張冰峰

摘要：通過(guò)對(duì)義務(wù)教育教科書（人教版）不同時(shí)期三個(gè)版本關(guān)于“質(zhì)量守恒定律”課題中探究實(shí)驗(yàn)的對(duì)比分析，尋找實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的衍變軌跡，剖析實(shí)驗(yàn)的導(dǎo)學(xué)作用。建議在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要目的清，讓學(xué)生在核心中學(xué)；要?jiǎng)邮肿?，讓學(xué)生在體驗(yàn)中學(xué)；要變式導(dǎo)，讓學(xué)生在比較中學(xué)。

關(guān)鍵詞：質(zhì)量守恒定律；實(shí)驗(yàn)衍變；導(dǎo)學(xué)功能；教學(xué)建議

文章編號(hào)：1005 - 6629（2015）5 - 0075 - 04

中圖分類號(hào)：G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 教材分析

“質(zhì)量守恒定律”是初中化學(xué)的核心知識(shí)，是學(xué)生從定性到定量認(rèn)識(shí)化學(xué)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，是學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)方程式和進(jìn)行化學(xué)計(jì)算的理論基石，更是學(xué)生理解化學(xué)反應(yīng)實(shí)質(zhì)，形成質(zhì)量觀、守恒觀的階梯。課程標(biāo)準(zhǔn)單獨(dú)設(shè)立了“質(zhì)量守恒定律”主題，詳細(xì)闡明其學(xué)習(xí)的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)[1]，各種版本的教科書也十分重視此課題的內(nèi)容編著，尤其是一線教師特別重視此課題的教學(xué)導(dǎo)學(xué)設(shè)計(jì)，視其為學(xué)好化學(xué)的分水嶺。

近十年來(lái)，我們學(xué)校所在地區(qū)初中化學(xué)先后使用過(guò)“人教版”的三個(gè)版本教科書，分別是以“教學(xué)大綱”為背景，由程名榮、胡美玲主編的“九年制義務(wù)教育三年制初級(jí)中學(xué)化學(xué)教科書（全一冊(cè)）”[2]（以下簡(jiǎn)稱“大綱版”），以“課程標(biāo)準(zhǔn)”為背景，由胡美玲、何少華、王晶主編的“義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)九年級(jí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教科書”[3]（以下簡(jiǎn)稱“課標(biāo)實(shí)驗(yàn)版”），以及以2011年“新課程標(biāo)準(zhǔn)”為背景，由王品，鄭長(zhǎng)龍主編的“義務(wù)教育九年級(jí)化學(xué)教科書”[4]（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)版”）。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，不同背景下的“人教版”教科書的主編關(guān)于“質(zhì)量守恒定律”的章節(jié)編寫卻傳承著相同的編寫導(dǎo)學(xué)思路，見(jiàn)圖1。

遵循這個(gè)思路，教科書充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的導(dǎo)學(xué)功能，設(shè)計(jì)了一系列探究活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生從宏觀事實(shí)角度分析“平衡現(xiàn)象”，從微觀粒子角度分析理解“守恒的實(shí)質(zhì)”，引導(dǎo)學(xué)生用定量分析的方法對(duì)化學(xué)現(xiàn)象以及內(nèi)在反應(yīng)的實(shí)質(zhì)進(jìn)行探究和歸納，從而得出“質(zhì)量守恒”這一化學(xué)反應(yīng)基本規(guī)律。

在教學(xué)中，一線教師需從多角度研究每個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的和意義，力求發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的作用以利于教學(xué)。每次新版教科書也有相應(yīng)改編體現(xiàn)，并呈現(xiàn)出一定的衍變規(guī)律。下面結(jié)合具體的實(shí)驗(yàn)談?wù)勛约旱囊恍┱J(rèn)識(shí)。

2 實(shí)驗(yàn)的衍變分析

宋心琦教授認(rèn)為：“一個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，不論是演示實(shí)驗(yàn)還是教學(xué)實(shí)驗(yàn)，都可以歸納為：作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象的物質(zhì)體系；適當(dāng)?shù)膬x器裝置和必要的安全措施；合理的實(shí)驗(yàn)步驟和規(guī)范的操作技能等三個(gè)方面。[5]”比較發(fā)現(xiàn)，不同背景下的教科書在實(shí)驗(yàn)選擇上都具有代表性，但在物質(zhì)體系、實(shí)驗(yàn)裝置等多方面存在差異，且呈現(xiàn)“衍生漸變”過(guò)程。為了便于陳述和比較，現(xiàn)將三個(gè)版本教科書中“質(zhì)量守恒定律”章節(jié)中選擇的實(shí)驗(yàn)匯集如下（見(jiàn)表1）。

2.1 實(shí)驗(yàn)試劑選用呈現(xiàn)漸變

比較對(duì)照實(shí)驗(yàn)圖2、圖4與圖8，“課標(biāo)實(shí)驗(yàn)版”沿用了與“大綱版”相同的白磷，而“新課標(biāo)版”將白磷改成了紅磷。這種改變是基于安全性的考慮[6]。2007年“課標(biāo)實(shí)驗(yàn)版”教學(xué)參考書特別指出：白磷是一種易白燃而義有劇毒的物質(zhì)，通常儲(chǔ)存在水中，切割白磷也應(yīng)該在水中進(jìn)行。取白磷要用鑷子，不可用手接觸，表面的水分要用濾紙吸干，需快速放置在錐形瓶底中間位置，再用玻璃導(dǎo)管引燃。在實(shí)驗(yàn)時(shí)還要特別注意接觸過(guò)白磷的工具上往往殘留白磷的碎片，不能隨意亂放，殘留的白磷的碎片和吸過(guò)白磷表面水分的濾紙一定要燒掉以保證安全?？梢?jiàn)使用白磷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作要求高、安全注意點(diǎn)多，而紅磷著火點(diǎn)高，不易自燃，且無(wú)毒，在實(shí)驗(yàn)中操作相對(duì)簡(jiǎn)便、從容，安全性高。

比較對(duì)照實(shí)驗(yàn)圖3、圖5與圖9，實(shí)驗(yàn)試劑的變化是將硫酸銅與氫氧化鈉的反應(yīng)改為硫酸銅與鐵釘?shù)姆磻?yīng)。這種試劑的改變可以使實(shí)驗(yàn)中稱量和操作更方便，因?yàn)樵瓕?shí)驗(yàn)中將盛有氫氧化鈉溶液的試管取出并倒人硫酸銅溶液，易導(dǎo)致液體外滴在燒杯外，而將鐵釘放入硫酸銅溶液就很方便，這種試劑的改變還可以避免“氫氧化鈉溶液會(huì)不會(huì)吸收空氣中的二氧化碳”等問(wèn)題的爭(zhēng)論，使引導(dǎo)分析更簡(jiǎn)明。

2.2 實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)呈現(xiàn)漸變

比較對(duì)照實(shí)驗(yàn)圖2與圖4，實(shí)驗(yàn)裝置中將“導(dǎo)熱引燃”的玻璃棒改為玻璃管，并在玻璃管上端增加了一個(gè)氣球，其修改意圖是基于“萬(wàn)一燃燒產(chǎn)生熱量引起橡皮塞蹦出或使玻璃容器破裂導(dǎo)致危險(xiǎn)”的安全性考慮，對(duì)實(shí)驗(yàn)做了“緩沖受熱膨脹”的改進(jìn)，使實(shí)驗(yàn)更安全。

比較對(duì)照實(shí)驗(yàn)圖5與圖9，“新課標(biāo)版”實(shí)驗(yàn)裝置變化是將原來(lái)的敞口實(shí)驗(yàn)體系改為密閉實(shí)驗(yàn)體系，原因是該實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)了其他反應(yīng)，酸性的硫酸銅溶液與鐵反應(yīng)產(chǎn)生了氫氣，雖然極其微量，在準(zhǔn)確度為O.lg的托盤天平也會(huì)產(chǎn)生“平衡”，但是將裝置改成密閉實(shí)驗(yàn)體系，使實(shí)驗(yàn)更科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)。筆者認(rèn)為，探究質(zhì)量守恒定律的“平衡類”實(shí)驗(yàn)應(yīng)該使用密閉體系裝置，因?yàn)椴还芘c外界是否發(fā)生物質(zhì)的交換或反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中水分的揮發(fā)總是客觀存在的。

以上為防止受熱膨脹爆炸所增加的氣球裝置改進(jìn)以及由敞口體系裝置漸變到封閉體系裝置的改進(jìn)，體現(xiàn)了教科書中的實(shí)驗(yàn)在不斷進(jìn)行科學(xué)衍變的過(guò)程。

2.3 實(shí)驗(yàn)的數(shù)目與類型發(fā)生變化

“大綱版”教科書關(guān)于“質(zhì)量守恒定律”的探究實(shí)驗(yàn)只有兩個(gè)：白磷的燃燒（見(jiàn)圖2）、氫氧化鈉溶液與硫酸銅溶液反應(yīng)（見(jiàn)圖3）。這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象都是“平衡”的。實(shí)驗(yàn)體系呈現(xiàn)兩種情況：一個(gè)是封閉的，一個(gè)是敞口的，沒(méi)有關(guān)于實(shí)驗(yàn)“不平衡現(xiàn)象”以及實(shí)驗(yàn)體系密封性的討論等。選擇這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的就是用既簡(jiǎn)單義具代表性的實(shí)驗(yàn)來(lái)闡明“化學(xué)反應(yīng)前后總質(zhì)量相等”的結(jié)論，再用“無(wú)數(shù)實(shí)驗(yàn)證明”一段文字以及教師引導(dǎo)下通過(guò)演繹推理的方法得出了質(zhì)量守恒定理。

為什么“課標(biāo)實(shí)驗(yàn)版”教科書的實(shí)驗(yàn)在原“大綱版”的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上要增加兩個(gè)實(shí)驗(yàn)？分析認(rèn)為，這樣通過(guò)對(duì)不同類型實(shí)驗(yàn)的比較與判斷，能不斷地揭示矛盾和解決矛盾，有利于激發(fā)學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲，也有利于學(xué)生知識(shí)體系的建構(gòu)。以“新課標(biāo)版”為例，學(xué)生通過(guò)前兩個(gè)“平衡”實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察與教師導(dǎo)學(xué)分析，已經(jīng)初步認(rèn)可了化學(xué)反應(yīng)“質(zhì)量守恒”的事實(shí)。在此認(rèn)知基礎(chǔ)上，“課標(biāo)版”教科書增加了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，采用敞口的實(shí)驗(yàn)體系，出現(xiàn)“實(shí)驗(yàn)不平衡”的現(xiàn)象，讓學(xué)生產(chǎn)生“化學(xué)反應(yīng)難道不守恒嗎”的疑問(wèn)，激發(fā)學(xué)生更強(qiáng)烈的求知欲和探究意識(shí)，使學(xué)生透過(guò)不同情況下實(shí)驗(yàn)結(jié)果的表象，思考“是否平衡”與實(shí)驗(yàn)體系密封性的內(nèi)在關(guān)系，強(qiáng)化反應(yīng)物和生成物“一個(gè)都不能少”的思維分析方法，構(gòu)建“守恒是必然的，不平衡是有原因的”的問(wèn)題分析思想。

3 教學(xué)建議

通過(guò)對(duì)三個(gè)版本教科書中實(shí)驗(yàn)的衍變分析，可以體會(huì)到教科書編著者的用心和智慧。葉圣陶認(rèn)為：“教材即使編得非常詳盡，也不過(guò)是某一學(xué)科的提要，加上一些必要的范例罷了；因此，教材只能作為教課的依據(jù)，要教得好，使學(xué)生受到實(shí)益，還靠教師的善于運(yùn)用?！彼越處煶浞肿裱炭茣鴮?shí)驗(yàn)選編的意圖，發(fā)揮實(shí)驗(yàn)資源的作用，創(chuàng)新導(dǎo)學(xué)方式，既有利于教師的導(dǎo)教，更有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)。

3.1 目的清，讓學(xué)生抓住核心學(xué)

在不同的學(xué)習(xí)情境下，每個(gè)實(shí)驗(yàn)的意圖和導(dǎo)學(xué)作用是不同的。根據(jù)“質(zhì)量守恒定律”章節(jié)編寫的導(dǎo)學(xué)思路可以看到，此節(jié)四個(gè)實(shí)驗(yàn)的作用是“驗(yàn)證與修正，體驗(yàn)與運(yùn)用”；是運(yùn)用天平等“衡”儀器，用定量化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究的方法作為學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的體驗(yàn)，從而達(dá)到掌握質(zhì)量守恒定律的目的，并不是從定性的角度引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)新物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。所以在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示或探究導(dǎo)學(xué)時(shí)，應(yīng)該重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注實(shí)驗(yàn)中“質(zhì)量如何”的現(xiàn)象，如第1～2個(gè)實(shí)驗(yàn)觀察的關(guān)鍵是“前后質(zhì)量是否平衡”，目的是幫助學(xué)生初步形成化學(xué)反應(yīng)中“質(zhì)量守恒”的思維定勢(shì)。第3～4個(gè)實(shí)驗(yàn)觀察的重點(diǎn)是“反應(yīng)前后質(zhì)量是否發(fā)生變化？變化的原因是什么”等，讓學(xué)生在認(rèn)知沖突中加深對(duì)守恒定律的理解與同化，不能讓學(xué)生過(guò)多地觀察分析一些物質(zhì)化學(xué)變化中的性質(zhì)類現(xiàn)象。例如在紅磷燃燒的實(shí)驗(yàn)中，不應(yīng)該讓學(xué)生把觀察注意力放在物質(zhì)的“放熱、發(fā)光、白煙、變色”等現(xiàn)象上；在鐵釘與硫酸銅的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，也無(wú)需引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注因硫酸銅水解所導(dǎo)致的“是否還有氣泡產(chǎn)生”的問(wèn)題發(fā)現(xiàn)；而在碳酸鈉與鹽酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，卻要引導(dǎo)學(xué)生觀察涉及質(zhì)量變化因素的現(xiàn)象，如“是否有氣體的外泄”等；同樣在鎂條燃燒的實(shí)驗(yàn)中，則要重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生觀察“白煙的散逸”等現(xiàn)象。這樣教師引導(dǎo)學(xué)生觀察的重點(diǎn)準(zhǔn)，問(wèn)題分析的目的清，才能集中學(xué)生思維注意力，圍繞關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行探究，有利于學(xué)生核心知識(shí)的建構(gòu)。

3.2 動(dòng)手做，讓學(xué)生在體驗(yàn)中學(xué)

化學(xué)作為一門以物質(zhì)為研究對(duì)象的實(shí)驗(yàn)性科學(xué)，具有著重實(shí)際體驗(yàn)和基于事實(shí)進(jìn)行合乎邏輯地簡(jiǎn)單推理的特點(diǎn)[7]。而體驗(yàn)是通過(guò)實(shí)踐和親身參與、親身經(jīng)歷的一種特殊認(rèn)知方式，是一種先行而后知的認(rèn)知方式?；瘜W(xué)的體驗(yàn)學(xué)習(xí)特別強(qiáng)調(diào)“做中學(xué)”的理念，正如古語(yǔ)說(shuō)“吾聽(tīng)吾忘，吾見(jiàn)吾記，吾做吾悟”，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)中去感悟。

在教學(xué)中，一些教師為圖方便，采取全部播放“實(shí)驗(yàn)視頻”的方式進(jìn)行教學(xué)，如此“快餐式”導(dǎo)學(xué)方式雖然增加課堂容量，加快了教學(xué)節(jié)奏，但是學(xué)生會(huì)“食而不化”，必然會(huì)導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果差。所以我們?cè)凇百|(zhì)量守恒定律”的學(xué)習(xí)過(guò)程中，一定要通過(guò)教師動(dòng)手做演示實(shí)驗(yàn)或讓學(xué)生動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)的方式使學(xué)生或見(jiàn)或做，構(gòu)建知識(shí)，感悟?qū)嵸|(zhì)。其實(shí)教師認(rèn)真演示實(shí)驗(yàn)的“慢過(guò)程”，或者學(xué)生親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的“體驗(yàn)過(guò)程”，就是激發(fā)學(xué)生動(dòng)腦思維的過(guò)程，也是學(xué)生不斷產(chǎn)生困惑并逐步解決問(wèn)題的過(guò)程。

例如在教科書安排的四個(gè)實(shí)驗(yàn)中，紅磷燃燒實(shí)驗(yàn)是最令教師心憂的一個(gè)實(shí)驗(yàn)，因?yàn)樵搶?shí)驗(yàn)準(zhǔn)備繁瑣，操作繁瑣而且耗時(shí)，還會(huì)因裝置氣密性等問(wèn)題導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。但教師一定要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示，就是實(shí)驗(yàn)失敗了也是一個(gè)很好的“意外”教學(xué)素材，教師可以引導(dǎo)學(xué)生對(duì)照教科書中的實(shí)驗(yàn)步驟以及要求分析失敗的原因，在認(rèn)知沖突中再次體驗(yàn)，一定會(huì)有許多感悟。

3.3 變式導(dǎo)，讓學(xué)生在比較中學(xué)

在網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的當(dāng)下，學(xué)生觀察化學(xué)實(shí)驗(yàn)視頻已成為一個(gè)隨時(shí)性的行為，在課前就可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)觀看到教科書中的實(shí)驗(yàn)視頻，使實(shí)驗(yàn)不再具有新穎性和探索性。又由于對(duì)自主學(xué)習(xí)的倡導(dǎo)，許多學(xué)生養(yǎng)成了課前預(yù)習(xí)的好習(xí)慣，加之教科書本身可自學(xué)的特點(diǎn)，學(xué)生通過(guò)預(yù)習(xí)，對(duì)教科書的知識(shí)包括實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象、結(jié)論等都已經(jīng)基本了解，若教師還是按圖索驥式地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，課堂教學(xué)就會(huì)如嚼蠟無(wú)味一般，教師唯有變式導(dǎo)學(xué)，才能再次激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的激情和動(dòng)力。

如紅磷燃燒的實(shí)驗(yàn)，教師可以在安全操作的前提下，改用白磷并用微熱烘烤錐形瓶的方式進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，通過(guò)改變引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行對(duì)比分析，感悟?qū)嶒?yàn)雖有差異而原理相同的內(nèi)涵實(shí)質(zhì)。

又如教師在引導(dǎo)學(xué)生分析碳酸鈉與鹽酸反應(yīng)的“不平衡”實(shí)驗(yàn)后，向?qū)W生提出一定要設(shè)計(jì)一個(gè)“平衡”的實(shí)驗(yàn)要求，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)出在密閉容器中進(jìn)行碳酸鹽與鹽酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝置（見(jiàn)圖12），讓學(xué)生在對(duì)比分析的基礎(chǔ)上，感受實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的科學(xué)性，提升學(xué)生思維分析的嚴(yán)謹(jǐn)性。

再如鎂條燃燒，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)因?yàn)椴僮鞣绞胶玩V條長(zhǎng)度不同而產(chǎn)生三種結(jié)果，即反應(yīng)后的物質(zhì)質(zhì)量會(huì)小于、等于、大于原鎂條的質(zhì)量[8]。但是在課堂上通過(guò)一次或幾次實(shí)驗(yàn)是無(wú)法獲得三種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的。我們可以采取讓學(xué)生先根據(jù)鎂與氧氣反應(yīng)生成氧化鎂的原理做一個(gè)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象預(yù)判，教師再演示或讓學(xué)生完成一個(gè)“質(zhì)量變小”的實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)[9、10]（實(shí)驗(yàn)時(shí)一定要戴護(hù)目鏡，防止“光性視網(wǎng)膜損傷”發(fā)生）[11]，觀看一個(gè)“質(zhì)量變大”的“優(yōu)酷”實(shí)驗(yàn)視頻（“優(yōu)酷”中都是“質(zhì)量變大”的視頻），思考一個(gè)“質(zhì)量相等”的客觀現(xiàn)實(shí)，通過(guò)這樣不同的方式引導(dǎo)學(xué)生積極推理，深入探究分析，尋找分析影響實(shí)驗(yàn)質(zhì)量差異的因素，以期達(dá)到提升分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力。

總之，教科書上每一處修改必有緣由，任何細(xì)微變化都是編寫者認(rèn)真思慮的結(jié)晶。無(wú)數(shù)教學(xué)一線的教師也在孜孜研瀆一本教科書，年年都會(huì)對(duì)“質(zhì)量守恒定律”課題進(jìn)行重新備課，創(chuàng)新設(shè)讓教學(xué)感悟會(huì)不斷深入，實(shí)驗(yàn)的衍變也會(huì)繼續(xù)進(jìn)行著。讓我們傾心于教學(xué)中改革實(shí)驗(yàn)，在實(shí)踐中品味實(shí)驗(yàn)，讓實(shí)驗(yàn)發(fā)揮最佳功效。

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[8]人民教育出版社，課程教材研究所化學(xué)課程教材研究開發(fā)中心.義務(wù)教育教科書教師教學(xué)用書·化學(xué)（九年級(jí)上冊(cè)）[M].北京：人民教育出版社，2012

[9]王大華.鎂燃燒實(shí)驗(yàn)在質(zhì)量守恒定律教學(xué)中的設(shè)計(jì)[J]化學(xué)教與學(xué)，2012，（8）：95

[10]宋漢明.對(duì)初中化學(xué)《質(zhì)量守恒定律》“實(shí)驗(yàn)5-2”操作問(wèn)題的探討[J].中小學(xué)教學(xué)研究，2013，（zl）：32

[11]黃炎.鎂條燃燒試驗(yàn)致雙眼視力下降一例[J].眼科研究，1997，（1）：14