基于發(fā)展思維能力的論證式教學
——以質(zhì)量守恒定律為例

福建省三明市尤溪縣教師進修學校 甘成秋

化學教育教學的目的在于促進學生掌握學科知識，理解學科本質(zhì)，提升學科素養(yǎng)。學生通過探究化學知識產(chǎn)生、發(fā)展過程，增進對學科的理解。隨著對學科的理解不斷深入，學生會逐步掌握化學學科所蘊含的學科思想方法。因此，在化學教育教學過程中，學科知識是載體，學科理解是手段，發(fā)展學科素養(yǎng)是目標。

為了促進學生對化學學科的本質(zhì)理解，就需要引導學生學會像科學家一樣思考問題，經(jīng)歷知識產(chǎn)生過程的論證。學生能夠根據(jù)已有的經(jīng)驗事實對化學問題做出假設，確定尋求證據(jù)的途徑和方法，對獲得的證據(jù)進行必要的推理、證實或證偽假設，解釋證據(jù)與結(jié)論之間的關(guān)系。

質(zhì)量守恒定律是初中化學教學中重要的概念，是引導學生從定性研究轉(zhuǎn)向定量研究化學變化的開端，為后續(xù)學習化學提供了方法論學習價值。雖然教師經(jīng)歷課改，在課堂教學中能轉(zhuǎn)變教學方式，轉(zhuǎn)向以探究式教學為主。但是，有的時候他們卻陷入機械模仿的泥沼。因此，筆者將論證教學引入其中，以達到促進學生素養(yǎng)提升的目的。

一、以史啟智，問題導學

化學史有助于重現(xiàn)人類研究相關(guān)化學問題的歷史背景。通過引導學生與精選的化學史課程資源對話，幫助其認識化學知識的探索歷程，從中領(lǐng)悟化學研究過程所采用的學科思想、方法。同時，認識到化學知識的形成不是一蹴而就的，而是化學家經(jīng)過不懈努力探尋科學本質(zhì)的過程。幫助學生樹立勇于質(zhì)疑、探索、創(chuàng)新的科學品質(zhì)。

人類歷史上為解決冶金工業(yè)問題，開展了大量有關(guān)燃燒現(xiàn)象的研究。隨著對燃燒現(xiàn)象研究的不斷深入，燃素學說應運而生。學說的基本內(nèi)容是任何可燃物都具有燃素，在燃燒過程中可燃物會釋放燃素，而造成可燃物質(zhì)量變化。其數(shù)學表達式：可燃物-燃素=灰燼。

教師在展示燃素學說以后，讓學生運用該學說解釋蠟燭燃燒質(zhì)量減少、鎂條燃燒質(zhì)量增加兩種現(xiàn)象。學生在解釋蠟燭燃燒時比較容易得出灰燼的質(zhì)量比可燃物小，這是由燃素揮發(fā)造成的。但是，在解釋鎂條燃燒質(zhì)量增加時，卻遇到燃素學說對其無法進行合理解釋。此時，教師可適時拋出問題：化學變化前后，反應物與生成物之間質(zhì)量存在什么樣的關(guān)系？說出你的依據(jù)。學生在燃素學說與兩種變化質(zhì)量相互矛盾的化學反應基礎(chǔ)上，會對所認識的化學反應從量方面做出自己的選擇。有些學生認為化學反應前后不相等，有些認為應該是相等。不論是哪種認識，其認識都是以學生已有的經(jīng)驗作為基礎(chǔ)。較之前教師隨意給出一個反應，讓學生盲目猜想化學反應前后質(zhì)量關(guān)系，這種教學處理更具教學智慧，讓學生思維更有抓手。因此，教師在化學課堂論證教學過程中，應充分發(fā)揮化學史啟迪學生思維的作用，讓學生在具體、真實的情境中像科學家一樣形成自己的猜想或主張，從而引導學習持續(xù)深入。

二、任務驅(qū)動，豐富證據(jù)

在學生內(nèi)心深處總存在著一種內(nèi)驅(qū)力，驅(qū)使學生積極探尋一些證據(jù)證實自己的猜想或主張。那何為證據(jù)？《現(xiàn)代漢語詞典》對“證據(jù)”一詞的界定是，能用于證明事物真實性的事實或材料。從這個定義出發(fā)，可以看出能作為證據(jù)使用的事實或材料應具有科學性，經(jīng)得起推敲、檢驗；證據(jù)來源應具有可靠性，具體來源可為生活、生產(chǎn)事實，科研文獻資料，實驗數(shù)據(jù)，已被證實的定理、定律等；證據(jù)類型還應具有豐富性，在采集證據(jù)時應注意從不同的視角收集相關(guān)的材料，并使之能相互印證。為了充分驗證化學反應前后的質(zhì)量關(guān)系，需收集豐富、可靠的證據(jù)證實或證偽猜想或主張。

基于以上考慮，教師可引導學生從文獻、實驗、理論等三個方面收集可靠證據(jù)。文獻證據(jù)可讓學生在課前查閱與質(zhì)量守恒定律相關(guān)的文獻資料。但是，在課堂教學過程中，教師只能展示部分精選的文獻資料。通過對這些資料分析，教會學生如何在大量文獻資料中選擇可靠的資料作為證據(jù)。從為解決冶金工業(yè)鼓入多少空氣開始，到提出燃素學說，再到隨著科學技術(shù)的進步，發(fā)現(xiàn)燃素學說不能解釋新的現(xiàn)象，從而出現(xiàn)了氧化學說取代燃素學說，教師需從這些歷史進程中，精選代表性化學家作為分析對象，分析其在前人基礎(chǔ)上如何開展燃燒現(xiàn)象的研究，并發(fā)現(xiàn)質(zhì)量守恒定律。如拉瓦錫在波義耳實驗的基礎(chǔ)上，通過改進實驗裝置，將開口的曲頸瓶加裝一個鐘罩并液封，使之成為密閉容器。兩位化學家通過兩種裝置得出不同的結(jié)論。這些資料都是化學家真實開展的實驗，可直接用作證據(jù)。

實驗數(shù)據(jù)也是一種重要證據(jù)類型。在本課中，教師在分析環(huán)境與體系關(guān)系的基礎(chǔ)上，向?qū)W生提供紅磷在密閉的錐形瓶中燃燒，在敞口容器中進行鐵跟硫酸銅、碳酸鈉與稀鹽酸反應，鎂帶燃燒等幾組實驗，通過這些實驗讓學生獲得化學變化前后質(zhì)量關(guān)系直接證據(jù)。

理論證據(jù)作為規(guī)律性證據(jù)，具有普適性，學生需在教師指導、點撥下使用。人們經(jīng)過大量事實證實分子、原子是客觀存在的。運用現(xiàn)代科學技術(shù)，部分物質(zhì)的分子、原子形狀以及運動方式也可被直接觀察，進而再次證實分子、原子學說理論的可靠性。因此，學生在第三單元所學的分子—原子學說及其模型圖也可作為理論證據(jù)使用。

三、推理求真，形成結(jié)論

《現(xiàn)代漢語詞典》對“推理”的界定是，從一個或多個判斷推出結(jié)論的思維過程。具體到化學學科時，推理就是依據(jù)化學概念、原理，化學事實，運用分析、概括、歸納等推理方式，得出結(jié)論的高級思維過程。其推理形式可分兩種。一種是線性推理，可由證據(jù)直接推導出結(jié)論。另一種為循環(huán)推理，其特點是根據(jù)已有證據(jù)需做出假設，在此基礎(chǔ)上再繼續(xù)尋找新證據(jù)證實或證偽假設。若假設不成立，需重新審視原有證據(jù)，再次進行假設，找證據(jù)等程序，依此循環(huán)，直到找到新證據(jù)推出結(jié)論過程。在實際教學過程中，通常將線性推理與循環(huán)推理過程混合使用，效果才更加明顯。

在本課中，學生根據(jù)蠟燭燃燒質(zhì)量變化，推出化學反應前后質(zhì)量會減少的假設。依據(jù)鎂帶燃燒質(zhì)量增加，做出化學變化前后質(zhì)量增加的假設。到底哪種假設成立，或兩種假設都不成立，就需要重新尋找新的證據(jù)進行證實或證偽。歷史上拉瓦錫將汞放入密閉的曲頸甄再加熱，得出反應前后質(zhì)量相等。并以此為證據(jù)，對上述兩種假設進行了證偽。但要得出化學變化前后質(zhì)量相等的推理過程，到此并沒有結(jié)束，拉瓦錫實驗只是科學探究過程中一個實例，不能確定是否存在偶然因素。為此，要證實拉瓦錫的實驗，需要繼續(xù)尋找其他證據(jù)。

至此，教師需引導學生分析以上三個實驗裝置上有何不同，運用已學的空氣成分知識，對實驗所得到的結(jié)論可靠性進行論證。得出有氣體參加的反應需要在密閉容器中進行，方能保證得出的證據(jù)更可靠。基于這種認識，教師讓學生進行教材中紅磷燃燒，鐵跟硫酸銅、碳酸鈉與稀鹽酸反應的實驗。在實驗的基礎(chǔ)上，還要求學生繼續(xù)分析這三個實驗中哪些物質(zhì)參加了反應，反應前后的質(zhì)量存在什么關(guān)系。學生經(jīng)過實驗后，逐步建立“化學反應前后，參加反應的各物質(zhì)質(zhì)量總和等于生成物的質(zhì)量總和”經(jīng)驗事實。但這只是對幾組實驗事實的不完全歸納，還不能作為一般性的規(guī)律運用。

因此，教師還需要以第四單元所學的“水的組成”為例，引導學生運用分子－原子知識對其進行解釋，以探尋理論證據(jù)。學生運用分子－原子模型圖分析水的分解或氧氣和氫氣生成水的過程，認識到化學變化前后原子種類、個數(shù)、質(zhì)量都不變。再將這些理論證據(jù)與前述實驗證據(jù)、文獻證據(jù)結(jié)合起來，最后很自然地得出質(zhì)量守恒這一普遍規(guī)律。

總之，論證式教學在探明化學事實本質(zhì)，現(xiàn)象與結(jié)論之間的因果關(guān)系具有重要作用。因此，教師在教學過程中，首先，要有問題意識，能根據(jù)問題設計具有層次性、符合學生認知規(guī)律的教學活動。其次，幫助學生構(gòu)建結(jié)構(gòu)化的知識體系，以影響學生調(diào)用理論證據(jù)的深度、廣度。最后，要喚醒學生將問題與證據(jù)進行關(guān)聯(lián)，以期推理更具科學性、邏輯性。