摘要：在教學設計及實施中，依托化學史，根據逐步遞進的演示實驗鏈提出假設及問題鏈，激發(fā)學生思考、交流討論，幫助學生在現代科技前沿與經典實驗賞析、課堂實驗探究的反思對比、分析歸納過程中完成守恒觀的構建，形成科學研究方法的初步認識。

關鍵詞：經典；實驗；觀念；方法；化學反應；質量關系

文章編號：1008-0546（2016）08-0076-03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.08.025

“質量守恒定律”[1]是初中化學教學中的一個非常重要的定律，蘊含著豐富的化學發(fā)展史及科學方法的教育價值。宋心琦教授認為，中學化學教學能夠使學生終身受益的，不是具體的化學專業(yè)知識，而是影響他們世界觀、人生觀和價值觀的化學思想觀念，不是諸如分類、實驗、計算等特殊的方法和技能，而是影響他們思維方式和問題解決能力的具有化學特點的認識論和方法論。學生能否牢固地、準確地、哪怕只是定性地建立起基本的化學觀念應當是中學化學教學的第一目標[2]。為此，筆者去年11月在蘇州市初中課改展示活動上開設了有關“質量守恒定律”的研討課，并于今年2月在江蘇省教學新時空“名師講堂”進行展播。以下是筆者對這節(jié)課的回顧與思考。

一、教學目標設計

1. 素材地位

“化學反應中的質量關系”的核心內容是質量守恒定律，它是分析物質在化學反應中的質量關系的理論依據，它的應用貫穿于整個中學化學。從質量及其變化角度對物質進行研究，不但是化學研究的重要方法，也是化學學習的重要方法。

縱觀化學史，質量守恒定律是18世紀科學發(fā)展史上最輝煌的成就之一，它的發(fā)現經歷了百年風霜，浸透了數位科學家前赴后繼的努力，不僅是科學家們智慧的結晶，也體現了科學家們的堅持不懈的科學精神，它的發(fā)現史就是一場革命史?；瘜W史的內容在很大程度上反映了科學家的探究活動與方法，可以作為學生理解科學探究、掌握科學方法的范例。

2. 目標定位

（1）知識與技能

①認識質量守恒定律；

②從微觀角度理解質量守恒定律的內涵，能運用質量守恒定律解釋常見化學反應的質量關系。

（2）過程與方法

①實驗探究化學反應前后的質量關系，嘗試應用定量方法來研究問題和分析問題的實驗方法，感受設計科學實驗的一般步驟和方法；

②通過運用比較、分析、歸納、概括等方法來感受由感性到理性、由個別到一般的研究問題的科學歸納方法。

（3）情感態(tài)度與價值觀

①通過對比太空軌道艙與地球實驗室稱量物質質量方法的差異，并借助課堂演示實驗，認識科學結論要靠大量的實驗加以驗證的科學思維品質；

②通過質量守恒定律的發(fā)現史認識定量研究對于化學科學發(fā)展的重要作用。

3. 教學重點

質量守恒定律概念的建立，質量守恒定律的理解及科學思想方法的構建。

4. 教學方法

筆者在課堂科學探究教學中設計實施了遞進式“演示實驗鏈”，并由此創(chuàng)設了對應的“問題鏈”，激發(fā)學生的思維沖突和開展熱烈討論；讓學生在欣賞當今太空失重實驗與近代經典化學實驗的對比、分析過程中，構建物質守恒觀和了解科學歸納法。

二、教學流程

這節(jié)課主要有“創(chuàng)設情境，引發(fā)問題”“實驗探究，史料佐證”“科學歸納，思維提升”三大教學環(huán)節(jié)。

三、教學過程回放

1. 創(chuàng)設情境，引發(fā)問題

【視頻引入】2013年著名宇航員王亞萍的“太空課堂”節(jié)選：太空稱重。

【視頻引入意圖】 表面上看這是一個簡單的稱重實驗，但其中蘊含著豐富的科學道理，當環(huán)境由地球實驗室擴展到太空中“天宮一號”時，科學實驗的原理就由地球重力環(huán)境下的托盤天平的杠桿原理變化為“牛頓第二定律”，實驗步驟及選用的儀器也隨之改變：太空“質量測量儀”通過彈簧產生力并測出力的加速度，再算出質量。以此啟發(fā)學生得出進行任何一項科學實驗的一般方法：明確研究的目標及對象；考慮科學實驗的環(huán)境因素；確定與探究思路相關的原理及步驟；選取適當的儀器設備。

2. 實驗探究，史料佐證

這節(jié)課最重要的環(huán)節(jié)是通過5個演示實驗、視頻實驗、經典實驗賞析形成的實驗鏈及相關問題鏈組成的。

（1）敞口容器實驗

【演示實驗1】[3]硫酸銅溶液和氫氧化鈉溶液反應前后質量的測定

實驗儀器：錐形瓶（盛放氫氧化鈉溶液）、（盛放硫酸銅溶液）、電子天平（精度0.1g）。

實驗步驟：

①用精度為0.1g的電子天平稱量敞口盛放氫氧化鈉溶液的錐形瓶和盛放硫酸銅溶液的試劑瓶，天平示數為m1（即為反應前物質總質量）。

②將硫酸銅溶液滴入裝有氫氧化鈉溶液的錐形瓶中，天平示數仍為m1（即為反應后物質總質量）。

實驗現象：錐形瓶中有藍色絮狀沉淀產生，天平示數不變。

結論：該實驗中m（總物質）反應前 = m（總物質）反應后

【演示實驗2】[3]石灰石與稀鹽酸反應前后質量的測定

實驗儀器：錐形瓶（裝少量石灰石）、試劑瓶（稀鹽酸）、電子天平（精度0.1g）。

實驗步驟：

①用精度為0.1g的電子天平稱量敞口盛放少量石灰石的錐形瓶和盛放稀鹽酸的試劑瓶，天平示數為m2（即為反應前物質總質量）。

②將稀鹽酸滴入裝有少量石灰石的錐形瓶中，待不再產生氣體時稱量整套裝置，天平示數為m3（即為反應后物質總質量）。

實驗現象：錐形瓶中有大量氣泡冒出，m2 > m3。

【設問1】 m（總物質）反應前 與m（總物質）反應后不等嗎？

注：托盤天平的使用在小學六年級科學課上及初二物理課上都學習過，不作為本節(jié)課的教學內容，為了提高課堂效率，我采用了學生日常熟悉的電子天平，特別標注天平的精度為0.1g。

【設問2】根據這兩個實驗得出相反的結論。你對化學反應前后質量關系有什么猜想？以上兩個實驗能否證明我們的想法？

【討論】根據“演示實驗1”得出反應前物質的總質量等于反應后物質的總質量，分析“演示實驗2”中反應后質量減小的原因，并提出要在密閉裝置中進行實驗探究的改進方法。

【設問3】“演示實驗2”中反應前后質量不等的原因是什么？你能否對實驗裝置進行改進而達到預期實驗目標？

學生討論后，提出改進方案，教師選取其中方案，讓學生上臺演示如下實驗。

（2）“剛性”密閉容器實驗

【變式實驗1】變敞開反應容器為密閉剛性容器實驗。

實驗儀器：帶蓋塑料瓶（裝少量石灰石）、小試管（內裝稀鹽酸）、棉線、電子天平（精度0.1g）。

實驗步驟：

①將內裝少量稀鹽酸的小試管放入塑料瓶中，試管口用棉線懸于塑料瓶外。

②用精度為0.1g的電子天平稱量整套裝置的質量，天平示數為m4。

③將棉線放入塑料瓶中，旋緊瓶蓋，傾斜塑料瓶，稀鹽酸流入瓶中，待不再冒出氣泡后再次稱量整套裝置的質量。天平示數仍為m4，即為反應后物質總質量。

④打開瓶蓋再次稱量整套裝置的質量，天平示數為m5。

實驗現象：鹽酸流入塑料瓶中，有氣泡冒出，由于瓶蓋的作用，未有氣體散逸至空氣中。前兩次稱量讀數相等。打開瓶蓋，聽到“呲”的一聲，氣體擴散，天平示數m4>m5。

結論：①該實驗中m（總物質）反應前 = m（總物質）反應后；

②“演示實驗2”中反應后質量減輕的原因是氣體生成物散逸到空氣中。

（3）“彈性”密閉容器實驗

【變式實驗2】變“剛性”密閉容器為“彈性”密閉容器實驗。

實驗儀器：錐形瓶（裝少量石灰石）、小試管（內裝稀鹽酸）、小氣球、電子天平（精度0.1g）。

實驗步驟：

①將內裝少量稀鹽酸的小試管放入錐形瓶中，用小氣球套住錐形瓶口，形成密閉容器。

②用精度為0.1g的電子天平稱量整套裝置的質量，天平示數為m6。

③傾斜錐形瓶，稀鹽酸流入瓶中。

④將裝置放在電子天平上不斷讀數。

實驗現象：錐形瓶內有氣泡冒出，小氣球不斷脹大，天平示數不斷減小。

【設問4】 改進方案的變式實驗也是密閉裝置，天平示數為何隨著氣球的脹大而減小呢？（引出氣體浮力因素影響質量測量問題。）

（4）自制“視頻”實驗

【視頻播放】“白磷燃燒”前后質量變化的實驗（課前本人在實驗室做的實驗錄像）。

[視頻片段1]在盛有少量細沙的錐形瓶里加入一小塊白磷，在酒精燈上加熱玻璃棒，用玻璃棒引燃白磷，用精度為0.1g的電子天平稱量白磷在敞口的錐形瓶中燃燒前后整個裝置的質量。發(fā)現：白磷燃燒前后天平示數相等。

【設問5】敞口裝置，有大量白煙沖出，天平稱量后仍然相等，為什么？

[視頻片段2]在盛有少量細沙的錐形瓶里加入一小塊白磷，在酒精燈上加熱玻璃棒，用玻璃棒引燃白磷，用精度為0.01g的電子天平稱量白磷在敞口的錐形瓶中燃燒前后整個裝置的質量。發(fā)現：白磷燃燒后天平示數先減小，冷卻后，天平示數增加。

【設問6】換用精度0.01g的電子天平，天平示數先減小，待錐形瓶冷卻后，示數又增大為什么？

【PPT圖片定格】兩次實驗用的電子天平的精度畫面。

【討論】天平精度對稱量實驗的影響。

【過渡】 歷史上化學家們是怎樣研究這個問題的呢？

（5）教材經典實驗

【賞析經典】教師帶領學生對教材中有關“拉瓦錫測定空氣組成實驗”進行閱讀賞析：這個實驗可謂是一箭三雕。第一，驗證了空氣是混合物；第二，提出了氧化學說；第三，定量證明了質量守恒定律。這個實驗值得品味的地方很多，我們著重來看兩個方面。一個是化學體系的選擇、二是實驗裝置的設計。

科學家的嚴謹使他們眼睛里容不得半點瑕疵，而拉瓦錫時代的工具和技術（小于0.2%的質量變化就覺察不出來）不能滿足嚴格的要求。直到20世紀初，德國、英國化學家分別進行了精密度極高的實驗（0.0001g），可檢測到質量變化的萬分之一克，這個差別在實驗誤差范圍之內。至此，科學家一致承認了這一定律。

【誦讀經典】 這是在學生經歷了若干個課堂實驗及化學史學習后的誦讀，學生的體會一定是豐滿的，思維也一定是多角度的，既是學生思維整理階段也可以從中得以提升。

3. 科學歸納，思維提升

【學生活動】閱讀書本、觀察圖片，尋找質量守恒定律的微觀解釋。

[結束語]原子、分子從假說到理論的發(fā)展過程，都是在科學實驗事實的“逼迫”下，不斷修正的歷史的過程。科學需要大膽甚至瘋狂的猜想，不過再瘋狂的科學猜想最終都須通過科學實證的檢驗。猜想與實證是科學進步的一對翅膀……

【視頻播放】《與霍金一起了解宇宙》的片頭。

四、教后總結

通過這節(jié)課，筆者將化學實驗與化學史中經典實驗案例結合，試圖使學生理解質量守恒定律的內涵，感受設計科學實驗的一般步驟和方法，認識定量研究對于化學科學發(fā)展的重要作用，從而達到構建元素觀、守恒觀和學習、了解科學歸納法的目的。

質量守恒定律是在大量科學實驗的基礎上抽象和概括出的所有化學反應遵循的規(guī)律，課堂教學中突出實驗教學是重中之重。筆者靈活運用教材中的演示實驗，改進實驗的呈現方式，增設了創(chuàng)新實驗。不同條件下的化學變化稱量實例多次營造了認知沖突，不斷激發(fā)學生濃厚的學習興趣和探究的動力。如：同樣在敞口錐形瓶中完成的兩個演示實驗，稱量結果“不變”與“變輕”首次引發(fā)學生對如何定量研究化學變化進行思考；由剛性與彈性密閉容器對比形成質量的差異，讓學生認知浮力因素帶來的微妙刺激；“白磷燃燒”的視頻實驗再次形成懸念，使學生首次體會到稱量儀器的精度對定量化學實驗的影響和意義。以上三組課堂實驗都以反常的現象和結果使課堂高潮迭起，達到“激疑”“激趣”“激情”[3]進而“誘思”的教學效果。

在教學策略的設計上，以突出學科觀念和科學方法的構建為主線，大膽打破課堂時間和空間的局限，讓學生充分感受化學學科的魅力。筆者先由太空稱重與地面稱重的對比，將學生的興趣迅即調動起來，自然地引入本節(jié)課的課題。再創(chuàng)設多種不同情境下的化學變化稱量實例，讓學生初步體驗科學探究的過程。接著引導學生對拉瓦錫經典實驗的賞析→化學史的引入→方法歸納，最終以霍金探索宇宙奧秘的短片結束，巧妙地呼應了課的開場。質量守恒定律的概念及應用在教學中固然重要，但是其中隱藏的學科思想方法更加重要，也是往往被一般的課堂教學所忽略的。

參考文獻

[1] 王祖浩主編.義務教育教科書：化學（九年級 上冊）第2版[M].上海：上海教育出版社，2013：101-103

[2] 宋心琦，胡美玲.對中學化學的主要任務專論和教材改革的看法[J].化學教育，2001，22（9）：9-13

[3] 王祖浩主編.義務教育教科書化學（九年級 上冊）第2版[M].上海：上海教育出版社，2013：102

[4] 楊硯寧，毛明. 巧設情境激活課堂——“揭秘濃硫酸”課堂教學案例剖析[J].化學教育，2012，33（12）：14-16