基于發(fā)展思維能力的論證式教學(xué)
——以質(zhì)量守恒定律為例

福建省三明市尤溪縣教師進修學(xué)校 甘成秋

化學(xué)教育教學(xué)的目的在于促進學(xué)生掌握學(xué)科知識，理解學(xué)科本質(zhì)，提升學(xué)科素養(yǎng)。學(xué)生通過探究化學(xué)知識產(chǎn)生、發(fā)展過程，增進對學(xué)科的理解。隨著對學(xué)科的理解不斷深入，學(xué)生會逐步掌握化學(xué)學(xué)科所蘊含的學(xué)科思想方法。因此，在化學(xué)教育教學(xué)過程中，學(xué)科知識是載體，學(xué)科理解是手段，發(fā)展學(xué)科素養(yǎng)是目標(biāo)。

為了促進學(xué)生對化學(xué)學(xué)科的本質(zhì)理解，就需要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會像科學(xué)家一樣思考問題，經(jīng)歷知識產(chǎn)生過程的論證。學(xué)生能夠根據(jù)已有的經(jīng)驗事實對化學(xué)問題做出假設(shè)，確定尋求證據(jù)的途徑和方法，對獲得的證據(jù)進行必要的推理、證實或證偽假設(shè)，解釋證據(jù)與結(jié)論之間的關(guān)系。

質(zhì)量守恒定律是初中化學(xué)教學(xué)中重要的概念，是引導(dǎo)學(xué)生從定性研究轉(zhuǎn)向定量研究化學(xué)變化的開端，為后續(xù)學(xué)習(xí)化學(xué)提供了方法論學(xué)習(xí)價值。雖然教師經(jīng)歷課改，在課堂教學(xué)中能轉(zhuǎn)變教學(xué)方式，轉(zhuǎn)向以探究式教學(xué)為主。但是，有的時候他們卻陷入機械模仿的泥沼。因此，筆者將論證教學(xué)引入其中，以達到促進學(xué)生素養(yǎng)提升的目的。

一、以史啟智，問題導(dǎo)學(xué)

化學(xué)史有助于重現(xiàn)人類研究相關(guān)化學(xué)問題的歷史背景。通過引導(dǎo)學(xué)生與精選的化學(xué)史課程資源對話，幫助其認(rèn)識化學(xué)知識的探索歷程，從中領(lǐng)悟化學(xué)研究過程所采用的學(xué)科思想、方法。同時，認(rèn)識到化學(xué)知識的形成不是一蹴而就的，而是化學(xué)家經(jīng)過不懈努力探尋科學(xué)本質(zhì)的過程。幫助學(xué)生樹立勇于質(zhì)疑、探索、創(chuàng)新的科學(xué)品質(zhì)。

人類歷史上為解決冶金工業(yè)問題，開展了大量有關(guān)燃燒現(xiàn)象的研究。隨著對燃燒現(xiàn)象研究的不斷深入，燃素學(xué)說應(yīng)運而生。學(xué)說的基本內(nèi)容是任何可燃物都具有燃素，在燃燒過程中可燃物會釋放燃素，而造成可燃物質(zhì)量變化。其數(shù)學(xué)表達式：可燃物-燃素=灰燼。

教師在展示燃素學(xué)說以后，讓學(xué)生運用該學(xué)說解釋蠟燭燃燒質(zhì)量減少、鎂條燃燒質(zhì)量增加兩種現(xiàn)象。學(xué)生在解釋蠟燭燃燒時比較容易得出灰燼的質(zhì)量比可燃物小，這是由燃素揮發(fā)造成的。但是，在解釋鎂條燃燒質(zhì)量增加時，卻遇到燃素學(xué)說對其無法進行合理解釋。此時，教師可適時拋出問題：化學(xué)變化前后，反應(yīng)物與生成物之間質(zhì)量存在什么樣的關(guān)系？說出你的依據(jù)。學(xué)生在燃素學(xué)說與兩種變化質(zhì)量相互矛盾的化學(xué)反應(yīng)基礎(chǔ)上，會對所認(rèn)識的化學(xué)反應(yīng)從量方面做出自己的選擇。有些學(xué)生認(rèn)為化學(xué)反應(yīng)前后不相等，有些認(rèn)為應(yīng)該是相等。不論是哪種認(rèn)識，其認(rèn)識都是以學(xué)生已有的經(jīng)驗作為基礎(chǔ)。較之前教師隨意給出一個反應(yīng)，讓學(xué)生盲目猜想化學(xué)反應(yīng)前后質(zhì)量關(guān)系，這種教學(xué)處理更具教學(xué)智慧，讓學(xué)生思維更有抓手。因此，教師在化學(xué)課堂論證教學(xué)過程中，應(yīng)充分發(fā)揮化學(xué)史啟迪學(xué)生思維的作用，讓學(xué)生在具體、真實的情境中像科學(xué)家一樣形成自己的猜想或主張，從而引導(dǎo)學(xué)習(xí)持續(xù)深入。

二、任務(wù)驅(qū)動，豐富證據(jù)

在學(xué)生內(nèi)心深處總存在著一種內(nèi)驅(qū)力，驅(qū)使學(xué)生積極探尋一些證據(jù)證實自己的猜想或主張。那何為證據(jù)？《現(xiàn)代漢語詞典》對“證據(jù)”一詞的界定是，能用于證明事物真實性的事實或材料。從這個定義出發(fā)，可以看出能作為證據(jù)使用的事實或材料應(yīng)具有科學(xué)性，經(jīng)得起推敲、檢驗；證據(jù)來源應(yīng)具有可靠性，具體來源可為生活、生產(chǎn)事實，科研文獻資料，實驗數(shù)據(jù)，已被證實的定理、定律等；證據(jù)類型還應(yīng)具有豐富性，在采集證據(jù)時應(yīng)注意從不同的視角收集相關(guān)的材料，并使之能相互印證。為了充分驗證化學(xué)反應(yīng)前后的質(zhì)量關(guān)系，需收集豐富、可靠的證據(jù)證實或證偽猜想或主張。

基于以上考慮，教師可引導(dǎo)學(xué)生從文獻、實驗、理論等三個方面收集可靠證據(jù)。文獻證據(jù)可讓學(xué)生在課前查閱與質(zhì)量守恒定律相關(guān)的文獻資料。但是，在課堂教學(xué)過程中，教師只能展示部分精選的文獻資料。通過對這些資料分析，教會學(xué)生如何在大量文獻資料中選擇可靠的資料作為證據(jù)。從為解決冶金工業(yè)鼓入多少空氣開始，到提出燃素學(xué)說，再到隨著科學(xué)技術(shù)的進步，發(fā)現(xiàn)燃素學(xué)說不能解釋新的現(xiàn)象，從而出現(xiàn)了氧化學(xué)說取代燃素學(xué)說，教師需從這些歷史進程中，精選代表性化學(xué)家作為分析對象，分析其在前人基礎(chǔ)上如何開展燃燒現(xiàn)象的研究，并發(fā)現(xiàn)質(zhì)量守恒定律。如拉瓦錫在波義耳實驗的基礎(chǔ)上，通過改進實驗裝置，將開口的曲頸瓶加裝一個鐘罩并液封，使之成為密閉容器。兩位化學(xué)家通過兩種裝置得出不同的結(jié)論。這些資料都是化學(xué)家真實開展的實驗，可直接用作證據(jù)。

實驗數(shù)據(jù)也是一種重要證據(jù)類型。在本課中，教師在分析環(huán)境與體系關(guān)系的基礎(chǔ)上，向?qū)W生提供紅磷在密閉的錐形瓶中燃燒，在敞口容器中進行鐵跟硫酸銅、碳酸鈉與稀鹽酸反應(yīng)，鎂帶燃燒等幾組實驗，通過這些實驗讓學(xué)生獲得化學(xué)變化前后質(zhì)量關(guān)系直接證據(jù)。

理論證據(jù)作為規(guī)律性證據(jù)，具有普適性，學(xué)生需在教師指導(dǎo)、點撥下使用。人們經(jīng)過大量事實證實分子、原子是客觀存在的。運用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，部分物質(zhì)的分子、原子形狀以及運動方式也可被直接觀察，進而再次證實分子、原子學(xué)說理論的可靠性。因此，學(xué)生在第三單元所學(xué)的分子—原子學(xué)說及其模型圖也可作為理論證據(jù)使用。

三、推理求真，形成結(jié)論

《現(xiàn)代漢語詞典》對“推理”的界定是，從一個或多個判斷推出結(jié)論的思維過程。具體到化學(xué)學(xué)科時，推理就是依據(jù)化學(xué)概念、原理，化學(xué)事實，運用分析、概括、歸納等推理方式，得出結(jié)論的高級思維過程。其推理形式可分兩種。一種是線性推理，可由證據(jù)直接推導(dǎo)出結(jié)論。另一種為循環(huán)推理，其特點是根據(jù)已有證據(jù)需做出假設(shè)，在此基礎(chǔ)上再繼續(xù)尋找新證據(jù)證實或證偽假設(shè)。若假設(shè)不成立，需重新審視原有證據(jù)，再次進行假設(shè)，找證據(jù)等程序，依此循環(huán)，直到找到新證據(jù)推出結(jié)論過程。在實際教學(xué)過程中，通常將線性推理與循環(huán)推理過程混合使用，效果才更加明顯。

在本課中，學(xué)生根據(jù)蠟燭燃燒質(zhì)量變化，推出化學(xué)反應(yīng)前后質(zhì)量會減少的假設(shè)。依據(jù)鎂帶燃燒質(zhì)量增加，做出化學(xué)變化前后質(zhì)量增加的假設(shè)。到底哪種假設(shè)成立，或兩種假設(shè)都不成立，就需要重新尋找新的證據(jù)進行證實或證偽。歷史上拉瓦錫將汞放入密閉的曲頸甄再加熱，得出反應(yīng)前后質(zhì)量相等。并以此為證據(jù)，對上述兩種假設(shè)進行了證偽。但要得出化學(xué)變化前后質(zhì)量相等的推理過程，到此并沒有結(jié)束，拉瓦錫實驗只是科學(xué)探究過程中一個實例，不能確定是否存在偶然因素。為此，要證實拉瓦錫的實驗，需要繼續(xù)尋找其他證據(jù)。

至此，教師需引導(dǎo)學(xué)生分析以上三個實驗裝置上有何不同，運用已學(xué)的空氣成分知識，對實驗所得到的結(jié)論可靠性進行論證。得出有氣體參加的反應(yīng)需要在密閉容器中進行，方能保證得出的證據(jù)更可靠?；谶@種認(rèn)識，教師讓學(xué)生進行教材中紅磷燃燒，鐵跟硫酸銅、碳酸鈉與稀鹽酸反應(yīng)的實驗。在實驗的基礎(chǔ)上，還要求學(xué)生繼續(xù)分析這三個實驗中哪些物質(zhì)參加了反應(yīng)，反應(yīng)前后的質(zhì)量存在什么關(guān)系。學(xué)生經(jīng)過實驗后，逐步建立“化學(xué)反應(yīng)前后，參加反應(yīng)的各物質(zhì)質(zhì)量總和等于生成物的質(zhì)量總和”經(jīng)驗事實。但這只是對幾組實驗事實的不完全歸納，還不能作為一般性的規(guī)律運用。

因此，教師還需要以第四單元所學(xué)的“水的組成”為例，引導(dǎo)學(xué)生運用分子－原子知識對其進行解釋，以探尋理論證據(jù)。學(xué)生運用分子－原子模型圖分析水的分解或氧氣和氫氣生成水的過程，認(rèn)識到化學(xué)變化前后原子種類、個數(shù)、質(zhì)量都不變。再將這些理論證據(jù)與前述實驗證據(jù)、文獻證據(jù)結(jié)合起來，最后很自然地得出質(zhì)量守恒這一普遍規(guī)律。

總之，論證式教學(xué)在探明化學(xué)事實本質(zhì)，現(xiàn)象與結(jié)論之間的因果關(guān)系具有重要作用。因此，教師在教學(xué)過程中，首先，要有問題意識，能根據(jù)問題設(shè)計具有層次性、符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的教學(xué)活動。其次，幫助學(xué)生構(gòu)建結(jié)構(gòu)化的知識體系，以影響學(xué)生調(diào)用理論證據(jù)的深度、廣度。最后，要喚醒學(xué)生將問題與證據(jù)進行關(guān)聯(lián)，以期推理更具科學(xué)性、邏輯性。