相对原子质量概念表述及其教学的探析——兼谈初中化学新课程概念教学，本文主要内容关键词为：概念论文,探析论文,新课程论文,原子论文,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。
概念(concept)是人们思维的基本形式之一，反映客观事物一般的、本质的特征。化学概念是构建化学科学体系架构的基石，是学生学习、理解、掌握化学知识的核心任务。以学生发展为本，以提高学生科学素养为主旨的《全日制义务教育化学课程标准（实验稿）》（以下简称《课程标准》）指出，“化学概念教学不要过分强调定义的严密性，要注意概念形成的阶段性、发展性和学生的可接受性”。[1]放宽概念的严密性，就意味着要在概念的科学性与学生可接受性之间探寻、建立一种新的概念表述模式。这是教科书、也是教师必做的两难选择。教师只有掌握概念的本末源流，研究概念的表述文辞，分析学生的知识基础，才能创设学生学习概念的“最近发展区”，使学生达成学习目标。本文拟探析相对原子质量的概念表述与教学理智，以体悟初中化学概念教学新理念。
一、相对原子质量概念的精确表述
相对原子质量是现代科学技术中的一个重要的物理量(physical quantity)，是化学计量的重要基础。因此，ISO（国际标准化组织）和GB（中国国家标准）对它都分别有精确定义：
元素的相对原子质量(relative atomic mass of an element)：元素的自然同位素成分的每个原子的平均质量与
核素的一个原子质量的1/12之比。[2]
相对原子质量(relative atomic mass)：元素的平均原子质量与核素原子质量的1/12之比。[3]
二者行文不尽相同，可能是前者由外文直译而来，后者则为汉语的简明表述。然而，二者所定义概念的内涵和外延毫无二致，都可以下式表示：
二、相对原子质量概念表述的教科书版本差异
《课程标准》规定了“利用相对原子质量、相对分子质量进行物质组成的简单计算”[4]的学习目标。因此，使学生初步认识相对原子质量概念是教学的必然要求，但它的精确定义中使用的某些概念超出学生的知识基础，难于理解。所以，初中化学教科书不能简单拷贝相对原子质量的精确定义，必须根据学生知识基础进行适当的改造。现实的景况是，各种版本《义务教育课程标准实验教科书·化学》（以下简称教科书）对它的改造各有千秋，有的规行矩步严谨定义，有的娓娓道来通俗叙述。现将已经全国中小学教材审定委员会初审通过、并推荐使用的五种版本教科书中相对原子质量概念表述集录于表1。
相对原子质量概念表述居然存在着教科书版本差异，或许是许多教师始料未及的。原来，概念定义并不那么“神圣”，是可根据学生实际进行多样化表述的，使概念既保持其科学性，又能让学生可接受、易理解。教科书既然都已经初审通过，它们关于相对原子质量概念的表述应该都是允许的，但这并不能说明它们就完美无缺，更不能排斥对它们的研讨。
表1 相对原子质量概念表述的版本差异比较
三、相对原子质量概念表述的研讨
在初中化学教学中，学生学习相对原子质量概念的心理机制是“概念同化”(concept assimilation)，即根据概念表述（定义）所揭示的本质特征，运用自己已有认知结构中适当的观念去理解新概念，并将其纳入或重组而形成或更新的认知结构，从而使认知范围拓展或层级提升。在此过程中，关键是接受、理解概念表述使用词语及其组合所表述的语义。教学实践表明，学生刚接触相对原子质量概念表述时，往往有一头雾水的感觉。其主要原因，一是学生受到知识基础的制约而难于理解表述中的某些词语，二是教科书对其表述中存有些许无奈的不自洽而使理解更加困难。
1.相对原子质量概念理解的重要基础
在初中化学教学实践中，相对原子质量是一个理解颇为费事、应用较为容易的基本概念。因此，《课程标准》对它的教学要求侧重于应用，而非对概念的到位理解。然而，教师应该谙熟概念及其表述的来龙去脉，至少应理解如下基本观念和基础知识。
(1)相对原子质量是一个物理量。依据SI（国际单位制）及ISO、GB的规范：物理量是指物体或现象可定性区别并能定量测定的属性；一个物理量A可以表示为一个数值（纯数）｛A｝和一个单位[A]的乘积，即A=｛A｝×[A]；对于一个物理量可以给定一个名称和一个符号。显然，“相对原子质量”即其名称，其符号则为“
”（源于名称relative atomic mass）。
(2)相对原子质量概念表述的要素。尽管ISO、GB和各种版本教科书等对相对原子质量概念表述存在着种种差异，然而，他们都涵盖两项要素：①定
们各自对这两项要素表述不尽相同。
(3)相对原子质量是单位为1的物理量。根据SI规定并已被ISO、GB采纳：相对原子质量是量纲一、单位一、符号为1（略写）的物理量。因此，认为它“只是一个比值、没有单位”的观点已经过时。当然，想在初中化学教学中讲清它的单位问题很困难，也不必要。但是，教师应该刻意避免在课堂教学、习题选编、试题编制中有意无意地残留相对原子质量“无单位”的不规范观念。
2.相对原子质量概念中的“标准”及其表述
相对原子质量概念中的“标准”（或称“基准”）
，即原子质量的1/12”，是该概念表述的基本要素之一，也是不同出处资料、不同版本教科书表述差异最甚之处。因此，教师有必要了解它的历史与现状，以能更自觉地认识其各种表述的长短优劣，实现该概念教学的科学性与学生可接受性的相对平衡。
(1)关于“标准”沿革的简述。相对原子质量旧称“原子量”(atomic weight)，是伴随1803年道尔顿原子学说创立而产生的表示原子“相对质量”的概念。它可以视为是原子质量的一种“替身”，而替身的“相貌”（相当于相对原子质量的量值）决定于“标准”的选择。对于相同的原子，选择的“标准”有异，其相对原子质量必然不同。在自然科学发展史上，相对原子质量的“标准”是随着科学技术的发展而不断变革的（详见表2）。
表2 相对原子质量“标准”沿革简况[10][11]
(2)关于“标准”中m()的表述。在相对原子质量概念定义中，对于作为“标准”要件的m()，ISO、GB定义表述为“核素的一个原子质量”或“核素原子质量”都是实话实说。然而，各种版本教科书因受学生知识基础制约，其表述是欲言又止，只能拐弯抹角地将m()说成“碳原子质量”“一种碳原子的质量”或“质子数和中子数都是6的碳原子的质量”等。对于尚缺乏核素观念的初中学生来说，所有的碳原子都是同样的，没有区别的。因此，对这些替代m()的词语无法有准确、到位的理解。这对于教科书、对于教学都是一种无奈的窘境。所以，有的教科书采用对“一种碳原子”加注渗透核素初步观念的方式予以弥补。这是非常无奈的，但却是十分必要的抉择。这样处理，在科学性上没有离谱，学生也勉强能接受；而只说“碳原子”且无任何辅助理解的文字，在科学性上就似有点问题，稍后对于碳的相对原子质量为什么是12.01而不是12，就很难自圆其说；至于说“质子数和中子数都是6的碳原子”，依行文语气似是强调“都是”，不仅不必要且易误导，表述亦嫌冗长。另外，符号的文字表述以“碳12”为规范，而“碳-12”“C-12”等均非规范。
(3)关于“标准”中的1/12。相对原子质量的“标准”为什么不选用碳12原子质量，而用它的1/12呢？这往往使学生感到疑惑不解，以为藏有多少玄机。其实，这个问题是一层窗户纸，一点即破——能使最小的也不小于1，方便使用。然而，各种版本教科书对此均未提及，是为教师教学留些发挥的空间，还是沿袭教科书的传统做法，不得而知。如果教师也忽略的话，一些学生对此将长久混沌，知其然而不知其之所以然。其实，对它只要在教科书的拓展性栏目或习题中或者教学中稍微涉及即足矣。至于将“
”，甚至“原子质量单位”作为“标准”的同义词共同出现在概念定义中，似可有助学生理解“碳12原子质量的1/12”，但它们并非概念的本义，会使概念定义行文显得累赘。
3.相对原子质量概念中“计量”的表述与隐情
相对原子质量概念中的“计量”——
，是该概念的核心要素，表征着概念的物理意义、计量方法。
(1)相对原子质量是“比”还是“比值”？对于
，在ISO、GB定义中均使用了“比”，而各种版本教科书中有的用“比”，有的则用“比值”。二者所表达的语义难道完全没有差别、完全等价吗？其实不然，“比”是指“两个同类量之间的倍数关系”，而“比值”则指“两个数相比所得的值”。[12]显然，“比”就像加、减、乘、除、乘方、开方等指向“关系”，含有运算程序、法则之意；而“比值”则像和、差、积、商等指向“值”即运算结果。相对原子质量显然是结果而非程序，故使用“比值”要更精准，也更易于学生接受和理解。
(2)“元素的相对原子质量”还是“核素的相对原子质量”？在ISO、GB概念表述中，将m(X)解读为“元素的自然同位素成分的每个原子的平均质量”，或“元素的平均原子质量”；而各种版本教科书无一例外地将m(X)解读为“其他原子的质量”。不难明白，前者所定义的是“元素的相对原子质量”，而后者所定义的则是“核素的相对原子质量”。然而，在初中化学中学生所接触的、需要使用的几乎只有“元素的相对原子质量”。这是初中化学教科书定义相对原子质量的死结，致使言不由衷，言不及义，非常无奈。
4.相对原子质量的名称和符号的讨论
(1)关于相对原子质量的名称。“相对原子质量”一般应理解为“元素的相对原子质量”，是1961年确定以
为标准同时选用的概念名称。诚然，对于“原子量”是否改称相对原子质量的问题，在权威机构IUPAC（国际纯化学与应用化学联合会）内部至今已经争论了几十年。因此，在某些出版物中偶尔仍可见到“原子量”一词。但是，ISO、GB均只选择“相对原子质量”这个物理量名称，就意味着舍弃“原子量”这个名称。化学教育是科学教育，对ISO、GB的规定必须尊重、遵行。
(2)关于相对原子质量的符号。相对原子质量作为一个物理量，它有其规范的符号“”——这是ISO、GB依据SI而规定的。其中，“A”用大写斜体字母（凡物理量符号均用斜体字母），“r”是下角标，用小写正体字母，应避免误写为Ar（氩元素符号）。在几种版本教科书中，只有人教版和湘教版提到相对原子质量的符号，但没有提供使用的实例。这是很值得商榷的。众所周知，现代社会文明发展的一个大趋势就是“符号化”，社会生活中符号化的现象已经比比皆是。这是因为符号不仅简约，而且具有很强的视觉冲击力，非常适应现代社会快节奏生活的需要。因此，在初中化学教学中不仅要介绍及
（相对分子质量，源于relative molecular mass），而且要提倡在习题教学、习题解答及其他可使用它们的地方规范地使用它们。例如，
等。实践表明，在初中化学教学过程中使用这些符号，不仅不会增加学生的学习负担，而且会使学习更加具有科学味、时代感。
四、相对原子质量概念的教学思考
相对原子质量是自然科学中非常重要的基本概念。学生在初中化学课程中认识它只是初级阶段。对它的认识（包括概念表述）还有待在后续课程学习中去发展和完善。因此，在初中教学相对原子质量概念，需要教师拥有更新的教育理念、更多的背景知识、更高的教学智慧，清楚地知道自己该说什么做什么，不该说什么做什么，使教学动态地处于学生的“最近发展区”，有效地促进学生的发展。
1.准确把握概念的教学要求
化学基本概念是初中化学课程学习的重要对象。根据初中教育的培养目标及学生的年龄特征，《课程标准》对于不同的概念设定了不尽相同的学习要求。其中，相对原子质量的学习要求仅是“会用”——“利用相对原子质量、相对分子质量进行物质组成的简单计算”。因为，限于学生缺乏核素概念而导致相对原子质量概念表述的困境，并不会对“会用”产生多大的影响，所以，教学中对该概念不宜过分条分缕析，而只应将其作为学生学习入门的拐棍，哪怕是跌跌撞撞、朦朦胧胧，只要进了门——学会查找相对原子质量并能利用它们进行相关计算，就达到了教学基本要求，不必去理会概念及其表述的问题。否则，必定作茧自缚。
2.努力开发概念的教育价值
化学新课程“以提高学生的科学素养为主旨”，以“知识与技能”“过程与方法”“情感态度与价值观”为目标。其中，“知识与技能”既是学生科学素养最基础的主体，又是现实“过程与方法”“情感态度与价值观”目标最重要的载体，负载着更高层次的科学素养教育价值。传统教学对此比较忽视，化学新课程对此虽然非常重视，但教科书上未必明示，更多的时候要靠教师的理念、学识、经验、态度，靠对教学内容、目标、学情、环境等诸多因素的综合思考、判断去生成、去创新。在相对原子质量概念教学中，从培养科学素养考虑，还需使学生认识为什么要引入相对质量和怎样构造相对原子质量。前者教科书上已有明示，后者需要教师生成。对于如何从原子质量构造出相对原子质量，其测量标准（基准）的选择蕴涵着重要的科学思想、科学方法，应予开发、利用，发挥其科学素养教育价值。如果，教师对此不以为意甚至不屑一顾，宝贵的教育资源就会白白流失。对此应该使学生认识到：在自然科学、社会科学甚至日常生活中，人们观察、测量、评价事物都必有一定的标准；标准决定结果，标准有异，结果就很难相同；在实践中应寻求适当的标准，以使结果更科学地反映事物的本质。这些既是构造相对原子质量的核心问题，又是普遍适用的科学思想、科学方法问题。在自然科学发展史上，相对原子质量的标准就曾几经更迭，其量值亦随之数次变更。目前，IUPAC每两年都要公布一次相对原子质量的最新值，每次或多或少总会有一些元素的相对原子质量被修正、更新。但是，这并非相对原子质量标准的改变所致，标准仍然是1961年选定的。导致相对原子质量量值变动的原因是其测量原理、方法或技术的改善，提高了测量精确度，或者测量样品来源、取样的改变，发现了新的同位素或同位素丰度的新变化。
3.自觉避让概念的教学禁区
忽视概念学习的阶段性、发展性和可接受性，自觉不自觉地设定任意“拔高”、超前“综合”等教学要求是不可取的，都可能使学生陷入不知所终的窘境。前已述及，教科书所定义的实质上都是“核素的”相对原子质量，而初中学生所接触、所使用的绝大多数则是“元素的”相对原子质量——由元素的天然同位素（核素）相对原子质量及其同位素相对丰度（含量）所决定的“平均值”（此系新课标高中化学必修2的学习内容）。正是“平均值”使得许多元素的相对原子质量不是整数（而核素的相对原子质量皆为整数，即核素质量数）。然而，在初中化学中没有办法也没有必要让学生去分辨清楚到底是“核素的”还是“元素的”相对原子质量，只能对此含糊其辞。因此，教师的教学言行要矜持一点，收敛一点，自觉避让核素的相对原子质量、核素质量数的教学禁区，不要把它们与元素的相对原子质量混为一谈、绞在一起，人为地制造麻烦和混乱。此类不合时宜的混乱往往出现在习题甚至试题中，例如：
例题1 1999年科索沃战争期间，北约军队使用了美国制造的“贫铀弹”，造成了放射性污染的严重后果。已知贫铀弹中含有铀238（238为相对原子质量），具有天然放射性，其质子数为92，则这种铀原子里中子数与核外电子数之差为＿＿。
解答此题必须掌握三个知识点：①在原子里，质子数＝核外电子数（这是初中化学知识）；②铀238是质量数（即核素的相对原子质量）为238的一类铀原子；③核素的相对原子质量＝核素质量数＝质子数+中子数。然而，无论是《课程标准》还是教科书对知识点②和③均未明确涉及，故该题考查目标脱离课程目标，显然欠妥。类似的题目还有：提供几种“元素”（实际上核素）原子的质子数、中子数和质量数，要求学生归纳出上述③式关系；未给任何知识信息，就要求学生利用③式关系推算其中一个数据等。这些都未免有点操之过急。当然，这并不是说在初中化学中凡涉及核素的相对原子质量的问题就必定欠妥，关键在于说什么和怎么说，或者考什么和怎么考。如果能像例题2这样提供学生可接受的有效信息，且考查目标符合初中教学要求，甚至可以成为很有新意、很有价值的佳题。有兴趣的读者如能仔细比较例题2与例题1的差异，不难体味其中的奥妙。
例题2 我国已实施“嫦娥工程”探月计划，2007年10月24日发射了绕月飞行的探测卫星——“嫦娥一号”。人类探月的重要目标之一是勘察、获取地球上蕴藏量很少而月球上却极为丰富的核聚变“燃料”——氦3，以解决人类所面临的能源危机。已知“碳13”是指原子核内含有6个质子、7个中子的碳原子。则氦3原子核内()。
A.含有3个质子，没有中子
B.含有2个质子，1个中子
C.含有1个质子，2个中子
D.含有3个中子，没有质子
4.积极创造概念的教学佳境
概念在化学新课程学习中依然占有极其重要的地位。特别是如何通过概念教学达成“三维”课程目标很值得探索、研究。然而，这些探索、研究决不能脱离、抛弃教科书。因为，教科书毕竟是专家、学者们根据《课程标准》编撰、并经权威机构审查通过的教学用书，而且学生人手一册，因而是最基本、最重要的课程资源和教学依据。至于教科书中可能存在的瑕疵（有些认定未必尽然），一般不会对达成既定学习目标产生多大的影响。因此，必须尊重教科书，尊重它的体系编排、素材选择、呈现方式等，理解编辑意图。在教学中，如果认为有必要做些补充、删减、重组等变动，必须把握住“度”，一般不要轻易擅自更改甚至批判教科书的表述尤其是概念表述。否则，可能会造成更多的乱象。本文的讨论意在使教师对相对原子质量概念有更科学、更本质、更精准的认识，对它的教学有更坚实的知识基础、更丰富的科学背景，从而在教学中做到把握目标，促进发展，避让禁区，在有限的教学舞台上创造出适宜学生科学素养不断提升的教学佳境。