證據推理讓教學回歸本真

沈兆剛

摘要： “質量守恒定律”（即化學反應中的質量關系）是一個比較重要的課例。在檢視知網已有文獻和品讀滬教版教材的基礎上，嘗試建立“基于證據”的教學流程并進行教學實踐。通過教學與反思，認識到基于證據的教學設計可以使教學回歸本真，有利于幫助學生建構“變化觀”、“守恒觀”、“科學本質觀”等化學基本觀念，對形成特有的“基于證據”、“宏微符”的思維方式有重要作用。

關鍵詞： 質量關系； 基于證據； 質量守恒定律； 化學教學

文章編號： 10056629（2018）10004506中圖分類號： G633.8文獻標識碼： B

1常見教學設計分析

質量守恒定律（即化學反應中的質量關系）是一個比較重要的課例，筆者檢索知網中的相關文獻，認為常見的教學模式主要有三種，見表1。

三種模式的演進與教師教學理念的更新是同步的，它導致教學活動發生了如下的變化： （1）教與學的關系變了，從關注怎么教到關注怎么學，做到了以學定教。（2）課堂的主角變了，從教師轉變為學生，教師主導作用逐漸不著痕跡，而學生的主體地位凸顯。（3）研究對象也拓展了，從探究物質的變化規律到“化學家”的參與，不僅師生互動、生生互動，而且與化學家“互動”，情感體驗大大增強，能夠幫助學生養成勤于思考、敢于質疑、嚴謹求實、執著堅毅等品格。

科學探究是一種高效的學習方式，它對應著科學知識的產生過程，已經成為化學課程改革的重點突破口。但是，在教學實踐中我們有時會過于注重形式，使教學程式化。如果能抓住問題研究的起點，基于證據組織教學，教學過程“自然而然”，學生則會主動探究，全心投入學習。

2從核心素養培養的視角品讀教材

教育部發布的學生發展核心素養明確指出，學生要掌握必備的“文化基礎”。“文化基礎”部分明確指出要幫助學生形成理性思維，其中重點之一是尊重事實和證據，有實證意識和研究的求知態度。證據推理和模型認知是化學特有的思維方法，是化學學科核心素養的內容之一。以此品讀滬教版教材第4章第2單元，可以發現以下的變化。

2.1教學單元重新調整

“質量守恒定律”的內容一般分三部分： 一是質量守恒定律，二是化學變化的表示方法，三是化學變化中的定量計算。而滬教版教材編寫思路已經發生了較大的改變，第4章第2單元僅相當于第一部分，突出了化學反應中質量關系的重要性。從教學實踐看，單元設置更合理，容易操作。

2.2題目修改獨具匠心

“質量守恒定律”或者“定量認識化學變化”中的第一單元“質量守恒定律”，是一種結論式判斷。這個標題的出現，已經讓這節課的活動探究變得毫無懸念，探究實驗也因此變成了驗證性實驗。教學的流程大體是構建質量守恒觀，然后就是質量守恒定律的應用。“化學反應中的質量關系”則不同，它是一種陳述式，說明本課的研究對象是化學反應中的質量關系。讀了這個標題，令人不禁會產生這樣的疑問： 化學反應中的質量存在著什么樣的關系？這樣教材就改變了原來的編寫邏輯： 從探究過程的體驗到基于證據的推理。隨之，教學活動也變成了自我驅動的問題解決模式。

2.3史料呈現方式不同

以往教材的編寫暗含著質量守恒定律的發現史，盡量做到化學史與學生實驗探究的有機融合，但是不少的化學史料都放在拓展視野部分，教學實踐中往往可能會被忽視。而滬教版教材則如此處理，從火柴燃燒引起的固體質量減小，到加熱金屬后固體質量增加，最后到質量守恒定律的發現，化學史融入到了實驗探究的“收集證據”環節之中。這樣的好處是，借助于對學生有挑戰性的科學問題解決，使科學教學過程成為科學活動的“簡約復演”，從而在與科學大師的思想和精神的交流之中、在教師與學生的互動之中、在自然與社會的生動情境之中進行科學教學，學生在這一過程中也就成為活動的主體和發現者[4]。

基于以上分析，筆者選擇“基于證據”的核心素養作為本節課的重要教學目標之一。

3基于證據的教學過程設計

3.1基于證據的教學模式

傳統教學存在“功利性”傾向。先通過1～2個教師演示實驗來“驗證”質量守恒定律（甚至可能以講代做），后對質量守恒定律的要點進行解讀，接著再從微觀角度進行解釋，最后重點介紹質量守恒定律在“解題”中的應用，教學模式如圖1所示。

滬教版教材的編寫，則采用了基于證據的模式，該模式是以關注學習起點、培養學生學習能力為價值取向的。根據標題我們可以提出“化學反應中的質量存在著什么樣的關系”這個問題。然后尋找證據，從生活中尋找，到實驗中探究，通過不完全歸納推理發現質量守恒定律。為了使實驗結論更加可靠，我們還要建立證據和結論之間的邏輯關系，微觀模擬圖可以做出合理的解釋，這也作為了一種證據。由于這個證據，使得質量守恒定律成為一個較為可靠的結論，其教學模式如圖2所示。基于證據的教學模式往往使化學學習合乎邏輯且有實效。

圖2基于證據的教學模式

對基于證據的教學而言，證據的收集尤為重要。一般情況下，教材的編寫者基本上已經為我們遴選了可行的實驗，它們操作簡單、現象明顯，可以分組進行實驗探究，達到了學習所需要的基本要求。我們可以補充一些個性化的證據，比如學生的生活經驗，引起學生的共鳴，讓學生感受到化學的實用性。有時我們也可以向學生介紹一些教師經歷的“證據”，比如旅游中碰到的化學知識、影視中的化學元素等。這樣的化學學習往往帶有趣味性且很有意義。

基于證據的教學不能僅僅止于證據，而應該引導學生進行合情合理的推斷，產生新的結論，否則一無所獲。教師有必要跟學生簡單介紹一些邏輯推理的方法，注意不完全歸納和完全歸納的區別，不完全歸納與科學歸納的區別等。這樣學生就可以透過現象去探究本質規律。所以，基于證據的推理使得學生的學習思維充滿了張力，這樣的化學學習有挑戰、有魅力。

3.2基于證據的教學過程

3.2.1引入新課

[師]同學們，我們已經知道化學變化中發生了質的變化，我們今天主要研究化學反應中的質量關系（板書課題）。

3.2.2交流討論

3.2.3活動探究

[師]剛才我們研究的對象都是固體的質量，生活經驗和實驗現象的這些證據告訴我們發現有的減少了，有的增加了。那時，我們對空氣成分還不太清楚。現在，我們知道氧氣、二氧化碳等氣體。你能對固體質量發生的變化進行解釋嗎？

[生]木炭與氧氣反應后，生成了二氧化碳氣體，所以固體質量減少。加熱銅粉的過程中氧氣參與了反應，生成了氧化銅，所以固體質量增加了。

[師]觀察我們剛才寫的幾個表達式，我們可不可以轉移研究的視角，找出其他的質量關系？

[生]研究反應前各物質的質量總和和反應后的各物質的質量總和的關系。

[師]質量關系無非是三種： 大于、等于或者小于。你能直覺地猜一猜它們是什么關系嗎？

[生]等于。

[師]拉瓦錫跟大家一樣，我們來看看他的夢想。

[PPT]播放拉瓦錫的夢想視頻。（截取自央視記錄頻道的“改變世界的方程式1”）

[師]要驗證拉瓦錫的猜想，像波義耳那樣的實驗裝置能不能完成呢？

[生]不能，因為有氧氣參加反應，所以應該將裝置密封起來。

[師]如果有氣體生成的反應，需不需要將裝置密封起來？

[生]需要。

[PPT]對比波義耳與拉瓦錫的實驗裝置圖。圖HHQ53

[生]完成3個實驗并記錄下表：

（1） 在試管中放一些銅粉，用帶有注射器的橡皮塞塞緊試管。加熱前的密封裝置=g，加熱以后的質量=g。結合前面書寫的表達式可以知道。

（2） 硫酸銅溶液與氫氧化鈉溶液反應前的裝置總質量=g，硫酸銅溶液與氫氧化鈉溶液反應后的裝置總質量=g，根據教材提供的表達式，你可以找出該反應中的質量關系為。

（3） 碳酸鈣與鹽酸反應前的裝置總質量=g，反應后的裝置總質量=g，結合所學的知識，你可以找出該反應中的質量關系為。

[師]請畫出反應前后物質的質量總和與反應時間的關系。

3.2.4交流討論

[師]剛才的幾個實驗，我們得出了“參加反應的各物質的質量總和等于生成的各物質的質量總和”的結論。我們用的是歸納法，事實證據如此。但是，我們是不可能完全窮舉的。它的結論是否一定正確呢？我們還需要一個解釋，如果能證明這個結論是正確的，那這個結論的可靠性就大大增強了。

[PPT]展示鎂帶燃燒的微觀模擬圖。

[師]你能從分子、原子的層次對質量守恒定律作出解釋嗎？

[生]在化學變化中，反應前后原子種類和數目不變、原子質量不變。所以，剛才的結論是可靠的。

3.2.5師生總結

[師]讓我們回顧一下質量守恒定律的發現過程。

無數實驗證明，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。這個規律叫做質量守恒定律（law of conservation of mass）。

3.2.6練習實踐

1 鎂帶在耐高溫的容器中（內含氧氣）密封加熱，下圖能正確表示容器里所盛的物質總質量變化的是（）

2 用質量守恒定律解釋下列現象：

（1） 加熱高錳酸鉀，固體質量為什么減小了？

（2） 鐵絲燃燒后，固體質量為什么增加了？

3 某物質在空氣中燃燒，生成水和二氧化硫，則該物質中一定含有、元素，可能含有元素。

4 將一定質量的a、 b、 c、 d四種物質放入一密閉容器中，在一定條件下反應一段時間后，測得反應后各物質的質量如下，試完成下面問題。

物質abcd

反應前質量（g）6.43.24.00.5

反應后質量（g）待測2.567.20.5

（1） 待測的質量=。

（2） a是（填“反應物”、“生成物”或者“催化劑”，下同），b是，c是，d（填“一定”或者“可能”）催化劑。

4教學反思——讓教學回歸本真

4.1把“證據為本”作為教學的基點

全視角學習理論認為，學習本身具有情境性。我們生活環境就是一個復雜、真實、開放的情境。有的是自己親身經歷的，有的是通過其他途徑獲得的，課堂上創建這些情境可以喚醒他們塵封的記憶。但是人有局限性，教師可以呈現各種各樣的證據，豐富學生的情境經歷，拓展學生的視野，提升學生的學習興趣。本課就是試圖創建一個跨越幾百年的情境，圍繞著化學反應中的質量關系進行探究，讓學生感覺到課上所碰到的問題確實是自己真實需要解決的，學生本身就處在這個情境之中，所以學生很感興趣。

本課所有活動都基于證據進行。本節課先是回憶證據——在生活經驗中尋找有用的證據。通過木炭、石蠟燃燒這些事實引導學生討論反應中的質量關系，學生發現固體質量減少了。教師追問： 反應中固體質量是不是都減少呢？幫助學生補充證據——從“金屬加熱”的實驗尋找證據，修正結論。再向學生分享化學史實中的證據。最后師生一起尋找微觀證據，發現質量守恒定律。“證據為本”的教學活動序列清晰，邏輯清楚，符合學生認知水平，學生學起來很輕松。

4.2引導學生推理求真

在呈現證據以后，不少教師就急于告知結論，然后再通過大量的練習去鞏固、消化、應用這個結論。其出發點主要還是想在考試中提高文化成績，但是這樣做往往事與愿違。蘇霍姆林斯基認為，在人的心靈中，都有一種根深蒂固的需要，這就是希望感到自己是一個發現者、研究者、探索者，這種需要之于學生尤為強烈[5]。發展學生的核心素養與提高文化成績并不矛盾，抓住學生的心是發展核心素養的前提。

華東師范大學陸有銓教授在揚州新課程學術論壇中提出，“不壓制就是創新”。這就啟示我們在課堂上增加空間，給學生減壓，甚至負壓。這樣，在證據面前學生就會主導地與證據對話，自動地進行聯想、生發，與同學充分地交流，在思維上碰撞出火花。本節課中，學生從生活經驗和探究實驗出發，積極主動地合情推理，最終建立了“守恒觀”。

蘇格拉底說，“教育不是灌輸，而是點燃火焰”。在同別人談話、辯論、討論問題的時候，他先裝作一無所知的樣子，把問題提出來向別人請教。通過多次啟發，誘導別人把他的觀點說出來。教學中，學生不能順利解決問題或者偏離方向的時候，教師應該學習蘇格拉底的做法。在本課中，限于生活經驗，學生容易得出可燃物燃燒過程中固體質量減少的結論。此時，教師引導學生尋找新的證據，提供了儀器和藥品，讓學生自己在實驗中尋找新證據，推出新結論。當發現加熱金屬后固體質量增加了以后，學生接受了新事實，產生了新判斷。此時，可以引導學生轉移研究視角，研究物質總質量的關系。基于實驗等證據，學生容易推理出質量守恒定律的結論。找到事實證據以后，教師再引導學生分析，找到宏觀事實與結論之間的微觀解釋，最終使得這個結論深入人心。

基于證據的教學讓教師本真教學，學生本色在場。從教學效果看，教學模式簡潔，符合學生認知水平，既有效建構了“變化觀”、“守恒觀”、“科學本質觀”等化學基本觀念，又幫助學生形成了“基于證據的推理”、“宏微符”的學科思維方式。從表現評價看，學生很喜歡這樣的課堂，開心地期待下一次“基于證據”的學習。

參考文獻：

[1]王震寧.運用“任務驅動”法進行“質量守恒定律”“教學設計”[J].化學教學， 2011，（2）： 32～34.

[2]王憲德.“質量守恒定律”活動與探究課的設計[J].化學教學， 2012，（10）： 36～38.

[3]吳瓊英.化學史融入探究教學的實踐與思考——以質量守恒定律為例[J].中學化學教學參考， 2017，（10）： 20～22.

[4]孟獻華，倪娟.科學史教育中的學科立場與實踐取向[J].化學教學， 2016，（4）： 23.

[5]蘇霍姆林斯基著.杜殿坤編譯.給教師的100條建議[M].北京： 教育科學出版社，1984（2015.8重印）： 63.