來說是個不小的障礙。教學(xué)中，為加強學(xué)生對“質(zhì)量比例”恒定的理解，可以分為3個層次處理：endprint

第一層次設(shè)置在“質(zhì)量守恒定律的微觀分析”中。當(dāng)學(xué)生結(jié)合化學(xué)反應(yīng)的微觀分析，認識到化學(xué)反應(yīng)前后原子組合方式（“分子”）不同，形成了新“分子”，追問學(xué)生：當(dāng)這種組合方式確定，構(gòu)成各物質(zhì)的微粒間的數(shù)目比例會不會變化？質(zhì)量比例關(guān)系呢？引導(dǎo)學(xué)生初步認識微粒間的數(shù)目比和質(zhì)量比都是恒定的，為后續(xù)計算學(xué)習(xí)作鋪墊。

第二層次設(shè)置在“認識化學(xué)方程式的含義”中。引導(dǎo)學(xué)生理解化學(xué)方程式中“量”的含義，即反應(yīng)物和生成物的微粒數(shù)目比和質(zhì)量比，并認識微粒的質(zhì)量比是化學(xué)計量數(shù)與相對分子質(zhì)量的乘積之比，然后通過成倍地改變化學(xué)方程式中各物質(zhì)的計量數(shù)，得出反應(yīng)物和生成物的微粒數(shù)目比和質(zhì)量比都是恒定的，幫助學(xué)生建立對“符號表征”的定量認識，為后續(xù)計算學(xué)習(xí)作準(zhǔn)備。

第三層次設(shè)置在“依據(jù)化學(xué)方程式的計算”中。從學(xué)生熟悉的簡單化學(xué)反應(yīng)入手（如電解水），先要求學(xué)生完成相關(guān)任務(wù)并討論有關(guān)問題：①書寫該反應(yīng)的化學(xué)方程式，畫出該反應(yīng)的微觀示意圖，說明各物質(zhì)的微粒數(shù)目比是多少？②該反應(yīng)中各物質(zhì)的微粒質(zhì)量比是多少？各物質(zhì)的質(zhì)量比是多少？③電解18kg水能獲得氫氣多少？氧氣多少？④電解72kg水能獲得氫氣多少？氧氣多少？⑤若要得到4kg氫氣，需要電解多少水？同時得到多少氧氣？⑥若要得到12kg氫氣，需要電解多少水？同時得到多少氧氣？⑦結(jié)合以上問題，你發(fā)現(xiàn)了什么規(guī)律？以上系列問題看似簡單，但對初中生而言，通過這些問題的學(xué)習(xí)過程，在其腦海中已經(jīng)深深形成了化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)的質(zhì)量比恒定的觀念，接下來再結(jié)合例題學(xué)習(xí)計算步驟、練習(xí)解題規(guī)范就沒有障礙了。

2.4第四階段：離子組合階段

即酸、堿、鹽學(xué)習(xí)后的離子組合階段，包括初步的電荷守恒階段，主要是在學(xué)習(xí)復(fù)分解反應(yīng)的過程中，這個階段需要教師幫助學(xué)生實現(xiàn)從“關(guān)注反應(yīng)特征”到“關(guān)注反應(yīng)本質(zhì)”的思維轉(zhuǎn)換。

復(fù)分解反應(yīng)是酸、堿、鹽溶液中相互反應(yīng)規(guī)律的核心知識，是培養(yǎng)學(xué)生守恒觀的重要載體?！督炭茣分嘘P(guān)于復(fù)分解反應(yīng)的概念為：兩種化合物相互交換成分，生成兩種新的化合物，這類反應(yīng)稱為復(fù)分解反應(yīng)。這里的“相互交換成分”本質(zhì)上就是離子的交換，即離子的重新組合，這種交換具有一定的規(guī)則，能表達這種規(guī)則的就是離子符號。因此，為加強“關(guān)注反應(yīng)本質(zhì)”的理解，教學(xué)中可以分為3個層次處理。

第一層次，讓學(xué)生形成對溶液的“微觀本質(zhì)”的認識。充分利用學(xué)生已知知識，始終抓住酸、堿、鹽中熟悉的物質(zhì)，讓學(xué)生說出其溶液中的離子，并且這些離子能自由移動，在溶液中有固定的數(shù)目比，溶液呈電中性。這樣就為后續(xù)的解釋“反應(yīng)前后離子種類沒有改變”和“離子交換遵循電荷守恒”作了鋪墊。

第二層次，培養(yǎng)學(xué)生對酸、堿、鹽的“宏觀一微觀一符號”的“三重表征”思維。讓學(xué)生熟練書寫最常見的離子符號，進而過渡到只要提到某酸、堿、鹽的溶液，學(xué)生的頭腦中就有正確的離子符號；只要提到某酸、堿、鹽的溶液中的離子，學(xué)生就能知道是什么物質(zhì)的溶液，為后續(xù)書寫常見復(fù)分解反應(yīng)的化學(xué)方程式遵循“化合價不改變”或“等價交換”作準(zhǔn)備。

第三層次，引導(dǎo)學(xué)生重新領(lǐng)悟復(fù)分解反應(yīng)的實質(zhì)。即兩種化合物（一般是酸、堿、鹽）在溶液中相互交換離子，結(jié)合成的另外兩種化合物中至少有一種在溶液中難以再生成自由移動的離子（沉淀、氣體或水），這樣學(xué)生就能從離子角度理解反應(yīng)前后離子的種類沒有改變的原因一一離子守恒，也進一步體會離子交換時的“等價交換”的本質(zhì)一一初步的電荷守恒。建立了初步的電荷守恒思想，也便于學(xué)生對“電中性的分子中，為什么元素化合價的代數(shù)和等于零？”、“稀硫酸中H⁺和S（o_{4）^2-的個數(shù)比為什么是2：1？”等問題有了新的解釋，起到了觸類旁通的效果。}

2.5第五階段：本質(zhì)認識階段

即元素守恒的本質(zhì)認識階段，這個階段是在學(xué)生學(xué)習(xí)了初中常見的化學(xué)反應(yīng)以后逐步形成的，需要教師幫助學(xué)生實現(xiàn)從“物質(zhì)改變”到“元素守恒”的思維轉(zhuǎn)換。

發(fā)展學(xué)生從元素的角度認識化學(xué)變化，即形成“化學(xué)變化過程中元素不變”的觀念一一元素守恒?；瘜W(xué)變化的本質(zhì)特征是生成新物質(zhì)，即物質(zhì)種類發(fā)生改變，而對質(zhì)量守恒定律的理解義必須形成質(zhì)量總和不變的認識，然后再逐步過渡到化學(xué)反應(yīng)前后元素的質(zhì)量不變（元素守恒），這種在化學(xué)變化中的“變”與“不變”的思維沖突也給學(xué)生在理解元素守恒時帶來了障礙。教學(xué)中，為加強學(xué)生對“元素守恒”的認識，教師要對《課程標(biāo)準(zhǔn)》和《教科書》進行立體解讀，從不同維度、不同層面觀照文本，獲得對文本的全息解讀，處理好文本解讀中多種意義之間的辯證關(guān)系。具體可以分為3個層次處理。

第一層次，知道“元素守恒”。《教科書》在學(xué)習(xí)質(zhì)量守恒定律之前就已經(jīng)對元素觀作了預(yù)設(shè)和鋪墊，例如，在“第1章開啟化學(xué)之門”中有兩處敘述：①科學(xué)告訴我們，一種物質(zhì)可以通過化學(xué)變化變成其他物質(zhì)，但反應(yīng)物及生成物中應(yīng)含有同種元素；②化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)特征是有新物質(zhì)生成，但在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程中，元素本身并未發(fā)生變化，只不過重新組合形成了新物質(zhì)。以上內(nèi)容是在學(xué)生還沒有建立“元素”概念之前的，只要求學(xué)生“知道”、“記住”、“說出”結(jié)論，會“例舉”、“找到”化學(xué)反應(yīng)中的不變元素，不需要作過多的原因解釋，這是形成“元素守恒”認知水平中的低級水平。

第二層次，認識“元素守恒”。學(xué)習(xí)質(zhì)量守恒定律，將引領(lǐng)學(xué)生進一步認識化學(xué)變化的本質(zhì)，揭示化學(xué)反應(yīng)的規(guī)律，解決學(xué)生以前的疑惑，如化學(xué)反應(yīng)前后元素種類為什么不變，元素質(zhì)量為什么不變。教學(xué)中，要采取“討論交流”、“圖示模型”、“動畫模型”等形式，讓學(xué)生在自主與合作學(xué)習(xí)中，從分子、原子的角度去分析理解化學(xué)變化，主動形成對化學(xué)反應(yīng)的微觀本質(zhì)認識，即化學(xué)反應(yīng)前后原子種類、數(shù)目不變，原子質(zhì)量不變；化學(xué)反應(yīng)前后原子組合方式（“分子”）不同，形成了新“分子”。然后引導(dǎo)到宏觀層面，認識到元素種類不變、元素質(zhì)量不變、物質(zhì)的質(zhì)量總和不變以及物質(zhì)種類改變，于是，“物質(zhì)改變”與“元素守恒”的思維沖突就會逐步化解，這是形成“元素守恒”認知水平中的中級水平。

第三層次，理解“元素守恒”。在學(xué)習(xí)酸、堿、鹽的反應(yīng)中，從離子的角度分析化學(xué)變化，需要學(xué)生“理解”、“解釋”、“區(qū)分”不同類型的反應(yīng)中“元素守恒”，能對反應(yīng)中“元素守恒”做出理性判斷，并能用于簡單計算。教學(xué)中，要通過不同的事例，幫助學(xué)生尋找化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量比例關(guān)系，如“分子與原子之間”、“原子與原子之間”、“元素與物質(zhì)之間”等等，最終利用元素守恒從多角度尋找正確的質(zhì)量比例關(guān)系，解決有關(guān)實際問題，這是形成“元素守恒”認知水平中的高級水平。

這種“宏觀一微觀一宏觀”認識過程培養(yǎng)了學(xué)生從宏微觀多角度理解化學(xué)變化的意識和能力，也培養(yǎng)了“作為化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵能力”所包含的化學(xué)信息能力（包括對化學(xué)物質(zhì)及其變化信息初步的識別、收集、結(jié)構(gòu)化、計算、變換、推理、應(yīng)用能力等）和化學(xué)學(xué)習(xí)能力（包括宏微結(jié)合、分類研究等化學(xué)認知策略及能力、自主與合作學(xué)習(xí)能力等）。初中階段守恒觀的構(gòu)建，也為學(xué)生進入高中階段進一步學(xué)習(xí)原子守恒、元素守恒、電荷守恒、電子得失守恒和能量守恒等奠定了堅實的基礎(chǔ)。

3教學(xué)中應(yīng)注意的問題

3.1突出基本觀念，不游離課標(biāo)

初中生守恒觀的構(gòu)建要以《課程標(biāo)準(zhǔn)》為準(zhǔn)繩。既要注意與高中內(nèi)容的銜接，更要注意與高中學(xué)習(xí)要求的區(qū)別；既要突出基本觀念的形成，也要關(guān)注學(xué)生的持續(xù)發(fā)展。教學(xué)中情境的設(shè)置、問題的設(shè)計、教學(xué)資源的開發(fā)、評價方式的選擇等要與學(xué)生的認知結(jié)構(gòu)相結(jié)合，不可游離在《課程標(biāo)準(zhǔn)》之外。

3.2放大學(xué)習(xí)過程，不急功近利

初中生守恒觀的構(gòu)建需要學(xué)生主動建構(gòu)。教學(xué)中要對相關(guān)難點進行細化處理，增加學(xué)習(xí)材料或連續(xù)問題，供學(xué)生交流討論，適當(dāng)延長學(xué)習(xí)時間，把難點突破的過程放大。在這方面教師要有耐心，要“等待”，不能“急功近利”，不宜將教師理解的技巧和梳理的要點直接呈現(xiàn)給學(xué)生，要耐心幫助學(xué)生理解與建構(gòu)，把握突破難點的最佳時機。

3.3做出整體規(guī)劃，不一步到位

初中生守恒觀的構(gòu)建過程也是學(xué)生持續(xù)進步的過程。教學(xué)中應(yīng)結(jié)合學(xué)生的已有經(jīng)驗，針對學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)發(fā)展的不同階段，對教學(xué)單元、教學(xué)內(nèi)容做出整體規(guī)劃，科學(xué)設(shè)置單元或課時教學(xué)目標(biāo)，注意新授課與復(fù)習(xí)課的區(qū)別、單一角度認識與多角度認識的區(qū)別，把握循序漸進要求，化解相關(guān)難點，不要幻想“一步到位”式的教學(xué)內(nèi)容或教學(xué)設(shè)計，不增加學(xué)生認知上的障礙。

3.4控制試題難度，不超越基礎(chǔ)

初中生守恒觀的構(gòu)建需要保護學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。建立了守恒觀以后，應(yīng)用的難點往往是在化學(xué)計算中，編制聯(lián)系實際的化學(xué)計算試題時，要根據(jù)“課程內(nèi)容”控制試題難度，不要超越學(xué)生的知識基礎(chǔ)，要考慮知識內(nèi)容的深廣度，不能拔高要求，防止學(xué)生面對化學(xué)計算時產(chǎn)生畏懼心理，挫傷他們的學(xué)習(xí)積極性。

總之，初中階段守恒觀的構(gòu)建是一個循序漸進的過程，需要我們以“質(zhì)量守恒定律”主題教學(xué)為核心，整體規(guī)劃教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容，有效把握學(xué)生的認識進階，努力幫助學(xué)生解決好相關(guān)的思維轉(zhuǎn)換，精心設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，組織有效的學(xué)習(xí)活動。這樣，就能促進學(xué)生形成“化學(xué)變化過程中元素不變”的觀念，提高學(xué)生分析和解決問題的能力。endprint