化學(xué)教學(xué)應(yīng)講“理”*

□徐新峰

（如東縣馬塘初級中學(xué)，江蘇如東 226401）

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，同時(shí)也是一門“理科”?；瘜W(xué)教學(xué)應(yīng)講“理”，這里的“理”包括化學(xué)學(xué)科的核心知識，化學(xué)學(xué)科的思想方法、觀念，化學(xué)學(xué)科的關(guān)鍵能力，化學(xué)學(xué)科的價(jià)值等?；诨瘜W(xué)學(xué)科特征，教學(xué)講“理”的過程必然注重邏輯、方法和證據(jù)，筆者結(jié)合日常教學(xué)實(shí)踐，談?wù)劵瘜W(xué)教學(xué)應(yīng)如何講“理”。

一、從微觀析“理”

微觀是化學(xué)認(rèn)識宏觀物質(zhì)世界的一種獨(dú)特方式。義務(wù)教育初中化學(xué)教材提出，化學(xué)是在分子、原子層次上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及變化規(guī)律的科學(xué)。這里的“分子、原子”便指“微觀”。教材在第三單元便提出“分子、原子、離子”，學(xué)生開始從微觀的角度認(rèn)識常見的物質(zhì)。

（一）從微觀的角度認(rèn)識宏觀物質(zhì)的變化之理

研究物質(zhì)的變化貫穿在初中化學(xué)的始末，在開始階段，研究變化只停留在物質(zhì)種類的變化層面，初中生學(xué)完分子、原子之后，教學(xué)時(shí)應(yīng)有意識地引導(dǎo)學(xué)生從微觀來認(rèn)識物質(zhì)的變化，揭示出化學(xué)變化的微觀本質(zhì)，體現(xiàn)了由感性走向理性、由表及里的認(rèn)知順序。

學(xué)生用肉眼可觀察物質(zhì)間發(fā)生化學(xué)變化時(shí)所伴隨的明顯現(xiàn)象，在現(xiàn)象背后，教師需引導(dǎo)學(xué)生透過現(xiàn)象分析微觀本質(zhì)。如：分子構(gòu)成的物質(zhì)在化學(xué)變化時(shí)，分子可分裂成原子，原子再重組。電解水是解釋這一變化之理的經(jīng)典事例，教師演示宏觀的電解水實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可觀察到兩端產(chǎn)生氣泡，那為什么會有氣泡呢？如何從微觀進(jìn)行解釋呢？突破其本質(zhì)的策略是通過微觀動畫視頻，展示水分子中氫、氧原子分裂并重組的過程，讓肉眼看不見微觀的過程，借用于媒體技術(shù)，呈現(xiàn)在學(xué)生眼前（如圖1）。這樣處理的原因是對微觀世界的認(rèn)識需要依靠學(xué)生的想象力，需要生動、形象、直觀的載體［1］28，并在此學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，再讓學(xué)生運(yùn)用粒子符號表達(dá)該反應(yīng)。學(xué)生一目了然其變化之理，對宏觀、微觀、符號三者結(jié)合的思維方式進(jìn)行了自然建構(gòu)。

圖1 水分子分解的微觀示意圖

隨著離子的出現(xiàn)，化學(xué)變化的微觀實(shí)質(zhì)逐漸地走向豐富和完善。涉及溶液中的反應(yīng)時(shí)，教者需引導(dǎo)學(xué)生從離子角度介入分析其反應(yīng)實(shí)質(zhì)，即產(chǎn)生新粒子的過程。如教學(xué)鐵與硫酸銅溶液的反應(yīng)需分三個階段實(shí)施，首次出現(xiàn)在第五單元中，從宏觀角度借助實(shí)驗(yàn)判斷反應(yīng)前后的物質(zhì)總質(zhì)量相等；第二次出現(xiàn)在第八單元，仍基于宏觀，觀察現(xiàn)象證明鐵的金屬活動性強(qiáng)于銅；第三次是在酸、堿、鹽的性質(zhì)學(xué)習(xí)之后，學(xué)生已有解離的認(rèn)知基礎(chǔ)，教師才適宜從微觀角度來解析此變化實(shí)質(zhì)：鐵原子失去兩個電子給銅離子，從而生成的新粒子是亞鐵離子和銅原子（見圖2）。

圖2 鐵與硫酸銅溶液反應(yīng)的微觀示意圖

從微觀的角度認(rèn)識宏觀物質(zhì)的變化之理需要關(guān)注“序”，即教學(xué)中要實(shí)現(xiàn)學(xué)科知識的邏輯順序、學(xué)生的認(rèn)知順序和心理發(fā)展順序的三序結(jié)合［2］，只有將這三種順序加以考慮，化學(xué)教學(xué)才能體現(xiàn)理科講“理”的過程。

（二）從微觀的角度來解析宏觀物質(zhì)的性質(zhì)之理

初中生學(xué)習(xí)物質(zhì)，重點(diǎn)是學(xué)習(xí)物質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，教材在描述物質(zhì)的性質(zhì)時(shí)是從宏觀角度來闡述的，這符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)。從宏觀走向微觀，物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)決定了物質(zhì)的性質(zhì)，這樣的學(xué)科思想在教學(xué)中必須對學(xué)生進(jìn)行滲透和解析。同時(shí)，通過教學(xué)必須能形成“物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)性質(zhì)”的觀念，能從物質(zhì)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)相聯(lián)系、宏觀與微觀相結(jié)合的視角解決相關(guān)化學(xué)問題［3］。初中生需掌握以下系列的結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的具體表達(dá)（見表1）。

表1 初中化學(xué)的有關(guān)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的具體表達(dá)

化學(xué)學(xué)科特征決定了貫穿中學(xué)化學(xué)課程教學(xué)始終的一項(xiàng)重要任務(wù)，就是培養(yǎng)中學(xué)生從微觀角度思考宏觀現(xiàn)象的思維習(xí)慣［1］26。通過類似的教學(xué)，學(xué)生能否從微粒角度看待物質(zhì)及其變化，關(guān)鍵是看學(xué)生能否把“物質(zhì)的宏觀性質(zhì)與變化是由構(gòu)成物質(zhì)的微粒所決定的”這一核心內(nèi)容作為自己的認(rèn)識工具、一種分析問題和解決問題的思路和方法［4］。只有反復(fù)將宏觀認(rèn)識和微觀理解不斷交替進(jìn)行體驗(yàn)，學(xué)生才能在新情境中獨(dú)立解決問題。

二、借證據(jù)推“理”

學(xué)習(xí)化學(xué)必須實(shí)事求是，更需要將結(jié)論的得出建立在有證據(jù)的基礎(chǔ)上，并加以驗(yàn)證。證據(jù)推理是中學(xué)化學(xué)學(xué)科的關(guān)鍵能力之一，其部分內(nèi)涵是：“能初步學(xué)會收集各種證據(jù)，對物質(zhì)的性質(zhì)及其變化提出可能的假設(shè)；基于證據(jù)進(jìn)行分析推理，證實(shí)或證偽假設(shè)；能解釋證據(jù)與結(jié)論之間的關(guān)系，確定形成科學(xué)結(jié)論所需要的證據(jù)和尋找證據(jù)的途徑［5］。初中生如何獲取證據(jù)以及獲取途徑都需要教者的啟發(fā)和引導(dǎo)，筆者構(gòu)建了基于證據(jù)推理的化學(xué)思維模式圖（如圖3）。

圖3 基于證據(jù)推理的化學(xué)思維模式

（一）以實(shí)驗(yàn)為證據(jù)

著名化學(xué)家傅鷹教授說：“化學(xué)是實(shí)驗(yàn)的科學(xué)，只有實(shí)驗(yàn)才是最高法庭?！被瘜W(xué)中的很多結(jié)論都是由實(shí)驗(yàn)得出的，實(shí)驗(yàn)的教學(xué)功能不言而喻，這里不再贅述。但初三化學(xué)的多數(shù)實(shí)驗(yàn)是驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，這充分說明了實(shí)驗(yàn)是作為推理時(shí)的證據(jù)來源之一。借助實(shí)驗(yàn)進(jìn)行推理，必然經(jīng)過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析推理獲得結(jié)論等活動環(huán)節(jié)。

1.學(xué)會實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是關(guān)鍵

對于初學(xué)化學(xué)的學(xué)生來講，獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是難點(diǎn)，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生一同來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，甚至可以“照方抓藥”。適合于學(xué)生的，才是最合理的。如人教版初中化學(xué)上冊第二單元中空氣中氧氣含量的得出，是以實(shí)驗(yàn)為證據(jù)而測得的，鑒于學(xué)生剛學(xué)習(xí)化學(xué)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與搭建裝置應(yīng)在教師的引導(dǎo)下進(jìn)行，然后由教師演示或師生共同完成。隨著學(xué)習(xí)的深入，教師可逐漸將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)權(quán)“下放”給學(xué)生。如第八單元鐵的生銹教學(xué)中，在提出了鐵生銹可能與氧氣、水有關(guān)后，教師可讓學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)對比實(shí)驗(yàn)，并動手完成。

2.觀察現(xiàn)象并進(jìn)行推理是核心

由現(xiàn)象到結(jié)論是化學(xué)中的重要推理方法。在實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生認(rèn)真觀察現(xiàn)象，將現(xiàn)象作為直接證據(jù)，再依據(jù)邏輯關(guān)系推出結(jié)論。從這個角度來看，實(shí)驗(yàn)就是讓學(xué)生先對科學(xué)現(xiàn)象獲得清晰的印象，然后通過分析、歸納等科學(xué)的思維方式，抓住現(xiàn)象的本質(zhì)，從而使學(xué)生從具體的感性認(rèn)識上升到抽象的理性認(rèn)識，最終形成科學(xué)概念［6］。如剛提及的空氣中氧氣含量的測定實(shí)驗(yàn)中，引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象是核心，由大量白煙可推出瓶底水的作用，由倒吸過來的水的體積作為證據(jù)來推理空氣中氧氣的含量。

（二）以已有的化學(xué)概念、原理為證據(jù)

化學(xué)概念是理性知識，反映化學(xué)現(xiàn)象本質(zhì)屬性的思維形式，是化學(xué)學(xué)科中構(gòu)成判斷和推理的要素，是化學(xué)原理和規(guī)律的推理和論證的根據(jù)［7］?；瘜W(xué)中的很多概念、原理是建立在原概念基礎(chǔ)上不斷衍生和發(fā)展的（見圖4），先前學(xué)過的概念、原理將作為推理時(shí)的一種證據(jù)，不斷地出現(xiàn)在后續(xù)的推理之中。

圖4 概念、原理作為證據(jù)發(fā)展成新概念、新原理

如判斷“質(zhì)子數(shù)相同的粒子一定屬于同種元素”是否正確的教學(xué)中，筆者發(fā)現(xiàn)學(xué)生推理時(shí)有障礙的原因是沒有將已有的概念及原理作為有力的證據(jù)。學(xué)生只關(guān)注了“質(zhì)子數(shù)相同”和“同種元素”兩個概念，而忽略了“粒子”這一概念的內(nèi)涵，它應(yīng)包括分子、原子、離子等；同時(shí)也沒有理清這句話的邏輯關(guān)系，即“同種元素”是結(jié)論，那什么是證據(jù)呢？證據(jù)是氫分子（H2）、氦原子（He）的質(zhì)子數(shù)相同，但不是同種元素。由此發(fā)展成新結(jié)論是：質(zhì)子數(shù)相同的粒子不一定屬于同種元素。

（三）以生活經(jīng)驗(yàn)為證據(jù)

經(jīng)驗(yàn)包括實(shí)踐得來的各種知識與技能、方法、情感體驗(yàn)，也指“人的親身經(jīng)歷”。生活經(jīng)驗(yàn)是事實(shí)性的證據(jù)，而化學(xué)又與生活緊密相聯(lián)，恩格斯曾說：“化學(xué)既是關(guān)于自然的科學(xué)，又是關(guān)于人的科學(xué)?！比祟愒谡J(rèn)識世界的過程中，不斷地從生活中獲取營養(yǎng)來豐富化學(xué)的學(xué)科知識，同時(shí)，化學(xué)的發(fā)展也使人類的生活更加絢麗多彩。教學(xué)中，筆者發(fā)現(xiàn)以學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)為證據(jù)，進(jìn)而推理得出結(jié)論時(shí)，學(xué)生表現(xiàn)出很大的興趣，這樣的處理策略實(shí)現(xiàn)了將學(xué)生自身的生活經(jīng)驗(yàn)、情感體驗(yàn)與知識的形成過程相融合的目的，達(dá)到較好的教學(xué)效果。如“燃燒和滅火”的教學(xué)時(shí)，筆者為了引出滅火的原理，設(shè)計(jì)了基于學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)的問題，生活中熄滅蠟燭用到了下列方法：①用嘴吹滅火，原理是什么？②用杯子蓋住滅火，原理是什么？③用剪刀剪去燈芯可以滅火，原理是什么？

三、用探究尋“理”

探究是指研究者在不知曉結(jié)果的前提下，通過自己的猜想、實(shí)驗(yàn)、分析研究得出結(jié)論，從而形成科學(xué)概念的一種認(rèn)知活動?；瘜W(xué)上很多定律、原理都是科學(xué)家用探究法獲取的，探究法讓我們揭開未知世界的奧秘。教學(xué)中采用一講一聽的單一課堂模式，是無法培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、尋找化學(xué)規(guī)律的能力的。學(xué)生有了一定的化學(xué)知識積累后，教師要舍得花時(shí)間采用探究法來引導(dǎo)學(xué)生主動獲取知識與技能，達(dá)到“授人以漁”的目的。

（一）實(shí)驗(yàn)探究尋“理”

實(shí)驗(yàn)是探究的重要手段之一，是人們認(rèn)識和研究物質(zhì)的一種科學(xué)方法，是人們根據(jù)研究的對象和研究的目的有計(jì)劃地實(shí)施探究性實(shí)踐活動的過程?；瘜W(xué)發(fā)展的歷史也充分證明：化學(xué)的任何一項(xiàng)重大突破，無一例外地是經(jīng)過化學(xué)實(shí)驗(yàn)而取得的。教學(xué)中，學(xué)生不僅可從教材設(shè)置的實(shí)驗(yàn)探究活動中來獲取新知，也可針對教學(xué)中的“意外”進(jìn)行探究尋“理”。

在一次實(shí)驗(yàn)活動中，有幾個小組在配制的NaOH溶液中滴入幾滴酚酞試液時(shí)，出現(xiàn)了與課本中不同的現(xiàn)象：酚酞先變紅，后變?yōu)闊o色。筆者立即意識到這是寶貴的探究資源，組織學(xué)生組內(nèi)交流得出下列猜想：①可能是酚酞溶液與空氣中的氧氣反應(yīng)，使紅色消失；②可能是氫氧化鈉溶液與空氣中的二氧化碳反應(yīng)，使紅色消失；③可能是這幾組同學(xué)用的酚酞變質(zhì)。根據(jù)猜想，學(xué)生設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)：①取這幾個小組配制的氫氧化鈉溶液加熱，并在液面上方滴植物油，然后在冷卻后的下方溶液中滴入酚酞溶液。②用試管取一定量的Na2CO3溶液，在其中滴入酚酞溶液。③取其他組（無異常情況）用的氫氧化鈉溶液，在其中滴入幾滴此酚酞溶液。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為：①中酚酞先變紅，后紅色消失；②中溶液呈現(xiàn)紅色；③中酚酞溶液呈紅色。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象否定了上述3個猜想。學(xué)生情緒低落，為“挽救”這場探究，筆者引導(dǎo)他們從氫氧化鈉溶液濃度的角度進(jìn)行猜想，并設(shè)計(jì)方案：做對比實(shí)驗(yàn)，取有異常小組的氫氧化鈉溶液少量，加水稀釋后，再滴入幾滴酚酞溶液。實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)酚酞溶液變成紅色，紅色不褪去［8］。當(dāng)實(shí)驗(yàn)被用作探究性學(xué)習(xí)的途徑時(shí)，化學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)造性和探究性便會充分地顯示出來，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中積極地動腦動手，體驗(yàn)像科學(xué)家那樣探究尋“理”的過程，并獲得探究的樂趣和成功的喜悅［9］。

（二）理論探究尋“理”

探究不一定要做實(shí)驗(yàn)，做實(shí)驗(yàn)不一定在探究。初中化學(xué)探究活動是多元的，除實(shí)驗(yàn)探究外，還有史料探究、查閱資料、調(diào)查訪問等形式。而理論探究是相對于實(shí)踐而言的，即基于化學(xué)原理、定律、概念進(jìn)行的推理及證明，理論探究是實(shí)驗(yàn)探究的補(bǔ)充形式。

筆者應(yīng)內(nèi)蒙古烏海市教師培訓(xùn)中心之邀，執(zhí)教了人教版第五單元課題1“質(zhì)量守恒定律”第1課時(shí)的公開課，設(shè)計(jì)的核心環(huán)節(jié)之一是采用理論探究尋“理”法，推理出質(zhì)量守恒定律。環(huán)節(jié)1：實(shí)驗(yàn)感知。借助于3個實(shí)驗(yàn)（圖5、圖6、圖7），反應(yīng)后稱得的總質(zhì)量與反應(yīng)前稱得的總質(zhì)量相比，分別是等于、小于和大于，三種情況引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突。環(huán)節(jié)2：微觀探析（理論層面）。學(xué)生從氫氣在氧氣中燃燒的微觀粒子圖分析出，原子的種類、數(shù)目、質(zhì)量不變，元素的種類與質(zhì)量不變，從而推知化學(xué)反應(yīng)前后的所有物質(zhì)總質(zhì)量必相等。環(huán)節(jié)3：宏觀辨識。從宏觀物質(zhì)的角度分析圖6、圖7稱得的質(zhì)量前后不相等的原因。

圖5 白磷燃燒

圖6 碳酸鈉與鹽酸反應(yīng)

圖7 鎂條燃燒

原子論、分子學(xué)說是在拉瓦錫等科學(xué)家提出質(zhì)量守恒定律之后，從化學(xué)史來看，質(zhì)量守恒定律的發(fā)現(xiàn)為原子論的提出打下了基礎(chǔ)。但化學(xué)史的發(fā)展順序并不等同于學(xué)生的認(rèn)知順序，初中生在學(xué)習(xí)質(zhì)量守恒定律前已學(xué)過分子、原子的基本理論，借助微觀理論可尋知反應(yīng)物總質(zhì)量等于生成物總質(zhì)量是必然的。環(huán)節(jié)2采用了理論探究法，由分子、原子的基本理論探究出質(zhì)量守恒定律的存在，突破了由實(shí)驗(yàn)推出理論定律的傳統(tǒng)束縛，這樣的處理策略對初中生既具有挑戰(zhàn)性，又指出另一種尋“理”的路徑。

四、從客觀評“理”

（一）客觀評價(jià)化學(xué)惹的“禍”

瘦肉精、地溝油、三聚氰胺、蘇丹紅、新型合成毒品等害人物質(zhì)的出現(xiàn)給化學(xué)抹了黑、惹了禍，以至于電視中出現(xiàn)“我們恨化學(xué)”這些不明事理的廣告?！霸?！”化學(xué)的發(fā)展本身并沒有錯誤與過失，化學(xué)已經(jīng)讓我們的生活絢麗多彩！初中生面對化學(xué)，充滿著好奇，教師需借助課堂從事件的本質(zhì)出發(fā)為化學(xué)評“理”，揭開事實(shí)真相：科學(xué)本身沒有好壞、善惡之爭，關(guān)鍵在于它們掌握在什么人手里［10］。人是關(guān)鍵，做這些壞事的人都是掌握了化學(xué)知識和技能的人，單從化學(xué)知識、技能和能力來看，他們大多可算是化學(xué)“學(xué)科素養(yǎng)”高的“優(yōu)等生”［11］。這對啟蒙階段的化學(xué)教學(xué)起到了警示作用，即不僅要為化學(xué)評“理”，也要在教學(xué)中立德樹人，引導(dǎo)學(xué)生建立學(xué)好化學(xué)的信心，為人類造福！

（二）客觀評價(jià)化學(xué)史中的“遺憾”

傅鷹曾說：“化學(xué)給人以知識，而化學(xué)史給人以智慧?！被瘜W(xué)家探索物質(zhì)世界奧秘的過程是艱辛的，任何一個科學(xué)發(fā)現(xiàn)必包含著他們在漫長道路上的無數(shù)次失敗和挫折，留下諸多“遺憾”。這些“遺憾”由于受到權(quán)威的束縛、實(shí)驗(yàn)條件的限制、科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)狀等因素影響，往往具有時(shí)代性，但這些遺憾給后人以啟迪和智慧，也會讓后人站在他們的“肩膀”上繼續(xù)深入研究，不斷修正前人的觀點(diǎn)，直至發(fā)現(xiàn)真理。

學(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)史時(shí)，往往只欣賞和贊嘆化學(xué)史中的“成功”，卻很少客觀評價(jià)化學(xué)史中的“遺憾”。因此，教師應(yīng)正確引導(dǎo)學(xué)生評價(jià)化學(xué)史中的“失敗”和“不足”。在“質(zhì)量守恒定律”的教學(xué)中，筆者增加了這樣的教學(xué)情景：1673年，英國化學(xué)家波義耳在一個容器中加熱金屬，結(jié)果發(fā)現(xiàn)反應(yīng)后質(zhì)量增加了。波義耳為什么會與質(zhì)量守恒定律擦肩而過呢？學(xué)生從中分析出即使是偉大的科學(xué)家也會犯研究方法（反應(yīng)體系、裝置設(shè)計(jì)）上的錯誤，與真理失之交臂！方法對科學(xué)研究顯得尤為重要。在“空氣成分的發(fā)現(xiàn)史”教學(xué)中，拉瓦錫擺脫了傳統(tǒng)錯誤理論（燃素說）的束縛，尊重實(shí)驗(yàn)事實(shí)，得出氧氣約占空氣總體積的五分之一，且空氣是由氮?dú)夂脱鯕饨M成的觀點(diǎn)。盡管部分觀點(diǎn)不科學(xué)，但教學(xué)中應(yīng)指出：這在當(dāng)時(shí)是一個了不起的發(fā)現(xiàn)，也為后人科學(xué)全面探究空氣成分奠定了一定的認(rèn)知基礎(chǔ)。

綜上所述，講“理”的化學(xué)教學(xué)會使我們的課堂充滿理性，也會使學(xué)生的邏輯思考能力、推理能力、探究能力、質(zhì)疑批判能力得到不斷的提升。

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