基于合作探究的理論性知識的教學

王振+魏斌+胡志剛

摘要：理論性知識的教學是學科教學的重要內容。以“質量守恒定律”的教學為例，闡述基于合作探究的理論性知識的教學模式，并闡述了基于合作探究的教學反思和教學建議。

關鍵詞：質量守恒定律；理論性知識；合作探究

文章編號：1005–6629（2017）4–0052–04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

化學理論性知識是指反映物質及其變化的本質屬性的基本概念和基本原理[1]。在中學階段，主要包括物質的組成、性質、變化等基本概念，以及質量守恒定律、元素周期律等基本理論，是化學教學中最關鍵的內容。

理論性知識的學習主要是學習者從大量的具體例證中概括得出事物特征。以質量守恒定律為例，課程標準明確指出“要引導學生通過實驗探究認識化學變化的規律，初步了解研究化學變化的科學方法”[2]?，F有教材中，質量守恒定律實驗有白磷燃燒、鐵釘與硫酸銅、碳酸鈉固體與鹽酸、鎂條燃燒、氫氧化鈉與硫酸銅、蠟燭燃燒等體系，通過實驗探究認識化學變化的規律和構建質量守恒觀。然而實際教學中很難在有限的一節課內做多個實驗，教師疲于趕著一個個實驗，教學效果往往不盡如人意。筆者在實踐中總結一套可以節約課堂時間，且行之有效的分組合作探究教學模式，詳見圖1。

把全班分成不同的實驗組，同時在做實驗1、實驗2、實驗3、……，經過一系列實驗得出粗略的結論1。通過實驗n的反常現象，進一步升華得出完整的結論2，也就是我們想要學的理論性知識。最后通過理論性知識回歸生活中的不同實踐應用。我們以質量守恒定律為例，將不適合學生做的課本實驗進行改進和取舍，改成適合學生分組探究的實驗進行教學。

1 教學設計

1.1 導入新課——提出問題

[家庭實驗]教師提供自制汽水的配料表，見表1，以及小蘇打和檸檬酸的反應文字表達式：小蘇打+檸檬酸→檸檬酸鈉+水+二氧化碳。學生自由組團在家制汽水。

[影像展示]學生自制汽水的過程中，所有原料加一起后質量是多少？

學生A說：制好的汽水質量就是原料的加和：400g+10g+20g+1.5g+1.5g=433g。

學生B說：小蘇打和檸檬酸會發生化學反應，不是簡單的混合。反應后質量還會是433g嗎？

[提出問題]以這一問題為契機趁機提出問題：化學反應前后，反應物的總質量是否等于生成物的總質量？

學生猜想：反應前后質量相等；反應前后質量不相等。

1.2 合作探究——得出結論

[提供方案]既然有爭議，我們就該通過實驗去證明。為了更好地得出結論，我們用四種不同的實驗方案來看看反應前后質量到底相不相等。方案詳見表1。

[分工詳細]為了更好地驗證，學生四人一組，互相配合完成實驗。每組選擇一位同學記錄實驗現象并匯報實驗結果。全班十二組，每三組做同一種實驗方案，以確保實驗結論的可靠。

[分組實驗]教師巡視并適當指導。

[匯報結果]前九組同學代表依次匯報各組的實驗現象和結論，詳見表2。

[得出結論]經過大家不同的實驗得出結論：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。這個規律就叫質量守恒定律。

1.3 拓展提升——精煉理論

[匯報結果]剩下的三組同學代表依次匯報各自組的實驗結論。小心地把盛有鹽酸的小試管從燒杯中取出，并將其傾斜，使小試管中的鹽酸進入小燒杯中，發現產生大量的無色無味的氣體，反應后物質的質量變小。

教師：為什么實驗三和實驗四用同樣的反應物，得出的結論卻不同呢？

（提示教師投影展示方案三和方案四不同的實驗裝置圖，詳見圖3。）

學生：因為方案四產生的氣體逸散到空氣中了。

教師：非常棒！因為參與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。所以當有氣體生成時，我們要選擇什么樣的裝置？

學生：密閉的實驗裝置。

[追問]能不能從微觀角度去解釋質量守恒定律呢？

提示給學生演示水分子電解的動畫，水通電后變成氫氣和氧氣，見圖4。在這個化學反應過程中，反應后元素種類有沒有改變、原子數目有沒有改變、原子質量有沒有改變？

學生：化學反應前后，原子種類不變，數目沒有增減，原子的質量也沒有改變，所以化學反應前后物質的質量不會改變。

1.4 結束新課——實踐應用

[實踐應用1]學生用教師備好的材料（400g水，10g白糖，20g果汁，1.5g小蘇打，1.5g檸檬酸）現場制汽水，質量會是433g嗎？

教師：為什么他們制得汽水質量會少于433g？

學生：因為制汽水過程中，產生很多氣體，沒有及時蓋上瓶蓋，有一部分氣體跑到瓶外了，所以汽水的質量會變小。

教師：非常好！當有氣體生成，我們要考慮產生氣體的質量。

[實踐應用2]已知石蠟是蠟燭的主要成分，蠟燭在空氣中完全燃燒后的產物是CO2和H2O，判斷石蠟中一定含有 元素，可能含有 元素。

學生：石蠟中一定含有C和H元素，可能含有O元素。

2 教學反思

2.1 分組合作——課堂效率高

本節課通過不同組同時做四個不同的實驗方案（實驗1，實驗2，實驗3，實驗4，詳見圖5），所以大大減少了課堂實驗的時間，提高了課堂的效率，而且四人一組分工明確，培養了學生合作學習的經歷。經過全班同學的不同實驗驗證了質量守恒定律，在教師的引導和啟發下，層層深入，加深對質量守恒定律的理解。通過合作探究學習，不僅強化了班級體的團體觀念，培養了學生合作學習的意識，而且順利高效地完成了課堂教學目標。

2.2 理論源于實踐——理論指導生活

通過具體、生動的自制汽水實驗，提出的問題更容易激發學生的學習興趣和探究欲望。理論性知識的學習的實質是新知識與學生原有概念相互作用，建立其內在的邏輯聯系，其結果是新知識納入原有認知結構中，使原有認知結構得以豐富。學生在學習完質量守恒定律這一理論知識后，通過一系列的實踐應用，讓學生體會理論指導生活，逐步培養學生的物質變化觀。如應用1現場制汽水后質量變少了，學生就比較輕松地知道生成物有氣體，要采用密閉的裝置圖；應用2蠟燭燃燒，不僅從宏觀認識物質變化，而且從微觀和元素角度去分析推理蠟燭成分，強化了理論源于生活又高于生活。

2.3 培養思維——搭建思維“腳手架”

理論知識的學習，往往都是通過大量的實驗驗證得出具有一定的概括性結論，這些結論對以形象思維為主的初三學生來說比較難以理解。所以在理論知識的學習過程中，要注意在學生思維障礙處搭建“腳手架”，幫助學生順利地達成教學目標。如質量守恒定律從宏觀向微觀過渡，學生在理解上就存在障礙，此時借助水電解的動畫示意圖，把微觀的水分子呈現給學生，學生就容易想到化學反應前后原子的種類、數目、質量都不變，所以質量守恒。

2.4 勤于動手——從實踐中發現問題

化學是一門以實驗為基礎的科學，教學要緊密聯系生產、生活實際，使學生真切地感受到發生的化學變化。而實際的教學中，礙于課時的原因很多實驗沒時間做，可以鼓勵學生從家庭實驗中發現問題，讓化學知識的學習回歸到生活和生產中。鼓勵學生勤于動手，在社會實踐中發現問題，從化學課本中找到解析，在利用所學知識解決生活問題，更好地享受生活中化學帶來的樂趣。

3 教學建議

3.1 鐵釘和硫酸銅溶液的反應的改進

鐵釘和硫酸銅溶液反應比較慢。丁吉念老師通過探究實驗得出[3]：鐵釘伸入質量分數為6.02%～1.88%的硫酸銅溶液，鐵釘很快析出紅色物質，而溶液的顏色大概需要60min才變為淺綠色，時間仍然較長。根據“氯離子效應”[4]在硫酸銅溶液中，稍加一些氯化鈉能加快鐵和硫酸銅溶液的反應，在兩三分鐘后即可看到鐵釘表面變黑隨后變紅，原因是剛置換生成的銅顆粒比較小，發生了光學上的漫反射，把鐵釘從溶液中取出即可看到鐵釘表面生成的是紅色的銅。

3.2 借助學生的錯誤操作拓展應用

優秀的教師往往善于利用學生的實際情況臨時改變自己的教學，借助學生的動態生成，增加師生的活動。在教學前，沒有預料到會有很多學生不會正確使用砝碼，學生雖然已在八年級物理課上學過托盤天平的使用，但還是有小部分學生錯誤地用手捏砝碼。在講過質量守恒定律后，發現這一狀況教師可以趁機提問學生，用手抓砝碼會對稱量的重量有什么影響？教師提示鐵在潮濕的情況下，容易和空氣中的氧氣反應，生成鐵銹，并寫出文字表達式：鐵+氧氣+水→鐵銹。巧借學生的錯誤操作，進一步拓展質量守恒定律到有氣體參與反應的體系。

3.3 實驗注意安全性

碳酸鈉粉末和鹽酸反應，在密閉體系狀態下反應，最好裝入藥品時，把礦泉水瓶稍微捏癟，有利于驗證學生觀察到產生大量的氣泡后，瓶子變鼓，也避免了瓶中產生氣體過多，壓強變大，防止瓶蓋噴出的安全隱患。氫氧化鈉和硫酸銅溶液的反應，最好是把小試管里放入氫氧化鈉溶液，以防學生傾倒液體時，手接觸到氫氧化鈉溶液。鼓勵學生在條件允許的情況下，做一些社會實踐活動，如家庭小實驗，以彌補課堂教學的不足。

參考文獻：

[1]胡志剛.化學課程與教學論[M].北京：科學出版社，2014：99～100.

[2]中華人民共和國教育部制定.義務教育化學課程標準（2011年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2011.

[3]丁吉念.一則質量守恒定律實驗最佳效果研究[J].化學教育，2012，（11）：75～78.

[4]王程杰.關注氯離子效應在中學化學實驗中的應用[J].化學教學，2015，（11）：53～55.