利用問題引導學生體驗知識形成的過程

摘要：對“質量守恒定律”及其教學價值和學生探究過程中可能遇到的問題進行了分析，結合“質量守恒定律”實驗探究案例闡釋了利用問題引導學生體驗知識形成過程的方法。認為教師要根據實驗探究環節提煉出符合學科邏輯和學生認知心理的問題線索，然后在問題線索的基礎上生成出實際的教學問題。

關鍵詞：質量守恒定律；實驗探究；問題線索

文章編號：1008-0546（2012）12-0002-03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2012.12.001

一、“質量守恒定律”及其教學價值

“質量守恒定律”是人教版初中化學教科書中第五單元“化學方程式”課題1的教學內容，旨在幫助學生認識化學反應中的質量關系——質量守恒定律，認識定量研究在化學發展中的重大作用，并為學習書寫化學方程式和依據化學方程式進行計算打下基礎。

在歷史上，羅蒙諾索夫和拉瓦錫先后通過大量的實驗研究分別發現了化學反應過程中質量守恒這一規律性，并分別在1756年和1789年以普遍命題的形式把質量守恒定律清晰表述出來[1]。質量守恒定律是化學學科中非常重要的基本理論之一，它的發現為化學理論和實踐的發展開辟了新的道路。為了發展學生對質量守恒定律的認識，教科書是以實驗探究活動的形式來開展的，讓學生能夠通過實驗探究來體驗化學家發現規律的過程，認識化學反應體系中物質之間的內在規律，掌握探究規律性知識的科學方法。

質量守恒定律是從定量角度對化學反應本質的認識，而要發展學生的這種認識就必須引入一種嚴密的化學實驗方法——定量分析。為了能夠從定量角度準確判斷化學反應前后物質的質量關系，就要使用一個稱量質量的儀器——天平進行測量，學生不再直接觀察化學反應的現象，而是通過實驗儀器來獲知化學反應的基本情況。當然，在本實驗探究中定量分析是非常簡單的，但是這些研究方法對于學生來說卻是全新的。

二、學生探究“質量守恒定律”的基礎與困難分析

在學習“質量守恒定律”之前，學生已經學習了有關化學反應的一些知識，比如有新物質的生成是化學反應的基本特征之一，化學反應的類型可分為化合反應和分解反應，化學反應中可能會產生氣體、沉淀或者顏色改變等現象，這些知識構成了學生對化學反應的初步認識，也為開展實驗探究奠定了知識基礎；在此之前，學生也學習了一些基本的實驗方法，比如天平的使用、藥品的取用、實驗觀察、結果記錄等，為實驗探究的開展奠定了方法基礎。

作為對規律性知識的探究，學生就不能單純通過研究一個化學反應來獲取實驗結論，學生必須認識到探索一個普遍規律需要考慮到化學反應的各種不同情況，要選擇有代表性的化學反應來研究它們的共性，以此得到對質量守恒定律的全面認識。這要求學生應具備較強的分析、綜合和歸納能力。

作為一個定量分析實驗，雖然操作技能和過程都非常簡單，但是它卻需要學生使用一種比較嚴密的思維方式來設計實驗方案和分析實驗結果，比如，質量守恒定律實驗探究的研究對象是一個化學反應體系，學生要能夠甄別出體系中實際參加化學反應的物質；實驗觀察的對象不再局限于化學反應本身，還要能夠通過觀察實驗儀器來獲取真實的實驗數據；獲得實驗數據之后要對數據進行處理，學生要能夠從若干零散的實驗數據中獲得對化學反應前后物質質量關系的規律性認識。這些就決定了學生不僅要能夠精確、細致的操作實驗獲得可靠的實驗結果，而且還要求學生具備較強的抽象思維能力。

但就學生的學習進度和學習狀態來看，學生雖然對實驗探究有著很大的興趣，也樂于參與探究活動，但學生的思維方式較為單純，思考問題不全面、認識問題不深入，還不具備處理復雜問題的能力。實驗探究活動對學生的要求既反映了學生的不足，同時也為學生的發展預留了空間。所以，為了滲透科學規律產生的過程與方法，彰顯學生建構知識的主體性，就必須采用有效的策略來引導學生體驗“質量守恒定律”的形成過程。

三、利用問題引導學生體驗“質量守恒定律”的形成過程

實驗探究過程是一個既動腦又動手的過程，前者尤為重要，它決定了實驗探究的品質，但動腦又是探究過程中教師最難掌控的一個方面，是引導學生進行深度探究必須面對的問題。學生的思維總是從解決問題開始的，好的問題設計可以激活學生認知結構中已有的知識和經驗，讓學生在已有基礎上主動建構知識；可以為學生開展實驗探究提供思路和線索，讓學生的思維和行為清晰、有序；可以加強師生對話，讓教師及時了解學生的探究情況，以便適時地加以啟發和引導；還可以引發學生的認知困境，激發學生的探究欲望。所以，在探究活動中可以利用問題引導學生逐步體驗知識的形成過程。

1.實驗探究中問題的設計

為了利用問題引導學生深度探究“質量守恒定律”，在設計問題時需要考慮以下幾個方面：一是問題之間要具有一定的邏輯性，特別是要結合質量守恒定律的實驗探究過程；二是問題表達要考慮到科學性和可接受性，要以學生已有知識和經驗基礎為起點，正確使用學科概念，以學生能夠理解的語言表達問題；三是教學過程中問題的提出要有一定的靈活性，能夠根據實際情況適時發問，給予學生自主思考和相互討論的時間，并充分利用追問為學生理解問題搭建腳手架。

基于上述思考，“質量守恒定律”實驗探究中問題的設計方法是，先梳理出“質量守恒定律”探究活動的必要環節，再從每個探究環節中提煉出概括性較強的問題，形成一個問題線索（見表1）。問題線索是對學科邏輯和學生認知心理的整體把握，雖然在實際教學過程中不一定要把它呈現給學生，但是教師需要依據它生成出實際的教學問題，這樣既保證了問題之間的邏輯性，同時也為具體問題的生成預留了空間。

2.實驗探究活動案例分析

實驗探究過程是一種復雜的行為表現，教師不可能事先預測出學生遇到的所有困難，預先設計問題線索是教師對學生認知過程的洞察與把握，但是在實際探究過程中問題策略的使用還應靈活多變。結合上面的問題線索，下面就以“質量守恒定律”實驗探究的案例來闡釋利用問題引導學生體驗“質量守恒定律”的形成過程。

“質量守恒定律”實驗探究的案例及分析：

環節一：提出問題

教師：（從定性的角度復習前面學過的化學反應）化學反應前后物質的質量有無變化呢？

學生：（進入思考狀態，審視前面學習的化學反應）。

設計意圖：制造認知困境，把學生的思維從對化學反應的定性認識引向定量認識。

環節二：猜想與假設

教師：反應物的總質量與生成物的總質量可能存在幾種關系？說說你的依據。

學生1：相等，沒有物質的損耗。

學生2：小于，空氣中的氧氣參加鎂條燃燒反應。

學生3：大于，比如有氣體放出。

設計意圖：把探究問題明晰化，把學生的思維引向實驗探究的核心內容，并制造學生之間的認知矛盾，引發探究欲望。

環節三：制定計劃

教師：要想知道化學反應前后物質的質量變化情況，在實驗中需要用到什么儀器？如何使用它呢？

學生：天平；先調零……（對學生出現的問題教師要及時追問引導）

設計意圖：突出天平在實驗探究中的作用，為下面的實驗操作環節進行鋪墊。

教師：你認為反應物的總質量大于生成物的總質量，那你能否根據提供的實驗用品設計實驗來驗證你的猜想呢？（鐵釘、硫酸銅溶液、稀鹽酸、石灰石、澄清石灰水；燒杯、試管、帶導氣管的錐形瓶、氣球、裝有二氧化碳的注射器、帶有膠塞的廣口瓶等）

學生：用天平稱量鹽酸與石灰石的反應。

教師：說的細致一點，如何進行操作？

學生：先往錐形瓶中放入少量稀鹽酸，塞上橡膠塞，放在天平的左盤上；然后再取幾顆石灰石也放在左盤，一起稱取它們的質量。稱完后，其他不動，把石灰石放入錐形瓶中進行反應，觀察天平的示數，如果左盤變輕就說明質量減少。

教師：仔細思考一下，這個反應有什么特點？

學生：有二氧化碳氣體產生。

教師：二氧化碳氣體難道不是生成物嗎？

學生：哦，是。

教師：想一想你的操作是不是遺漏了什么？

學生：還要在導氣管綁上一個氣球，防止二氧化碳跑掉。

……

設計意圖：通過對三個實驗方案（鹽酸與石灰石反應、鐵釘與硫酸銅反應、二氧化碳與澄清石灰水的反應）的分析，教師步步追問讓學生理順自己的思路，在思維上形成一個清晰的、科學的實驗操作方案。

環節四、環節五：進行實驗、收集證據

教師：為了保證實驗的可靠性，在實驗操作過程中應該注意哪些問題？

學生：正確使用天平；不讓氣體泄漏……

教師：在實驗過程中你應該重點觀察什么？需要記錄哪些實驗結果？

學生：重點觀察和記錄天平的示數，記錄稱量的各物質的名稱。

……

設計意圖：把學生的思維引向具體的實踐操作，讓學生樹立科學的態度和嚴謹的實驗精神，強化學生實驗觀察的意識，培養學生良好的實驗習慣。

環節六：解釋與結論

教師：實驗結果能夠直接證明你的猜想嗎？為什么？

學生1：能，因為化學反應前后天平的示數不變就說明質量不變。

學生2：不能，因為天平稱量的不僅僅是反應物和產物，還有實驗儀器的質量，不能說明問題。

教師：到底誰對呢？大家再回憶一下我們探究的問題是什么？

學生：反應物的總質量與生成物的總質量有什么關系。

教師：非常好，為了避免干擾是不是需要把不相關的質量給剔除掉？

教師：請根據你的稱量記錄判斷化學反應前后各種物質的質量變化。

學生：發生變化的是部分鹽酸和石灰石反應生成了氯化鈣、水和二氧化碳；沒有發生變化的是錐形瓶、氣球、未反應的鹽酸和石灰石、鹽酸溶液中的水等。

……

教師：通過對上述三個實驗的結果進行分析你能得出什么結論？

學生：反應物的總質量等于生成物的總質量。

設計意圖：引導學生透過現象看本質，對實驗結果進行深入分析。引導學生正確識別和分析化學反應體系，從本質上探索化學反應前后物質的質量關系。通過對三個實驗結果的分析，培養學生的總結歸納能力，體驗規律的產生過程，同時也為引出質量守恒定律的概念做好了準備。

（注：本案例是在北京大興紅星中學楊艷偉老師課堂教學的基礎上整理而得）

四、小結

在“質量守恒定律”實驗探究活動中充分利用問題策略引導學生體驗規律性知識形成過程，有效地改善了學生的實際探究效果，特別是學生在實驗過程中具有了很強的目的性，而不再是形式上的實驗探究。當然，這些問題策略的有效性發揮還需要教師在實際教學過程中進行合理控制、靈活處理，恰當把握提問題的時機，給學生留出足夠的思考時間，對學生的反饋及時追問，直至徹底的理解問題等等。

參考文獻

[1]姜鵬，鄭長龍等.關于“質量守恒定律”化學史教學的幾個問題的討論[J].化學教育，2008，（9）：77-78