顏標(biāo)峰

摘 要：化學(xué)教材中選用的實(shí)驗(yàn)往往將復(fù)雜條件進(jìn)行簡(jiǎn)化和純化，使需要認(rèn)識(shí)的化學(xué)知識(shí)以相對(duì)純粹的形態(tài)表現(xiàn)出來(lái)，具有豐富的價(jià)值和功能。然而大多數(shù)情況下，教材中的實(shí)驗(yàn)功能得不到發(fā)揮。以質(zhì)量守恒定律的教材實(shí)驗(yàn)為例，解讀其在化學(xué)史角度上、定律本體角度上的內(nèi)涵，旨在引發(fā)“用教材教”的實(shí)驗(yàn)功能深度開發(fā)的思考。

關(guān)鍵詞：質(zhì)量守恒定律；教材實(shí)驗(yàn)；功能；深度開發(fā)

以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)是中學(xué)化學(xué)教學(xué)的基本特征?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀具體、形象生動(dòng)，既能幫助學(xué)生了解化學(xué)科學(xué)的基本事實(shí)，又能促進(jìn)化學(xué)假設(shè)和理論的形成。化學(xué)實(shí)驗(yàn)在化學(xué)科學(xué)認(rèn)識(shí)中所處的地位十分重要，具體表現(xiàn)在：“化學(xué)實(shí)驗(yàn)是聯(lián)系認(rèn)識(shí)主體和認(rèn)識(shí)客體的中介；是溝通認(rèn)識(shí)主體和化學(xué)科學(xué)認(rèn)識(shí)的橋梁；是化學(xué)科學(xué)認(rèn)識(shí)從一級(jí)上升到另一級(jí)的中間環(huán)節(jié)?！?/p>

在化學(xué)學(xué)習(xí)過程中，研究物質(zhì)的性質(zhì)及變化需要化學(xué)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并體驗(yàn)到變化的客觀存在，進(jìn)而由現(xiàn)象到本質(zhì)進(jìn)行分析和推理；對(duì)化學(xué)基本概念和基本理論的認(rèn)識(shí)，學(xué)生更需要通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)情境獲取感性材料，概括出事物發(fā)展的規(guī)律和

本質(zhì)。

化學(xué)教材中選用的實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)得十分細(xì)膩和精巧，往往能將復(fù)雜條件進(jìn)行簡(jiǎn)化和純化，使需要認(rèn)識(shí)的某種性質(zhì)或關(guān)系以相對(duì)純粹的形態(tài)表現(xiàn)出來(lái)。然而，在大多時(shí)候，教師將教材中已有的實(shí)驗(yàn)棄之不用，或使用了實(shí)驗(yàn)卻對(duì)其知之甚少。未能對(duì)教材中實(shí)驗(yàn)的功能進(jìn)行充分挖掘，從而喪失了很多有意義的教學(xué)素材，這是非常令人惋惜的。

質(zhì)量守恒定律是初中化學(xué)里為數(shù)不多的基本定律之一，教材在展開這部分內(nèi)容時(shí)選擇了四個(gè)實(shí)驗(yàn)，筆者對(duì)這四個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了相對(duì)深入的分析，以下的解讀希望對(duì)大家有所啟發(fā)。

一、質(zhì)量守恒定律實(shí)驗(yàn)與化學(xué)史的關(guān)系

質(zhì)量守恒定律在化學(xué)史的發(fā)展過程中經(jīng)歷了三個(gè)重要階段：施塔爾以草木燃燒，燃素逸出，質(zhì)量減小為例，認(rèn)為化學(xué)反應(yīng)后質(zhì)量減小；波義耳煅燒金屬后，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量增大，認(rèn)為化學(xué)反應(yīng)后質(zhì)量增大；拉瓦錫在密閉容器內(nèi)加熱汞，發(fā)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)前后質(zhì)量不變。三位名家，三種不同的觀點(diǎn)，穿越到現(xiàn)代課堂中，成為三種不同的假設(shè)。

教材中并未穿插化學(xué)史料，而是以實(shí)驗(yàn)的形式，將三種觀點(diǎn)呈現(xiàn)在教材中。當(dāng)然，教材在選擇實(shí)驗(yàn)時(shí)，將三位科學(xué)家的復(fù)雜體系都簡(jiǎn)單化，在保留體現(xiàn)科學(xué)家實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想的同時(shí)，簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)原理和體系，使得需要探究的質(zhì)量關(guān)系以較為純粹的方式得以呈現(xiàn)。代表施塔爾觀點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)是碳酸鈉與稀鹽酸的實(shí)驗(yàn)，是一個(gè)有物質(zhì)逃逸的實(shí)驗(yàn)，與草木燃燒的實(shí)驗(yàn)異曲同工；代表波義耳的實(shí)驗(yàn)是鎂帶燃燒的實(shí)驗(yàn)，是一個(gè)有物質(zhì)吸入的實(shí)驗(yàn)；代表拉瓦錫的實(shí)驗(yàn)有兩個(gè)，一個(gè)是紅磷在密閉體系中燃燒的實(shí)驗(yàn)，另一個(gè)是鐵釘和硫酸銅反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。

教材中選擇紅磷燃燒的實(shí)驗(yàn)來(lái)做質(zhì)量守恒定律的探究，還有另一個(gè)層面的考慮。拉瓦錫經(jīng)典的“12天”實(shí)驗(yàn)，利用金屬汞測(cè)定了空氣中的氧氣含量，教材中用紅磷取代金屬汞。質(zhì)量守恒定律，其實(shí)是拉瓦錫在“12天”實(shí)驗(yàn)中的第二個(gè)發(fā)現(xiàn)，教材中選擇之前使用過的紅磷燃燒實(shí)驗(yàn)做模擬，更為流暢與自然，也隱含著兩個(gè)發(fā)現(xiàn)之間的聯(lián)系。

二、質(zhì)量守恒定律實(shí)驗(yàn)與定律本體的關(guān)系

質(zhì)量守恒定律是指“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?！?/p>

質(zhì)量守恒定律中的關(guān)鍵詞有化學(xué)反應(yīng)、質(zhì)量、總和、參加反應(yīng)的，這四個(gè)關(guān)鍵詞的理解與突破，是教材中選擇的四個(gè)實(shí)驗(yàn)承載的重要任務(wù)。

“化學(xué)反應(yīng)”如何在四個(gè)實(shí)驗(yàn)中得以體現(xiàn)？教材中選擇的四個(gè)實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)象分別為紅磷燃燒的火焰、鎂帶燃燒的發(fā)光、鐵和硫酸銅反應(yīng)的變色以及碳酸鈉和稀鹽酸反應(yīng)的氣泡。這些明顯的現(xiàn)象都指向同一個(gè)結(jié)論，這些反應(yīng)都是化學(xué)反應(yīng)。

“質(zhì)量”在四個(gè)實(shí)驗(yàn)中體現(xiàn)得十分明顯。四個(gè)實(shí)驗(yàn)在進(jìn)行前后，都要將儀器及藥品在托盤天平上稱量。

質(zhì)量守恒定律中較難理解的是第三個(gè)關(guān)鍵詞：“總和”，這個(gè)關(guān)鍵詞在實(shí)驗(yàn)中主要通過探究的形式予以凸顯。碳酸鈉和稀鹽酸的實(shí)驗(yàn)以及鎂帶燃燒的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)前后，質(zhì)量均不守恒，問題出在哪里？學(xué)生很快發(fā)現(xiàn)，碳酸鈉與稀鹽酸實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的大量氣體外溢，并未稱量；鎂帶燃燒時(shí)，通過原理分析，學(xué)生會(huì)注意到，吸入的氧氣未稱量，造成反應(yīng)前后質(zhì)量不守恒。如何將“不守恒”的裝置改為能夠證明質(zhì)量守恒定律的裝置？圍繞這一問題，學(xué)生深入探究，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，稱量反應(yīng)前后的質(zhì)量總和。在探究過程中，“總和”的意識(shí)不斷在指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)和改進(jìn)，從而突破認(rèn)知難點(diǎn)。

“參加反應(yīng)的”是質(zhì)量守恒定律中最難理解的關(guān)鍵詞，也是最容易被忽略的關(guān)鍵詞。在改進(jìn)裝置后，四個(gè)實(shí)驗(yàn)反應(yīng)前后的質(zhì)量總和不變，由此，學(xué)生在思維深處已經(jīng)形成了質(zhì)量守恒的意識(shí)。然而，這只是實(shí)驗(yàn)表觀的質(zhì)量總和不變，質(zhì)量守恒定律中強(qiáng)調(diào)的是參加反應(yīng)的和反應(yīng)生成的物質(zhì)質(zhì)量守恒。在這一難點(diǎn)的突破上，鐵釘和硫酸銅實(shí)驗(yàn)的潛在作用得以充分發(fā)揮。引導(dǎo)學(xué)生將鐵釘與硫酸銅溶液反應(yīng)后的試管稍加振蕩，觀察到鐵釘表面的紅色固體脫落，露出銀白色的金屬。一個(gè)簡(jiǎn)單的舉動(dòng)，引出了深入的思考，列表式分析如下：

上述列表分析后，得出最終結(jié)論：質(zhì)量守恒定律需要強(qiáng)調(diào)參加反應(yīng)的和反應(yīng)生成的物質(zhì)的質(zhì)量。

理解質(zhì)量守恒定律，關(guān)鍵在理解這四個(gè)詞上；理解這四個(gè)詞，關(guān)鍵在實(shí)驗(yàn)功能的發(fā)揮上。由此可見，質(zhì)量守恒定律實(shí)驗(yàn)對(duì)定律本體重難點(diǎn)的突破意義重大。

三、質(zhì)量守恒定律實(shí)驗(yàn)的其他細(xì)節(jié)

細(xì)節(jié)一：鐵釘和硫酸銅溶液反應(yīng)時(shí)，教材中用作反應(yīng)器的錐形瓶口上配了橡膠塞，這一處理主要有兩個(gè)目的：（1）與紅磷在密閉體系中燃燒的實(shí)驗(yàn)呼應(yīng)，提示學(xué)生注意體系的密閉性，為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)做鋪墊；（2）由于銅離子水解，硫酸銅溶液顯酸性，鐵釘加入硫酸銅溶液后，可能會(huì)產(chǎn)生少量的氫氣，為了實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性，實(shí)驗(yàn)中做了密閉處理。

細(xì)節(jié)二：鎂帶燃燒是一個(gè)相對(duì)其他三個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)說，更為復(fù)雜的反應(yīng)體系。鎂帶會(huì)消耗空氣中的氧氣，還會(huì)消耗空氣中的氮?dú)夂投趸迹氲奈镔|(zhì)有多種可能，質(zhì)量變化關(guān)系復(fù)雜；另外，鎂帶燃燒時(shí)產(chǎn)生大量白煙，白煙逸散到空氣中，影響生成物的質(zhì)量稱量。多重因素同時(shí)影響，使得關(guān)于鎂帶燃燒前后的質(zhì)量變化討論更開放，但由于涉及的知識(shí)點(diǎn)太多，初中生難免淺嘗輒止。筆者認(rèn)為，復(fù)雜體系的多因素討論實(shí)驗(yàn)，在此處有一些超出范圍，建議使用簡(jiǎn)單體系的金屬實(shí)驗(yàn)，比如加熱銅片等。

參考文獻(xiàn)：

王祖浩.化學(xué)案例教學(xué)論[M].合肥：安徽教育出版社，2012.