錢海如+趙華

摘要：依據(jù)課程標準和初中學牛認識發(fā)展規(guī)律，分析了初中階段守恒觀所涉及的維度、主要內容及學習要求。結合教學實踐與總結，對初中化學教學中的有關內容進行整體規(guī)劃，歸納了初中階段守恒觀構建的“進階模型”，包括5個階段的認識進階，并指出了教學中應注意的4個問題。

關鍵詞：初中化學；質量守恒定律；守恒觀；認識進階；教學策略

文章編號：005-6629（2017）8-0025-05

中圖分類號：C633.8

文獻標識碼：B

義務教育階段的化學教育，要激發(fā)學生學習化學的好奇心，引導學生認識物質世界的變化規(guī)律，形成化學的基本觀念。初中階段守恒觀主要是在學習“物質的化學變化”主題中逐步發(fā)展起來的對化學反應規(guī)律的觀念性認識。教學中發(fā)現(xiàn)，初中學生對質量守恒定律的基本原理的記憶還是較準確的，但在解決一些實際問題時不能從本質的角度理解和遷移，特別是解決定量計算問題較定性分析問題弱?，F(xiàn)結合教學實際，談談初中階段守恒觀構建的認識進階。

1初中階段守恒觀的內涵及學習要求

化學學科中的守恒觀是指人們在認識化學的活動中對化學的規(guī)律、本質、價值的基本認識和思想方法，表現(xiàn)為自覺地從分子、原子、元素的層面探索各種物質變化的思維習慣和意識。中學化學中的守恒觀通常包括3個維度，即質量守恒、電荷守恒和能量守恒，根據(jù)《義務教育化學課程標準（2011年版）》（以下簡稱《課程標準》），初中階段守恒觀主要體現(xiàn)在質量守恒的維度，初步涉及了電荷守恒的維度，其主要內容和學習要求見表1。

從表1可以看出，初中階段守恒觀既包括定性和定量層次，難點在定量層次的應用以及定性與定量層次相結合的綜合應用；同時又包括宏觀和微觀層次，難點在微觀層次的理解以及宏觀和微觀貫通水平的提升，其學習要求應低于高中階段。

2初中階段守恒觀構建的“進階模型”

定量認識化學變化是初中化學教學的重要內容，初中生對化學變化的定量認識需要經(jīng)歷基于總和認識定量、基于比例認識定量、宏微觀多角度

2.1第一階段：宏觀認知階段

即化學反應前后宏觀的質量守恒認知階段，這個階段是守恒觀構建的起始階段，通常安排在“質量守恒定律”的主題教學中，由于初中生的認知水平和心理發(fā)展特征的局限，需要教師幫助他們實現(xiàn)從“整個體系”到“具體反應”的思維轉換。

在進行質量守恒定律的教學前，應該要解決3個問題：一是研究化學反應前后的質量變化，應該選擇哪些反應研究，采用的是“數(shù)學歸納法”的思想；二是選擇了某個反應以后，必須考慮體系問題，引導學生認識化學反應研究體系的重要性；三是要引導學生分析需要哪些數(shù)據(jù)進行推理舉證，這是質量守恒定律的核心意義：定量測定的價值所在。學生學習時常常對《義務教育教科書·化學》（以下簡稱《教科書》）編排的兩個實驗探究（①氫氧化鈉溶液與硫酸銅溶液的反應②碳酸鈣與鹽酸反應）產(chǎn)生疑問：為什么根據(jù)整個裝置中的質量在反應前后不變就能說明化學反應前后的物質總質量不變？這個疑問的本質是對“整個體系”的思維轉換到“具體反應”上的“跳躍”存在一定的理解障礙。在教學中，可以“放大”思維轉換的學習過程，增加鋪墊，減少“跳躍”幅度，具體做法是（以實驗探究①為例）：在學生實驗后得出“反應前裝置內物質的質量總和=反應后裝置內物質的質量總和”以后，組織學生討論問題“該化學反應中哪些物質的質量總和相等”，并結合實驗現(xiàn)象和反應原理，圍繞“反應前物質質量總和”與“反應后物質質量總和”，列出“整個體系”內物質質量的思維框架理解化學變化的定量關系幾個發(fā)展水平。“質量守恒定律”是定量認識化學變化和構建守恒觀的起點，教學中要遵循學生的認知規(guī)律，進行整體規(guī)劃，把握不同階段的要求，初中學生對守恒觀的認識進階層級如圖1所示。分析圖，見圖2（略去裝置本身質量），最終經(jīng)過細致分析，得出“具體反應”中的物質質量總和相等的關系，見圖3。于是，學生就能得出“參加化學反應的各物質的質量總和等于反應后生成的各物質的質量總和（質量守恒定律）”，這樣就實現(xiàn)了從“整個體系”到“具體反應”的思維轉換，學生就能精準理解“參加反應的”、“反應后生成的”不是各物質質量的簡單相加，而是指真正參與了反應的以及在反應中實際生成的那一部分質量不能包括“反應物中過量的”以及“生成物中原來就有的”那部分質量。

2.2第二階段：微粒解釋階段

即守恒的微粒解釋階段，這個階段是基于微觀原子的總體等量關系定量認識化學變化的，既是微觀層次，義是定量層次，是學生定量認識化學變化和構建守恒觀的關鍵，需要教師幫助他們實現(xiàn)從“宏觀物質質量”到“微觀原子總量”的思維轉換。

在這個階段中，不應僅滿足于對宏觀守恒的微觀解釋，還需培養(yǎng)學生從微觀的角度認識、解釋宏觀現(xiàn)象的思維方式，形成宏觀現(xiàn)象微觀解釋的思維途徑。教學中，首先結合電解水反應的微觀模型解釋和分析（見圖4）：反應前后氫、氧原子依然存在，沒有變化，即原子種類不變，數(shù)目不變；再計算反應前后的相對質量的變化：反應前為2x（lx2+16） =36，反應后為2×2+16×2=36，由此可以得出質量守恒的微觀本質：在化學變化中，反應前后原子種類和數(shù)目不變、原子質量不變。然后再結合圖5，說明該反應中參加反應的H₂、O₂，與反應后生成的H₂o的數(shù)目比為2：1：2，引導學生實現(xiàn)“宏觀”與“微觀”的思維貫通，加深對守恒的基本思想的理解。

2.3第三階段：質量關系階段

即反應物與生成物的質量關系階段，這個階段是基于總和、基于比例定量認識化學反應中的質量關系，需要教師幫助學生實現(xiàn)從“質量總和”到“質量比例”的思維轉換。

由于學生在質量守恒定律中剛剛建立“質量總和”相等的事實，而在實際計算化學反應中的“投料”與“產(chǎn)出”的物質質量時，運用的是“質量比例”恒定的關系，這對學生來說是個不小的障礙。教學中，為加強學生對“質量比例”恒定的理解，可以分為3個層次處理：endprint

第一層次設置在“質量守恒定律的微觀分析”中。當學生結合化學反應的微觀分析，認識到化學反應前后原子組合方式（“分子”）不同，形成了新“分子”，追問學生：當這種組合方式確定，構成各物質的微粒間的數(shù)目比例會不會變化？質量比例關系呢？引導學生初步認識微粒間的數(shù)目比和質量比都是恒定的，為后續(xù)計算學習作鋪墊。

第二層次設置在“認識化學方程式的含義”中。引導學生理解化學方程式中“量”的含義，即反應物和生成物的微粒數(shù)目比和質量比，并認識微粒的質量比是化學計量數(shù)與相對分子質量的乘積之比，然后通過成倍地改變化學方程式中各物質的計量數(shù)，得出反應物和生成物的微粒數(shù)目比和質量比都是恒定的，幫助學生建立對“符號表征”的定量認識，為后續(xù)計算學習作準備。

第三層次設置在“依據(jù)化學方程式的計算”中。從學生熟悉的簡單化學反應入手（如電解水），先要求學生完成相關任務并討論有關問題：①書寫該反應的化學方程式，畫出該反應的微觀示意圖，說明各物質的微粒數(shù)目比是多少？②該反應中各物質的微粒質量比是多少？各物質的質量比是多少？③電解18kg水能獲得氫氣多少？氧氣多少？④電解72kg水能獲得氫氣多少？氧氣多少？⑤若要得到4kg氫氣，需要電解多少水？同時得到多少氧氣？⑥若要得到12kg氫氣，需要電解多少水？同時得到多少氧氣？⑦結合以上問題，你發(fā)現(xiàn)了什么規(guī)律？以上系列問題看似簡單，但對初中生而言，通過這些問題的學習過程，在其腦海中已經(jīng)深深形成了化學反應中物質的質量比恒定的觀念，接下來再結合例題學習計算步驟、練習解題規(guī)范就沒有障礙了。

2.4第四階段：離子組合階段

即酸、堿、鹽學習后的離子組合階段，包括初步的電荷守恒階段，主要是在學習復分解反應的過程中，這個階段需要教師幫助學生實現(xiàn)從“關注反應特征”到“關注反應本質”的思維轉換。

復分解反應是酸、堿、鹽溶液中相互反應規(guī)律的核心知識，是培養(yǎng)學生守恒觀的重要載體?！督炭茣分嘘P于復分解反應的概念為：兩種化合物相互交換成分，生成兩種新的化合物，這類反應稱為復分解反應。這里的“相互交換成分”本質上就是離子的交換，即離子的重新組合，這種交換具有一定的規(guī)則，能表達這種規(guī)則的就是離子符號。因此，為加強“關注反應本質”的理解，教學中可以分為3個層次處理。

第一層次，讓學生形成對溶液的“微觀本質”的認識。充分利用學生已知知識，始終抓住酸、堿、鹽中熟悉的物質，讓學生說出其溶液中的離子，并且這些離子能自由移動，在溶液中有固定的數(shù)目比，溶液呈電中性。這樣就為后續(xù)的解釋“反應前后離子種類沒有改變”和“離子交換遵循電荷守恒”作了鋪墊。

第二層次，培養(yǎng)學生對酸、堿、鹽的“宏觀一微觀一符號”的“三重表征”思維。讓學生熟練書寫最常見的離子符號，進而過渡到只要提到某酸、堿、鹽的溶液，學生的頭腦中就有正確的離子符號；只要提到某酸、堿、鹽的溶液中的離子，學生就能知道是什么物質的溶液，為后續(xù)書寫常見復分解反應的化學方程式遵循“化合價不改變”或“等價交換”作準備。

第三層次，引導學生重新領悟復分解反應的實質。即兩種化合物（一般是酸、堿、鹽）在溶液中相互交換離子，結合成的另外兩種化合物中至少有一種在溶液中難以再生成自由移動的離子（沉淀、氣體或水），這樣學生就能從離子角度理解反應前后離子的種類沒有改變的原因一一離子守恒，也進一步體會離子交換時的“等價交換”的本質一一初步的電荷守恒。建立了初步的電荷守恒思想，也便于學生對“電中性的分子中，為什么元素化合價的代數(shù)和等于零？”、“稀硫酸中H⁺和S（o_{4）^2-的個數(shù)比為什么是2：1？”等問題有了新的解釋，起到了觸類旁通的效果。}

2.5第五階段：本質認識階段

即元素守恒的本質認識階段，這個階段是在學生學習了初中常見的化學反應以后逐步形成的，需要教師幫助學生實現(xiàn)從“物質改變”到“元素守恒”的思維轉換。

發(fā)展學生從元素的角度認識化學變化，即形成“化學變化過程中元素不變”的觀念一一元素守恒?；瘜W變化的本質特征是生成新物質，即物質種類發(fā)生改變，而對質量守恒定律的理解義必須形成質量總和不變的認識，然后再逐步過渡到化學反應前后元素的質量不變（元素守恒），這種在化學變化中的“變”與“不變”的思維沖突也給學生在理解元素守恒時帶來了障礙。教學中，為加強學生對“元素守恒”的認識，教師要對《課程標準》和《教科書》進行立體解讀，從不同維度、不同層面觀照文本，獲得對文本的全息解讀，處理好文本解讀中多種意義之間的辯證關系。具體可以分為3個層次處理。

第一層次，知道“元素守恒”?！督炭茣吩趯W習質量守恒定律之前就已經(jīng)對元素觀作了預設和鋪墊，例如，在“第1章開啟化學之門”中有兩處敘述：①科學告訴我們，一種物質可以通過化學變化變成其他物質，但反應物及生成物中應含有同種元素；②化學反應的本質特征是有新物質生成，但在發(fā)生化學反應的過程中，元素本身并未發(fā)生變化，只不過重新組合形成了新物質。以上內容是在學生還沒有建立“元素”概念之前的，只要求學生“知道”、“記住”、“說出”結論，會“例舉”、“找到”化學反應中的不變元素，不需要作過多的原因解釋，這是形成“元素守恒”認知水平中的低級水平。

第二層次，認識“元素守恒”。學習質量守恒定律，將引領學生進一步認識化學變化的本質，揭示化學反應的規(guī)律，解決學生以前的疑惑，如化學反應前后元素種類為什么不變，元素質量為什么不變。教學中，要采取“討論交流”、“圖示模型”、“動畫模型”等形式，讓學生在自主與合作學習中，從分子、原子的角度去分析理解化學變化，主動形成對化學反應的微觀本質認識，即化學反應前后原子種類、數(shù)目不變，原子質量不變；化學反應前后原子組合方式（“分子”）不同，形成了新“分子”。然后引導到宏觀層面，認識到元素種類不變、元素質量不變、物質的質量總和不變以及物質種類改變，于是，“物質改變”與“元素守恒”的思維沖突就會逐步化解，這是形成“元素守恒”認知水平中的中級水平。

第三層次，理解“元素守恒”。在學習酸、堿、鹽的反應中，從離子的角度分析化學變化，需要學生“理解”、“解釋”、“區(qū)分”不同類型的反應中“元素守恒”，能對反應中“元素守恒”做出理性判斷，并能用于簡單計算。教學中，要通過不同的事例，幫助學生尋找化學反應中的質量比例關系，如“分子與原子之間”、“原子與原子之間”、“元素與物質之間”等等，最終利用元素守恒從多角度尋找正確的質量比例關系，解決有關實際問題，這是形成“元素守恒”認知水平中的高級水平。

這種“宏觀一微觀一宏觀”認識過程培養(yǎng)了學生從宏微觀多角度理解化學變化的意識和能力，也培養(yǎng)了“作為化學學科核心素養(yǎng)的關鍵能力”所包含的化學信息能力（包括對化學物質及其變化信息初步的識別、收集、結構化、計算、變換、推理、應用能力等）和化學學習能力（包括宏微結合、分類研究等化學認知策略及能力、自主與合作學習能力等）。初中階段守恒觀的構建，也為學生進入高中階段進一步學習原子守恒、元素守恒、電荷守恒、電子得失守恒和能量守恒等奠定了堅實的基礎。

3教學中應注意的問題

3.1突出基本觀念，不游離課標

初中生守恒觀的構建要以《課程標準》為準繩。既要注意與高中內容的銜接，更要注意與高中學習要求的區(qū)別；既要突出基本觀念的形成，也要關注學生的持續(xù)發(fā)展。教學中情境的設置、問題的設計、教學資源的開發(fā)、評價方式的選擇等要與學生的認知結構相結合，不可游離在《課程標準》之外。

3.2放大學習過程，不急功近利

初中生守恒觀的構建需要學生主動建構。教學中要對相關難點進行細化處理，增加學習材料或連續(xù)問題，供學生交流討論，適當延長學習時間，把難點突破的過程放大。在這方面教師要有耐心，要“等待”，不能“急功近利”，不宜將教師理解的技巧和梳理的要點直接呈現(xiàn)給學生，要耐心幫助學生理解與建構，把握突破難點的最佳時機。

3.3做出整體規(guī)劃，不一步到位

初中生守恒觀的構建過程也是學生持續(xù)進步的過程。教學中應結合學生的已有經(jīng)驗，針對學生科學素養(yǎng)發(fā)展的不同階段，對教學單元、教學內容做出整體規(guī)劃，科學設置單元或課時教學目標，注意新授課與復習課的區(qū)別、單一角度認識與多角度認識的區(qū)別，把握循序漸進要求，化解相關難點，不要幻想“一步到位”式的教學內容或教學設計，不增加學生認知上的障礙。

3.4控制試題難度，不超越基礎

初中生守恒觀的構建需要保護學生的學習積極性。建立了守恒觀以后，應用的難點往往是在化學計算中，編制聯(lián)系實際的化學計算試題時，要根據(jù)“課程內容”控制試題難度，不要超越學生的知識基礎，要考慮知識內容的深廣度，不能拔高要求，防止學生面對化學計算時產(chǎn)生畏懼心理，挫傷他們的學習積極性。

總之，初中階段守恒觀的構建是一個循序漸進的過程，需要我們以“質量守恒定律”主題教學為核心，整體規(guī)劃教學目標和內容，有效把握學生的認識進階，努力幫助學生解決好相關的思維轉換，精心設計教學內容，組織有效的學習活動。這樣，就能促進學生形成“化學變化過程中元素不變”的觀念，提高學生分析和解決問題的能力。endprint