探究质量守恒———堂学科课程的案例研究，本文主要内容关键词为：学科论文,案例论文,课程论文,质量论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
本文介绍一堂精心设计的公开课，旨在于学科课程中唤醒探究意识，启迪创造智慧。通过教师引导，学生自主探究而激发学生的好奇心，提高他们浓厚的学习兴趣和探究意识，以及对科学实验的关注和热爱，从而初步建立“世界是物质的，物质是不灭的、永恒存在的”辩证唯物主义物质观。
一、教学现状分析
初三（2）班学生整体有着较强的理解能力，思维比较活跃，具有丰富的想象能力和探究实力；学生已经认识了元素符号、化学式的书写和含义，知道近十个左右的化学反应并能熟练写出相应的化学反应式；能够比较清晰地区别出分子和原子，了解问题探究的基本程序和环节。鉴于此，谢老师意在与同学共同探讨质量守恒定律的过程中理解质量守恒定律的涵义和简单应用，感受探究学习的环节，提高学生想象、抽象思维和分析、推理的能力；通过演习原子是化学变化中的最小微粒的行为表象，感受微观实质与宏观表象之间的联系，进而从微观的角度分析一切化学反应遵循质量守恒定律的本质原因。质量守恒定律是初中化学中的一个重要化学规律，是分析物质在化学反应中的质量关系的理论依据，它的应用贯穿于整个中学化学。本节内容在初中化学里有着承上启下的作用。鉴于学生已经掌握了元素符号、化学式、分子和原子等初步知识，对化学反应的认识开始了从“质”到“量”的过渡，也为之后化学方程式的书写和计算的教学奠定了学科基础，所以本节课的内容不仅是本单元的一个重点，也是整个中学化学的教学重点之一。
二、教学思路设计
学生在教师引领下追寻学科发展的历史足迹，探寻事物演变的历程与趋势，便会获得一种对该学科知识的亲近感，增强他们主动求知、探索的欲望，也获取一份仰望天空的勇气。学科课程中渗透探究意识，其目的在于通过启发、引导学生自己去“发现”和“研究”问题的过程中独立地掌握科学知识并保持“一种对新奇事物的兴奋感，其程度要高到足以吸引最能干的人到科学探险的事业里来”，[1]古今中外不乏仁人志士，或许由于中学时代一堂精彩数学课的启发而立志于哥德巴赫的猜想，或许由于痴迷于某个奇特的现象而献身于探索微观物质世界的奥秘，或许被博大精深的文化吸引，或许沉醉于美妙绝伦的艺术作品，或许受到物质世界的启迪，或许被历史人物深深地感染与震撼……都足以激发学生最原始、最本能的研究热情与冲动，都足以触动他们本能的创造欲望与激情，甚至可能会为此立志终身。
学科教学并不是让学生简单地接受所有的学科知识，而是让他们通过研究、发现而形成批判性思维，逐步形成检验、证实真理与事实的科学创造能力。“也就是说在充分论证学科知识正确性和绝对意义的同时，也需要适当说明它的发展性和相对意义”，[2]使得学生从发展的高度把握事物的本质，以培养科学创新精神与钻研能力。对于初中生而言，在化学课上运用探究学习的方式还处于启蒙与尝试阶段，不宜步子过大或者难度太大，要根据学生现有的认知水平和心理特征，分小步按阶段尝试进行。以教师引导下的实验为基础，以思维为重点进行合作探究式教学。着重体现新课程标准下的教学理念，体现学生在探究学习环境下的合作与交流。主要突出以实验为基础，引导科学发现；以思维为核心，开展问题探究；以学生为主体，促进知识内化；以小组为单位，建构研究氛围四个特征。采取实验探究法：变抽象为形象，激发兴趣，化难为易；合作学习法：通过交流讨论，合作实验，提高合作互助的团队意识，形成合作学习的氛围，增强自主合作探究素养；信息技术与课程整合法：化抽象为具体，提高学生的想象力；讨论归纳法：培养学生的分析推理能力、归纳总结能力等。具体教学环节按照创设情境→发现问题→大胆猜测→提出假设→设计实验→理论分析→得出结论→理解应用。图1所示的教学流程详细地展示了这堂化学课所遵循的步骤与设计思路。
三、教学过程描述
上课伊始，映入我们眼帘的是一幅生活中曾经常见的图景：洁白的桌布上面放着一根燃烧的蜡烛和一盒火柴，随后蜡烛化为一堆蜡烛油。这时，老师问学生“一根蜡烛放在空气中燃烧，最后变成了蜡烛油，在这个过程中质量发生了什么变化？”有的学生说“质量不变”，有的说“质量减少”。老师启发道：“燃烧的蜡烛变成了蜡烛油，质量没有改变？”于是，同学们同声地回答到“质量减少了”。接着，大屏幕上打出了这样的史料：1673年，波义耳将金属放在空气里燃烧，结果发现反应后的固体质量增加了；1756年，罗蒙诺索夫在密闭容器中煅烧金属锡时发现煅烧前后容器及物质的总质量不变；1777年，拉瓦锡重复罗蒙诺索夫的实验，得出了什么结论呢？三位科学家又在研究什么问题呢？由此引出本课要研究的主题：化学变化前后物质的质量是否发生改变？作为探究同学们大胆地提出了猜测：化学变化前后物质的质量增加、化学变化前后物质的质量减少、化学变化前后物质的质量不变三种假设。
下面进入到设计实验，学生动手做实验以验证假设的阶段。第一个实验探究硫酸铜溶液与氢氧化钠溶液反应前后的质量变化。同学们分成四个小组，首先小心地把硫酸铜溶液与氢氧化钠溶液倒进有刻度的量杯里，轻轻地放在电子秤上称量反应前硫酸铜溶液与氢氧化钠溶液的质量，认真地观察并精确地记录下化学反应前物质的质量。然后把两者混合，等化学反应结束之后再称它们的质量，同学们惊喜地发现物质的总质量不变。第二个实验探究大理石与稀盐酸反应前后的质量变化，精确称量大理石与稀盐酸的质量之后，小心翼翼地把称量好的稀盐酸滴入盛有大理石的烧杯之中，仔细观察两者发生化学反应时的变化，变化结束后再精确地称量化学反应之后物质的质量，同学们惊异地发现物质的总质量减少了。同学们完成了两组实验之后，老师就刚才实验的情况进行总结，分别请同学回答了第一组和第二组实验的结果，指出了同学做实验时存在的问题并现场严格地按照化学实验的操作步骤，规范地重新演示了一遍这两个实验，使得学生了解自己存在的问题以及如何改进。通过密闭容器内实验大理石与稀盐酸反应前后的质量变化，得出物质的总量仍然保持不变这一结论。结合学生自己做的实验反思什么原因导致化学反应前后质量减少了，分析密闭容器内演示实验的过程，同学们得出密闭容器中反应产生的二氧化碳无法跑出容器，而敞口容器中产生的二氧化碳气体都跑到了空气中了，所以称出的重量就相对密闭容器中进行要减少的。其实质仍然是化学反应前后物质的总质量保持不变。由于第三个实验存在一些危险，所以教师没有让学生做这个实验，而是自己演示、讲解操作步骤并与同学们共同观看第三个探究白磷燃烧前后质量变化的视频实验。首先在一个锥形瓶底部铺一层细沙，将一小块白磷放在细沙上，使塞住锥形瓶口橡皮塞上的玻璃棒正好能接触到底部的白磷。将装有细沙、白磷，带有橡皮塞、玻璃棒的锥形瓶整个放在天平上称量，天平达到平衡后，取下这套装置，打开装置上的带有玻璃棒的橡皮塞，在酒精灯上加热玻璃棒的前端，当玻璃棒灼烧至红热时迅速插入锥形瓶中并塞紧橡皮塞，可以看到白磷在锥形瓶中燃烧产生白色的烟，待反应停止，锥形瓶冷却后，重新整个放回刚才的托盘天平上，可以看到天平仍然处于平衡状态，这说明反应前各物质的总质量与反应后各物质的总质量是相等的。并对之前介绍的“1673年，波义耳将金属放在空气里燃烧，结果发现反应后的固体质量增加了”这一史料进行了分析，指出其问题所在以及何为正确的结论，使学生对每一个遇到的现象，每一份资料都有正确的认识并了解其中的缘由。师生从生活情境入手，回顾化学学科的历史发展，发现问题并提出假设，根据实验设计并亲自操作而得出质量守恒定律，界定为参加化学反应的各物质的质量总和，等于反应后生成的各物质的质量总和。
接着进入到学生模拟演习电解水的微观过程。六位同学在老师的指导下分角色扮演电解水的过程，四个学生头上戴着标有大写的H以示这是一个氢原子，另两位学生头上戴着标有大写的O以示这是一个氧原子，当老师发出口令“请你们快速地结合成水分子”时，六个代表独立原子的学生在同学们的笑声中慌乱而有秩序地走到各自的位置上以示他们成功地结合成了两个水分子。当老师说：“现在我让你们分解，马上分解。”于是，六个代表不同原子的学生分别自信地跨出一步以示他们分解为各自独立的六个原子。老师接着说：“请你们在通电流的情况下迅速结合成两种新的分子”。六个学生你看看我，我看看你，似乎在思考，似乎在猜测，我站在你的左边，他又挤到我的右边，似乎在探究，似乎又在质疑。伴着同学们阵阵的笑声，随着老师鼓励的眼神，终于组合成2个氢分子与一个氧分子的队列，六位同学笔直地站在各自的位置上，稚嫩的脸上露出了纯真的微笑，头上大写的H或O标志也仿佛在述说着化学的魅力，诠释着科学的奥妙与神奇。
整个过程使学生深刻认识到原子是化学变化中的最小微粒，分子是可以分割的，而原子是不能分割的，但是可以重新组合，化抽象为直观，使学生从微观角度真正体验化学的实质，既启发了学生的思维，也培养了自主合作探究的科学素养。
随后，以动画的形式强化学生对微观世界的化学感受。就学生分角色扮演的经过以原子模型的动画形式重新演示其变化过程，形象而逼真地演示出六个原子如何组合成两个水分子，在通电的情况下两个水分子迅速分解为六个原子并重新组合成两种新分子的过程。再一次使学生清晰地认识到原子、分子之间的关系以及化学变化的本质，更加深切地感受到微观世界的奇特与魅力。
从创设情境引入课题，到历史回溯发现问题，就问题提出大胆的假设，再到设计实验，操作实验以验证假设，通过视频“大理石与盐酸的反应”与学生的实验进行对比，采取对照实验的科学方法说明学生所作的第二组实验中发生化学反应之后物质的总质量减少的原因以及“1673年波义耳将金属放在空气里燃烧，结果发现反应后的固体质量增加了”的问题所在，进而指出拉瓦锡实验发现了质量守恒定律，并说明一切化学反应都遵循质量守恒定律。归纳出由于化学反应前后，原子的种类没有改变、原子的数目没有改变、原子的质量也没有改变等原因导致化学反应前后物质的总质量不变这一结论。总结出分子可以分割成原子，原子作为化学变化中的最小微粒虽然不能再分割但可以重新组合成新的分子这一化学变化的本质。借助学生角色扮演而直观、形象地感受微观物质世界的化学变化，并通过动画模型以强化学生的这一感受，体会化学课程的科学性与研究性，感受学科课程的学习乐趣与探究魅力。不失时机地以波义耳所作的化学实验为例，教育学生如果对某个化学现象或者某个问题感兴趣，要采取各种不同的方法，在各种不同的情境中进行实验验证，才能有所发现，有所创造，经历了常人无法经历的艰辛的同时也创造了真正的奇迹，体验到他人体会不到的极致幸福。
下面一个环节是练习质量守恒定律的应用。先让学生解释之前做过的镁带燃烧的实验，为什么镁带燃烧前后质量由0.24克变为0.40克呢？根据质量守恒定律，参加化学反应的物质有镁和氧气，也就是说，参加反应的物质的质量总和是镁的质量和氧气的质量总和最终应该等于生成的氧化镁的质量，即m（Mg）+m（
）=m（MgO）这样一个等式。因为这是一个化学变化，而所有的化学变化都遵循质量守恒定律，因而镁带的质量加上氧气的质量总和才等于生成的氧化镁的质量，即可说明镁带燃烧之后质量反而增加了这一化学现象。那么，质量守恒定律在现实生活之中又有哪些用途呢？假如有这样一则广告：“水变汽油、柴油，经济收入惊人，技术转让，请有识之士加盟。”老师问学生：“如果你是老板，你是否加盟？请谈一谈你的想法？”一个女生站起来肯定地说：“我不会加盟的，因为水是由氢元素和氧元素组成的，而汽油、柴油等主要成分是碳氢化合物，水里面没有碳元素，根据质量守恒定律水是不可能转化为汽油与柴油的，所以这是一则具有欺骗性的广告。”通过辨别虚假广告的练习，让学生认识到化学变化中的质量守恒在日常生活中的重要性，以达到理论联系实际、联系社会生活的学科教学目的。接着，老师又在大屏幕上打出这样一道练习：某有机物在氧气中燃烧生成了二氧化碳、水和氮氧化物，你能猜测出这种有机物的元素组成吗？一个学生立刻站起来说：“一定有碳元素、氢元素和氮元素，可能有氧元素。因为二氧化碳里有碳元素，水里有氢元素，氮氧化物里有氮元素，根据质量守恒定律，化学反应前后原子的种类不改变，元素的种类也不会改变，所以一定含有碳、氢、氮三种元素，可能含有氧元素。”老师和同学们都对这个学生的回答表示认同与赞许。
通过这个练习使学生掌握从已知的反应物或生成物的元素组成推断未知物质的元素组成，培养学生观察生活、分析问题的能力。
在老师的指导下，学生又完成了几道练习：
①下列叙述正确的是（B）
A.因为“质量守恒”，所以煤燃烧后产生的煤渣的质量一定和所用煤的质量相等。
B.铁丝在氧气中燃烧后，生成物的质量比铁丝的质量增加了。
C.100克酒精和100克水混合在一起后，质量等于200克，符合质量守恒定律。
D.
和形成混合物的质量等于其反应后生成水的质量。
②思考：某物质在空气或氧气中燃烧，生成二氧化碳和水，则该物质的可能元素组成是________。
③蔗糖在隔绝空气的条件下加强热，生成二氧化碳和水，则在蔗糖的组成中一定含有________元素。
进一步强化化学反应前后，元素的种类不变这________依据。
学生准确地完成了上面的五道题之后，进入到化学反应前后原子的种类和数目不变这样的拓展问题练习。
经过了大量的应用、思考与拓展问题的练习，学生已经充分理解了分子分割产生原子，原子的重新组合形成新的分子这一化学变化的实质，完整掌握了化学反应前后原子的种类不变、原子的个数不变、原子的质量不变这一质量守恒定律。能够运用这一原理解释所遇到的化学现象，把所学到的学科知识用于解决日常生活中所遇到的问题。教师以“人类为什么要研究化学变化过程中的质量守恒？”这一问题引发学生继续这一课题的思考。并一再强调我们学习化学反应，不仅要定性地知道物质之间可以进行化学反应，同时还要定量地认识到得到一定量的新物质，需要多少原料，产生多少污染，以便更好地利用物质之间的反应造福于人类。而今人们开办的各种化工厂都是利用质量守恒这一伟大定律来采购原料的……清脆的下课铃声打断了老师精彩的言说，阻止了学生生动的表演，唤醒了我们沉溺已久的思绪，留给学生、老师以及听课的我们却是久久的回味与不尽的思索……
四、教学结果发现
无论是生活情境的创设，还是科学史话的介绍，为的是发现问题并提出假设。从设计实验到动手操作，再到变换实验条件，观摩规范操作，从而得出科学的结论并界定定律的内容。无论是学生分角色模拟演习电解水的微观过程还是观看动画以感受微观世界的化学变化，都直观、形象地从微观的角度体验化学的实质与神奇。经过总结与归纳，将宏观反应与微观解释联系在一起，从本质上掌握化学变化中的质量守恒并建构知识体系，通过各种不同类型的练习以巩固所学的知识并掌握其应用范围。整堂课学生时而睁大好奇的眼睛，时而不解地皱着眉头，时而盯着变了颜色的试液，时而怀疑地互相对视，时而认真地记下电子秤上的刻度，时而开怀大笑，时而信奉地点点头，时而无比崇拜地凝视着讲台上的老师……这节课是那么的愉快、自由，每个环节、每个步骤包括所举的例子都似乎信手拈来轻松自然，殊不知这样的课，老师课前付出了辛勤的汗水，为了要言之有据、所举的例证翔实必须翻阅大量的资料，并根据学生的接受能力与认识水平进行筛选，选择切题而又符合学科课程原则的史料与例证才能换来生动、自由的教学氛围。而这样的教学“正是儿童所向往的。儿童对充满现象、富有戏剧性的东西和能给他们带来强烈情感体验的东西最有兴趣，也最容易接受。”[3]这也无疑是化学作为课程资源优于其他课程的独到之处，也是其关注儿童个体成长的独特之处。
学科教学要在传授学科知识的同时培养学生的观察力、想象力、思维力和创造力，因为学科课程“不仅可以学到作为知识活动结果的知识结论，而且可以学到反映在认识活动过程中的研究方法，从而学到运用知识和发展知识的方法。”[4]“科学方法是人们发现真理和改造自然的桥梁和手段。”[5]科学研究必须建立在大量的科学实验基础上，充分发挥想象与科学思维，有效地透过现象，分析各事物之间内部的联系，挖掘并抽取隐藏在现象背后的本质，进而对纷繁复杂的现象给予清晰的说明与解释。因而在特定的情境下激发学生的想法、观点，捕捉学生瞬间的思想火花极为重要。因为，思想的火花、精彩观念的诞生都是瞬间的、情境化的，后来的描述也许只能称为一种回忆与解读，而绝非创造性的知识建构。教师借助自己的观念对学生进行富有个性的、充满智慧启迪的教学，使学习者在特定的情境中诞生自己的观点，对于其成长具有不可替代的价值。
学科课程的任务不仅在于传授学科的理论知识和实践技术，还在于通过介绍学科的发展事件、历史渊源而再现学科的思想演变，使学生吸取渗透于知识之中的科学思想而形成对诸如主观和客观、理论和实践、人类和自然、个人和社会等一系列根本问题的正确认识。
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