多角度透析「質量守恆定律」課堂教學
央視國際 www.cctv.com 2007年01月25日 07:41 來源：
來源：中國教育報
北京師範大學化學學院化學教育研究所教授王磊，長期從事化學教學論、課程論及學生化學學習心理研究，是義務教育階段《化學課程標準》研製組負責人。作為2006年北京市初中化學課堂教學大賽的特邀專家，她全程觀摩了20節課，並從多角度分析了課堂教學。讓我們同專家一起看課——
1 用欣賞的眼光看課——處處是精彩
在這次北京市初中化學優質課評比的總結評課中，我提出了一種想法——應該評選出許多單項獎。
「最佳實驗裝置改進獎」應該給海澱區首都師大附中的何老師。他給小人形管加了兩條小腿，從而取代了大錐形瓶、燒杯等裝置，使學生的質量守恆定律稱量實驗方便、安全。同時，他自己改造的白磷燃燒實驗加熱方法使實驗更加嚴密。
「最巧妙實驗分析獎」應該給東城區景山學校的吳老師。她非常巧妙且敏銳地抓住並利用了學生分組實驗中的鐵跟硫酸銅溶液反應實驗，引導學生二次觀察鐵釘上附著紅色銅，但是鐵釘還有很多沒有反應，引發學生從「實驗稱得的反應物質量總和與生成物質量總和相等」進一步抽象出「參加化學反應的反應物質量總和與生成物質量總和相等」這一本質結論。典型事實加上清晰的邏輯分析並配合恰當的PPT電子演示分析，產生了非常好的教學效果。既沒有像大多數老師一樣僅僅停留在實驗事實水平，強迫學生簡單接受質量守恆定律的條文，又解決了複雜拗口的推理分析不易被學生接受的困難。吳老師的這一處理蘊含了豐富的教學智慧。
「最出人意料使用教學手段獎」也應該給景山學校的吳老師。我還是第一次在化學課上看到老師使用數位相機抓拍學生分組實驗的情況和典型實驗現象，並在交流討論環節當作證據來展示。這一行為引起了現場聽課老師的強烈關注。
「最生動使用化學史素材獎」應該給海澱區教師進修學校附屬中學的裴老師。她從網上尋找並下載了拉瓦錫研究質量守恆定律的電影片段，並重新進行了中文配音加工，分成兩個部分分別用於教學，將整節課用化學史的線索串聯起來，效果非常好。我為裴老師自己創生教學資源的努力和能力喝彩。
「最佳師生互動獎」應該給懷柔五中的莫老師。她的教學開放性很強，給予學生分組實驗的時間和空間都很大，敢於讓學生在實驗中出錯，走彎路。她沒有像很多老師那樣讓學生在動手實驗之前先交流實驗步驟和方案，但是她充分發揮了教師對學生分組實驗活動過程的幫助、支持、交流、引導的作用。在這個活動過程中，她跟每個小組的同學融為一體，親切、自然、敏銳、細膩，適時又適當。這種場景令我震撼，我不停地在心裡說：這才是新課程的老師！這才是新課程老師的能力！這才是實現開放性和實效性雙贏的秘訣！
「最佳燃燒實驗使用獎」應該給通州潞州中學的程老師。他教了20年初中化學，肯定平時很愛琢磨學生的心理和學習特點，而且不僅僅在理論上鑽研，聽他的課就覺得那才是講給普通中學的初中生的。這位老師真是在「把玩」這節課，他的課很「鬼」，看得出他充分體會了每個實驗的教學功用。他很獨到地對實驗進行了分配、刪減、轉換。有的實驗用在定律形成之前，有的用在定律理解，而且有詳有略，有的讓學生自己做，有的由老師演示，還有的圍繞實驗設置了認知衝突。
如果我們用欣賞的視角去聽課和看課，我們就能發現更多、學習更多；再對照自己的教學，我們就可以反思更多、獲得更多。
2.用質疑的眼光看課——我們能思考很多
問題還可以怎樣引入？
20節課的引入都是將問題定位在「化學反應前後物質的總質量是否變化」或「化學反應前的質量總和是否等於反應後的物質質量總和」，大部分老師也都讓學生假設，大部分學生都作出了同樣的假設：「反應前後物質的總質量不會改變，或保持不變」，甚至有的學生已經能夠用原子種類、數目不變等進行論證了。
面對這種情況，以下問題值得我們深思：既然學生這麼一致地作出了正確的假設，後續的課和實驗還做什麼呢？質量守恆定律就只有這麼一個起點嗎？學生真的沒有前概念嗎？為什麼沒有老師敢用蠟燭燃燒秤量的實驗作為啟動和驅動性問題？為什麼沒有老師問學生準備從什麼角度來研究化學反應的物質質量關係？為什麼老師不拿一個具體的化學反應，比如木炭燃燒，來對學生設問？這節課教學要首先面對的學生偏差認識方式是什麼？是不是看待化學反應的質量關係要以單一物質為基準？……
如何用好實驗？
在這次活動中，20節「質量守恆定律」課都使用了實驗教學。實驗的內容大體包括：「鎂帶燃燒」、「蠟燭燃燒」、「白磷燃燒」、「鐵與硫酸銅反應」、「氫氧化鈉與硫酸銅反應」與「碳酸鈣與鹽酸反應」等。各位老師對這些實驗的使用大體分為教師演示、學生分組實驗、質量守恆定律形成之前進行實驗與定律理解階段使用實驗。有的老師將這些實驗進行了分類：反應物中有氧氣的反應、生成物中有氣體的反應、產生沉澱的反應、金屬參加的反應等；有的老師將這些分類告訴學生讓學生體會。具體有以下幾種表現：（1）近一半老師讓學生分組做相同的2個實驗，而且是沒有氣體參加或生成的反應。1/4的老師讓學生分組從4個實驗中挑選2個實驗做，全班同學加起來則做了4個不同類型的實驗。（2）近一半老師使用了電子天平，一半老師使用的是託盤天平。有1/5的老師同步使用了實物投影放大演示實驗現象，有一位老師使用了數位相機記錄學生分組實驗的關鍵現象。白磷燃燒實驗普遍採用的是玻璃棒加熱引燃白磷的實驗方法，小試管與錐形瓶組合裝置、透明礦泉水瓶等實驗改進裝置。（3）有不到一半的老師讓學生按照老師設計好的實驗步驟和具體要求進行實驗。有近2/3的老師讓學生自己設計實驗方案。只有1/5的老師讓學生按照自己的設想實施的實驗。其他老師都是在實施實驗之前組織了實驗方案的交流和討論，有的老師提供給學生的實驗裝置是安裝好的，有2至3位老師提供給學生的是實驗裝置部件。還有一位老師最大膽，他允許學生跨實驗選擇實驗裝置，因此出現了同一實驗內容不同小組的學生選擇的實驗裝置不一樣的情況，而且老師還鼓勵學生進行了實施，並對實施效果進行了交流，引導學生分析了實驗結果出現差異的原因。（4）有4至5位老師是在得出質量守恆定律之後演示了「鎂帶燃燒」、「蠟燭燃燒」、「碳酸鈣與鹽酸反應」。有一位老師是讓學生又分組實驗了「鎂帶燃燒」和「碳酸鈣與鹽酸反應」。有17位老師在學生分組實驗之後直接總結出質量守恆定律的條文。有3位老師通過演示「鎂帶燃燒」、「蠟燭燃燒」、「碳酸鈣與鹽酸反應」讓學生關注參加化學反應的各種物質質量總和與反應後生成的各種物質質量總和。一位老師是通過給出32克氧氣和12克木炭完全反應生成44克二氧化碳，以及12克木炭與36克氧氣充分反應生成多少克二氧化碳的判斷題來製造認知衝突，使學生從質量總和轉換到參加反應的物質質量總和。一位老師通過鐵與硫酸銅的反應引導學生的認識從質量總和轉換到參加反應的物質質量總和。一位老師通過圖示分析質量總和包括哪些部分的質量讓學生的認識從質量總和轉換到參加反應的物質質量總和。
我更關注的是（3）和（4）兩種情況，在聽課過程中我一直在思考，在這節質量守恆定律的教學中，學生分組實驗的作用是什麼？學生分組實驗是照方抓藥好還是自主設計實驗方案好？開放點設在哪，開放度設多大，內在的依據和思路是什麼呢？學生分組實驗、自己設計實驗方案、選擇組合實驗裝置、實驗走彎路出差錯的意義和價值又是什麼？實驗之後能直接得出質量守恆定律的結論嗎？要不要進行二次分析和推導？又該怎樣進行二次分析和推導？
實驗僅僅是為了建立概念嗎？
面對有的老師不僅組織學生分組實驗，而且還讓學生設計實驗步驟，甚至讓學生挑選實驗裝置的現象，有人質疑說，這節課的重點不在於讓學生設計實驗方案，這樣做純粹是在作秀，在這事上浪費時間沒有實效性，沒有多少意義。說實話，我在這次評比活動之前，也多少持有上述觀點。更何況大多數學生在上課之初對於老師的提問「化學反應前後反應物的質量總和與生成物的質量總和是相等、小於還是大於？」都回答是相等。那麼，再做這些實驗還有多大意義和價值呢？為此，我也詢問了一些學生，他們的回答是：「親自做實驗之前，自己只是覺得化學反應前後反應物的質量總和與生成物的質量總和應該是相等或者可能是相等的，但還有些將信將疑，親自做了實驗之後就真信了。」
另外，我被學生在分組實驗過程中的所思、所想、所為震憾，特別是那些讓學生自己設計實驗方案並按照自己想法進行實驗的課堂中，我發現學生在用天平探究化學反應前後物質質量關係問題時存在著較為普遍的認識方式衝突，凡是沒有讓學生自己設計實驗方案的課，學生就沒有表現出這種認識方式衝突，反之則會表現出。我頓悟了：原來，實驗就是實驗，讓學生親自設計並實施實驗並非沒有意義和價值。如果我們認為這節課的目標就是認知質量守恆定律的條文，那麼我們的教學充其量也就是進行知識傳授。如果我們創造某種時空條件鼓勵學生與客觀事物發生直接的接觸和相互作用，我們就有可能改變他的原有認識方式，觸及他的靈魂。
通過多堂課的現場比較，促使我思考：理性思維和實驗思維（實踐思維）是不同的，學生在獲得化學的理性思維方面存在著科學的認識方式與自身原有認識方式的衝突。同樣，學生在獲得化學的實驗思維方面也存在著科學的認識方式與自身原有認識方式的衝突，理性思維和實驗思維的培養途徑和方式也是不同的，至少是不可相互替代的。
3 教學開放性與實效性的內在決定因素是什麼？
學生認知脈絡分析
我認為，一節好課應該明確教學內容的知識脈絡，探明學生的認知脈絡，據此設計恰當的問題線索、有效的證據線索，創設合理的活動、有意義的情景和素材。對於質量守恆定律這個教學內容，知識脈絡不難明確，主要的問題在於質量守恆定律的內容和微觀解釋。那麼，學生圍繞質量守恆定律的認知脈絡是怎樣的呢？這是難點。綜觀20節課，我發現，凡是比較精彩的課（精彩的課並不等於獲一等獎的課）都是非常關注學生認知脈絡的。我也通過多種途徑思考研究學生的認知脈絡。到目前為止，可以明確的是，學生對化學反應前後質量變化的認知發展大致經歷以下主脈絡：首先是以單一物質的質量為基準去想、去看化學反應前後的質量變化；其次是以各物質質量總和為基準去想去看化學反應前後的質量變化；再者是以參加化學反應的各物質質量總和為基準去想、去看化學反應前後的質量變化。另外，還有兩條副脈絡：一是從微觀水平和本質上理解質量為什麼會守恆；二是從實驗水平上證明質量是守恆的。在這兩條副認知脈絡上，可能存在著若干認知障礙，如從開放體系到密閉體系，從分步稱量到整體稱量的實驗「思維」轉換，從物質質量到微粒質量的理性思維轉換。
我認為，基於學生認識方式轉變的教學，其問題線索的設計必須針對學生認知脈絡的關節點。證據線索應該支持和回應問題線索。學生活動開放點的設置應該選擇合適的問題解決環節和獲取證據的環節上。解決了問題就獲得了相應的結論，這個結論就是我們所要的知識；解決問題之後或開展活動之後要交流討論的還應該有認知脈絡的發展，認知障礙的突破，認識方式的轉變，這就是我們所要的過程與方法；最後，要明確的是學生有權明了為什麼要學習這個知識內容，這就是設置有意義的情景和素材的出發點和落腳點了。
開放性與實效性
許多人認為，開放性與實效性是矛盾對立的。提高實效性的途徑是否一定就是控制和封閉？我們可以舉實例說明。在質量守恆定律一課的教學中，老師們普遍的想法是：（1）如果讓學生做4個實驗肯定開放性更好，但是時間不夠，就會降低實效性。於是，近一半的老師讓學生分組做相同的2個實驗，而且是沒有氣體參加或生成的反應。而另有1/4的老師則讓學生分組從4個實驗中挑選2個實驗做，全班同學加起來則做了4個不同類型的實驗。（2）如果讓學生設計實驗方案肯定開放性更好，但是時間不夠，而且一讓學生自己設計他們就亂做，成功率太低。於是，大概有不到一半的老師是讓學生按照老師設計好的實驗步驟和具體要求進行實驗的；有近2/3的老師讓學生自己設計實驗方案，但都在實施實驗之前組織了實驗方案的交流和討論；也有1/5的老師是讓學生按照自己的設想實施的實驗，有的老師提供給學生的實驗裝置是安裝好的，有2至3位老師提供給學生的是實驗裝置部件。還有一位老師最大膽，他允許學生跨實驗選擇實驗裝置。
其實，上述各種不同的處理，都是教師在開放性與實效性之間作出的某種權衡和選擇。但令人深思的是，上述不同開放性的教學處理都是這次優質課評比中的教學現實，大家的教學時間都是相同的，學生都是陌生的且都是來自同一所學校的平行班，一節課中質量守恆定律的相關知識的教學目標都完成了。可是學生的活動內容和空間，接觸的信息和問題卻有很大差異。綜合看來，這一節課，到底哪種教學處理的實效性更好些呢？開放性與實效性一定是對立的嗎？提高實效性的途徑是否一定就是控制和封閉？老師對學生的指導只能有讓學生全體安靜面朝老師聽老師統一講、統一演示這一種方式嗎？當然，我們首先要決定的是開放性的必要性。
在這20節課中，我們還能看到很多有意義的兼顧開放性和實效性的措施。比如，有的老師自製了各種化學反應精彩圖片為質量守恆定律學習創設開放的情境，同時還兼有感受化學美的教育功能，但為了節省時間，利用課間十分鐘期間電腦投影播放；再比如，教師將實驗分成前後兩部分使用，特別是在定律條文講完之後再演示蠟燭燃燒及稱量的實驗，然後讓學生討論、分析、質疑和改進實驗，這樣做一方面增加了教學的開放性，同時提高了蠟燭實驗的使用實效和教學功能。老師們開始體會到提高學生分組實驗實效性的多種手段和方法，開始不盲目追求成功率和一致性，開始學習利用差異的學習價值和教學功能。
認識需要具體化
在這次觀摩活動的後半程，我與學生進行了一些個別交流。首先，我在上課之前詢問學生：「你以前聽說過質量守恆定律嗎？」學生回答「聽說過，大體知道」。我又問：「拿木炭燃燒這個您熟悉的實驗來說，你認為在這個反應前後什麼的質量沒有改變（守恆）？」被詢問的兩個學生回答：「木炭的質量等於生成的二氧化碳的質量。」下課後，我又詢問這兩個學生上述同樣的問題，其中一個學生的回答仍然是「木炭的質量等於生成的二氧化碳的質量」。另一個學生回答：「木炭的質量等於生成的二氧化碳的質量與剩餘的木炭的質量之和。」聽了學生的回答後，大家好像都啞然了……這種回答在其他班的課也有重現。
很多老師雖然重視知識傳授，但卻忽略了一個知識傳授的重要規律，這就是認識需要具體化，要想提高概念原理的學習和應用水平必須伴隨著更科學認識方式的建立。許多老師都想當然地認為或者假定學生已經順利完成了這一認識過程。老師圍繞質量守恆定律的條文分析了關鍵字詞，強調了注意事項，為什麼還會出現這樣的問題？回想老師們的教學行為，還真缺了點什麼。比如很少有老師會自始至終地要求學生真正按照「首先分析反應物都有什麼？質量是多少？質量總和是多少？再分析生成物都有什麼？質量是多少？質量總和是多少？反應前後質量總和變沒變？」這樣的思維程序去分析問題。大部分老師都是直接問：「反應前後質量總和變沒變？」如果學生根據實驗結果來回答，結果與上述相同，分析不分析，只要是封閉體系，總質量都不會變，從而掩蓋了他自身認識的缺陷；如果學生根據定律條文來回答，就根本用不著分析，同樣會掩蓋掉他自身認識的缺陷。綜上所述，我認為，真正有效的提問方式應該是：首先帶領學生分析具體的化學反應，明確分析程序，並且貫穿始終地給學生設問：是什麼的質量沒有變？反應物有哪些，生成物有哪些？不滿足於他只說出反應物的總質量等於生成物的總質量。只有這樣，才能使學生形成正確合理的化學反應及其質量的分析方式和習慣。這對於後續的學習，如化學方程式的書寫、質量守恆定律的應用等都是非常基本又非常重要的。看來，就是講知識傳授，我們也還有許多需要探索和改進的地方呀！
責編：唐昊