證據(jù)推理讓教學(xué)回歸本真

沈兆剛

摘要： “質(zhì)量守恒定律”（即化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系）是一個比較重要的課例。在檢視知網(wǎng)已有文獻和品讀滬教版教材的基礎(chǔ)上，嘗試建立“基于證據(jù)”的教學(xué)流程并進行教學(xué)實踐。通過教學(xué)與反思，認識到基于證據(jù)的教學(xué)設(shè)計可以使教學(xué)回歸本真，有利于幫助學(xué)生建構(gòu)“變化觀”、“守恒觀”、“科學(xué)本質(zhì)觀”等化學(xué)基本觀念，對形成特有的“基于證據(jù)”、“宏微符”的思維方式有重要作用。

關(guān)鍵詞： 質(zhì)量關(guān)系； 基于證據(jù)； 質(zhì)量守恒定律； 化學(xué)教學(xué)

文章編號： 10056629（2018）10004506中圖分類號： G633.8文獻標(biāo)識碼： B

1常見教學(xué)設(shè)計分析

質(zhì)量守恒定律（即化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系）是一個比較重要的課例，筆者檢索知網(wǎng)中的相關(guān)文獻，認為常見的教學(xué)模式主要有三種，見表1。

三種模式的演進與教師教學(xué)理念的更新是同步的，它導(dǎo)致教學(xué)活動發(fā)生了如下的變化： （1）教與學(xué)的關(guān)系變了，從關(guān)注怎么教到關(guān)注怎么學(xué)，做到了以學(xué)定教。（2）課堂的主角變了，從教師轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生，教師主導(dǎo)作用逐漸不著痕跡，而學(xué)生的主體地位凸顯。（3）研究對象也拓展了，從探究物質(zhì)的變化規(guī)律到“化學(xué)家”的參與，不僅師生互動、生生互動，而且與化學(xué)家“互動”，情感體驗大大增強，能夠幫助學(xué)生養(yǎng)成勤于思考、敢于質(zhì)疑、嚴(yán)謹(jǐn)求實、執(zhí)著堅毅等品格。

科學(xué)探究是一種高效的學(xué)習(xí)方式，它對應(yīng)著科學(xué)知識的產(chǎn)生過程，已經(jīng)成為化學(xué)課程改革的重點突破口。但是，在教學(xué)實踐中我們有時會過于注重形式，使教學(xué)程式化。如果能抓住問題研究的起點，基于證據(jù)組織教學(xué)，教學(xué)過程“自然而然”，學(xué)生則會主動探究，全心投入學(xué)習(xí)。

2從核心素養(yǎng)培養(yǎng)的視角品讀教材

教育部發(fā)布的學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)明確指出，學(xué)生要掌握必備的“文化基礎(chǔ)”?！拔幕A(chǔ)”部分明確指出要幫助學(xué)生形成理性思維，其中重點之一是尊重事實和證據(jù)，有實證意識和研究的求知態(tài)度。證據(jù)推理和模型認知是化學(xué)特有的思維方法，是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)容之一。以此品讀滬教版教材第4章第2單元，可以發(fā)現(xiàn)以下的變化。

2.1教學(xué)單元重新調(diào)整

“質(zhì)量守恒定律”的內(nèi)容一般分三部分： 一是質(zhì)量守恒定律，二是化學(xué)變化的表示方法，三是化學(xué)變化中的定量計算。而滬教版教材編寫思路已經(jīng)發(fā)生了較大的改變，第4章第2單元僅相當(dāng)于第一部分，突出了化學(xué)反應(yīng)中質(zhì)量關(guān)系的重要性。從教學(xué)實踐看，單元設(shè)置更合理，容易操作。

2.2題目修改獨具匠心

“質(zhì)量守恒定律”或者“定量認識化學(xué)變化”中的第一單元“質(zhì)量守恒定律”，是一種結(jié)論式判斷。這個標(biāo)題的出現(xiàn)，已經(jīng)讓這節(jié)課的活動探究變得毫無懸念，探究實驗也因此變成了驗證性實驗。教學(xué)的流程大體是構(gòu)建質(zhì)量守恒觀，然后就是質(zhì)量守恒定律的應(yīng)用。“化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系”則不同，它是一種陳述式，說明本課的研究對象是化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系。讀了這個標(biāo)題，令人不禁會產(chǎn)生這樣的疑問： 化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量存在著什么樣的關(guān)系？這樣教材就改變了原來的編寫邏輯： 從探究過程的體驗到基于證據(jù)的推理。隨之，教學(xué)活動也變成了自我驅(qū)動的問題解決模式。

2.3史料呈現(xiàn)方式不同

以往教材的編寫暗含著質(zhì)量守恒定律的發(fā)現(xiàn)史，盡量做到化學(xué)史與學(xué)生實驗探究的有機融合，但是不少的化學(xué)史料都放在拓展視野部分，教學(xué)實踐中往往可能會被忽視。而滬教版教材則如此處理，從火柴燃燒引起的固體質(zhì)量減小，到加熱金屬后固體質(zhì)量增加，最后到質(zhì)量守恒定律的發(fā)現(xiàn)，化學(xué)史融入到了實驗探究的“收集證據(jù)”環(huán)節(jié)之中。這樣的好處是，借助于對學(xué)生有挑戰(zhàn)性的科學(xué)問題解決，使科學(xué)教學(xué)過程成為科學(xué)活動的“簡約復(fù)演”，從而在與科學(xué)大師的思想和精神的交流之中、在教師與學(xué)生的互動之中、在自然與社會的生動情境之中進行科學(xué)教學(xué)，學(xué)生在這一過程中也就成為活動的主體和發(fā)現(xiàn)者[4]。

基于以上分析，筆者選擇“基于證據(jù)”的核心素養(yǎng)作為本節(jié)課的重要教學(xué)目標(biāo)之一。

3基于證據(jù)的教學(xué)過程設(shè)計

3.1基于證據(jù)的教學(xué)模式

傳統(tǒng)教學(xué)存在“功利性”傾向。先通過1～2個教師演示實驗來“驗證”質(zhì)量守恒定律（甚至可能以講代做），后對質(zhì)量守恒定律的要點進行解讀，接著再從微觀角度進行解釋，最后重點介紹質(zhì)量守恒定律在“解題”中的應(yīng)用，教學(xué)模式如圖1所示。

滬教版教材的編寫，則采用了基于證據(jù)的模式，該模式是以關(guān)注學(xué)習(xí)起點、培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力為價值取向的。根據(jù)標(biāo)題我們可以提出“化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量存在著什么樣的關(guān)系”這個問題。然后尋找證據(jù)，從生活中尋找，到實驗中探究，通過不完全歸納推理發(fā)現(xiàn)質(zhì)量守恒定律。為了使實驗結(jié)論更加可靠，我們還要建立證據(jù)和結(jié)論之間的邏輯關(guān)系，微觀模擬圖可以做出合理的解釋，這也作為了一種證據(jù)。由于這個證據(jù)，使得質(zhì)量守恒定律成為一個較為可靠的結(jié)論，其教學(xué)模式如圖2所示?；谧C據(jù)的教學(xué)模式往往使化學(xué)學(xué)習(xí)合乎邏輯且有實效。

圖2基于證據(jù)的教學(xué)模式

對基于證據(jù)的教學(xué)而言，證據(jù)的收集尤為重要。一般情況下，教材的編寫者基本上已經(jīng)為我們遴選了可行的實驗，它們操作簡單、現(xiàn)象明顯，可以分組進行實驗探究，達到了學(xué)習(xí)所需要的基本要求。我們可以補充一些個性化的證據(jù)，比如學(xué)生的生活經(jīng)驗，引起學(xué)生的共鳴，讓學(xué)生感受到化學(xué)的實用性。有時我們也可以向?qū)W生介紹一些教師經(jīng)歷的“證據(jù)”，比如旅游中碰到的化學(xué)知識、影視中的化學(xué)元素等。這樣的化學(xué)學(xué)習(xí)往往帶有趣味性且很有意義。

基于證據(jù)的教學(xué)不能僅僅止于證據(jù)，而應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生進行合情合理的推斷，產(chǎn)生新的結(jié)論，否則一無所獲。教師有必要跟學(xué)生簡單介紹一些邏輯推理的方法，注意不完全歸納和完全歸納的區(qū)別，不完全歸納與科學(xué)歸納的區(qū)別等。這樣學(xué)生就可以透過現(xiàn)象去探究本質(zhì)規(guī)律。所以，基于證據(jù)的推理使得學(xué)生的學(xué)習(xí)思維充滿了張力，這樣的化學(xué)學(xué)習(xí)有挑戰(zhàn)、有魅力。

3.2基于證據(jù)的教學(xué)過程

3.2.1引入新課

[師]同學(xué)們，我們已經(jīng)知道化學(xué)變化中發(fā)生了質(zhì)的變化，我們今天主要研究化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系（板書課題）。

3.2.2交流討論

3.2.3活動探究

[師]剛才我們研究的對象都是固體的質(zhì)量，生活經(jīng)驗和實驗現(xiàn)象的這些證據(jù)告訴我們發(fā)現(xiàn)有的減少了，有的增加了。那時，我們對空氣成分還不太清楚?，F(xiàn)在，我們知道氧氣、二氧化碳等氣體。你能對固體質(zhì)量發(fā)生的變化進行解釋嗎？

[生]木炭與氧氣反應(yīng)后，生成了二氧化碳氣體，所以固體質(zhì)量減少。加熱銅粉的過程中氧氣參與了反應(yīng)，生成了氧化銅，所以固體質(zhì)量增加了。

[師]觀察我們剛才寫的幾個表達式，我們可不可以轉(zhuǎn)移研究的視角，找出其他的質(zhì)量關(guān)系？

[生]研究反應(yīng)前各物質(zhì)的質(zhì)量總和和反應(yīng)后的各物質(zhì)的質(zhì)量總和的關(guān)系。

[師]質(zhì)量關(guān)系無非是三種： 大于、等于或者小于。你能直覺地猜一猜它們是什么關(guān)系嗎？

[生]等于。

[師]拉瓦錫跟大家一樣，我們來看看他的夢想。

[PPT]播放拉瓦錫的夢想視頻。（截取自央視記錄頻道的“改變世界的方程式1”）

[師]要驗證拉瓦錫的猜想，像波義耳那樣的實驗裝置能不能完成呢？

[生]不能，因為有氧氣參加反應(yīng)，所以應(yīng)該將裝置密封起來。

[師]如果有氣體生成的反應(yīng)，需不需要將裝置密封起來？

[生]需要。

[PPT]對比波義耳與拉瓦錫的實驗裝置圖。圖HHQ53

[生]完成3個實驗并記錄下表：

（1） 在試管中放一些銅粉，用帶有注射器的橡皮塞塞緊試管。加熱前的密封裝置=g，加熱以后的質(zhì)量=g。結(jié)合前面書寫的表達式可以知道。

（2） 硫酸銅溶液與氫氧化鈉溶液反應(yīng)前的裝置總質(zhì)量=g，硫酸銅溶液與氫氧化鈉溶液反應(yīng)后的裝置總質(zhì)量=g，根據(jù)教材提供的表達式，你可以找出該反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系為。

（3） 碳酸鈣與鹽酸反應(yīng)前的裝置總質(zhì)量=g，反應(yīng)后的裝置總質(zhì)量=g，結(jié)合所學(xué)的知識，你可以找出該反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系為。

[師]請畫出反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量總和與反應(yīng)時間的關(guān)系。

3.2.4交流討論

[師]剛才的幾個實驗，我們得出了“參加反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量總和等于生成的各物質(zhì)的質(zhì)量總和”的結(jié)論。我們用的是歸納法，事實證據(jù)如此。但是，我們是不可能完全窮舉的。它的結(jié)論是否一定正確呢？我們還需要一個解釋，如果能證明這個結(jié)論是正確的，那這個結(jié)論的可靠性就大大增強了。

[PPT]展示鎂帶燃燒的微觀模擬圖。

[師]你能從分子、原子的層次對質(zhì)量守恒定律作出解釋嗎？

[生]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。所以，剛才的結(jié)論是可靠的。

3.2.5師生總結(jié)

[師]讓我們回顧一下質(zhì)量守恒定律的發(fā)現(xiàn)過程。

無數(shù)實驗證明，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。這個規(guī)律叫做質(zhì)量守恒定律（law of conservation of mass）。

3.2.6練習(xí)實踐

1 鎂帶在耐高溫的容器中（內(nèi)含氧氣）密封加熱，下圖能正確表示容器里所盛的物質(zhì)總質(zhì)量變化的是（）

2 用質(zhì)量守恒定律解釋下列現(xiàn)象：

（1） 加熱高錳酸鉀，固體質(zhì)量為什么減小了？

（2） 鐵絲燃燒后，固體質(zhì)量為什么增加了？

3 某物質(zhì)在空氣中燃燒，生成水和二氧化硫，則該物質(zhì)中一定含有、元素，可能含有元素。

4 將一定質(zhì)量的a、 b、 c、 d四種物質(zhì)放入一密閉容器中，在一定條件下反應(yīng)一段時間后，測得反應(yīng)后各物質(zhì)的質(zhì)量如下，試完成下面問題。

物質(zhì)abcd

反應(yīng)前質(zhì)量（g）6.43.24.00.5

反應(yīng)后質(zhì)量（g）待測2.567.20.5

（1） 待測的質(zhì)量=。

（2） a是（填“反應(yīng)物”、“生成物”或者“催化劑”，下同），b是，c是，d（填“一定”或者“可能”）催化劑。

4教學(xué)反思——讓教學(xué)回歸本真

4.1把“證據(jù)為本”作為教學(xué)的基點

全視角學(xué)習(xí)理論認為，學(xué)習(xí)本身具有情境性。我們生活環(huán)境就是一個復(fù)雜、真實、開放的情境。有的是自己親身經(jīng)歷的，有的是通過其他途徑獲得的，課堂上創(chuàng)建這些情境可以喚醒他們塵封的記憶。但是人有局限性，教師可以呈現(xiàn)各種各樣的證據(jù)，豐富學(xué)生的情境經(jīng)歷，拓展學(xué)生的視野，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。本課就是試圖創(chuàng)建一個跨越幾百年的情境，圍繞著化學(xué)反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系進行探究，讓學(xué)生感覺到課上所碰到的問題確實是自己真實需要解決的，學(xué)生本身就處在這個情境之中，所以學(xué)生很感興趣。

本課所有活動都基于證據(jù)進行。本節(jié)課先是回憶證據(jù)——在生活經(jīng)驗中尋找有用的證據(jù)。通過木炭、石蠟燃燒這些事實引導(dǎo)學(xué)生討論反應(yīng)中的質(zhì)量關(guān)系，學(xué)生發(fā)現(xiàn)固體質(zhì)量減少了。教師追問： 反應(yīng)中固體質(zhì)量是不是都減少呢？幫助學(xué)生補充證據(jù)——從“金屬加熱”的實驗尋找證據(jù)，修正結(jié)論。再向?qū)W生分享化學(xué)史實中的證據(jù)。最后師生一起尋找微觀證據(jù)，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量守恒定律?！白C據(jù)為本”的教學(xué)活動序列清晰，邏輯清楚，符合學(xué)生認知水平，學(xué)生學(xué)起來很輕松。

4.2引導(dǎo)學(xué)生推理求真

在呈現(xiàn)證據(jù)以后，不少教師就急于告知結(jié)論，然后再通過大量的練習(xí)去鞏固、消化、應(yīng)用這個結(jié)論。其出發(fā)點主要還是想在考試中提高文化成績，但是這樣做往往事與愿違。蘇霍姆林斯基認為，在人的心靈中，都有一種根深蒂固的需要，這就是希望感到自己是一個發(fā)現(xiàn)者、研究者、探索者，這種需要之于學(xué)生尤為強烈[5]。發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)與提高文化成績并不矛盾，抓住學(xué)生的心是發(fā)展核心素養(yǎng)的前提。

華東師范大學(xué)陸有銓教授在揚州新課程學(xué)術(shù)論壇中提出，“不壓制就是創(chuàng)新”。這就啟示我們在課堂上增加空間，給學(xué)生減壓，甚至負壓。這樣，在證據(jù)面前學(xué)生就會主導(dǎo)地與證據(jù)對話，自動地進行聯(lián)想、生發(fā)，與同學(xué)充分地交流，在思維上碰撞出火花。本節(jié)課中，學(xué)生從生活經(jīng)驗和探究實驗出發(fā)，積極主動地合情推理，最終建立了“守恒觀”。

蘇格拉底說，“教育不是灌輸，而是點燃火焰”。在同別人談話、辯論、討論問題的時候，他先裝作一無所知的樣子，把問題提出來向別人請教。通過多次啟發(fā)，誘導(dǎo)別人把他的觀點說出來。教學(xué)中，學(xué)生不能順利解決問題或者偏離方向的時候，教師應(yīng)該學(xué)習(xí)蘇格拉底的做法。在本課中，限于生活經(jīng)驗，學(xué)生容易得出可燃物燃燒過程中固體質(zhì)量減少的結(jié)論。此時，教師引導(dǎo)學(xué)生尋找新的證據(jù)，提供了儀器和藥品，讓學(xué)生自己在實驗中尋找新證據(jù)，推出新結(jié)論。當(dāng)發(fā)現(xiàn)加熱金屬后固體質(zhì)量增加了以后，學(xué)生接受了新事實，產(chǎn)生了新判斷。此時，可以引導(dǎo)學(xué)生轉(zhuǎn)移研究視角，研究物質(zhì)總質(zhì)量的關(guān)系?；趯嶒灥茸C據(jù)，學(xué)生容易推理出質(zhì)量守恒定律的結(jié)論。找到事實證據(jù)以后，教師再引導(dǎo)學(xué)生分析，找到宏觀事實與結(jié)論之間的微觀解釋，最終使得這個結(jié)論深入人心。

基于證據(jù)的教學(xué)讓教師本真教學(xué)，學(xué)生本色在場。從教學(xué)效果看，教學(xué)模式簡潔，符合學(xué)生認知水平，既有效建構(gòu)了“變化觀”、“守恒觀”、“科學(xué)本質(zhì)觀”等化學(xué)基本觀念，又幫助學(xué)生形成了“基于證據(jù)的推理”、“宏微符”的學(xué)科思維方式。從表現(xiàn)評價看，學(xué)生很喜歡這樣的課堂，開心地期待下一次“基于證據(jù)”的學(xué)習(xí)。

參考文獻：

[1]王震寧.運用“任務(wù)驅(qū)動”法進行“質(zhì)量守恒定律”“教學(xué)設(shè)計”[J].化學(xué)教學(xué)， 2011，（2）： 32～34.

[2]王憲德.“質(zhì)量守恒定律”活動與探究課的設(shè)計[J].化學(xué)教學(xué)， 2012，（10）： 36～38.

[3]吳瓊英.化學(xué)史融入探究教學(xué)的實踐與思考——以質(zhì)量守恒定律為例[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考， 2017，（10）： 20～22.

[4]孟獻華，倪娟.科學(xué)史教育中的學(xué)科立場與實踐取向[J].化學(xué)教學(xué)， 2016，（4）： 23.

[5]蘇霍姆林斯基著.杜殿坤編譯.給教師的100條建議[M].北京： 教育科學(xué)出版社，1984（2015.8重印）： 63.