从“化学反应中的质量关系”课例谈教师学科素养*

游梅

从“化学反应中的质量关系”课例谈教师学科素养*

游梅

（迎春中学江苏苏州215128）

分析了在沪教版九年级化学“化学反应中的质量关系”的课堂教学中，多数教师存在错解化学史知识、实验设计不够全面细致、课堂例题脱离实验实际等三个问题。借此说明初中化学教师研究化学史、实验和习题的重要性。

化学史；实验；题例

初中化学教学是化学教育的启蒙阶段，这个阶段的化学知识和技能水平要求不高，一般的本科生甚至专科生就可以担任初中化学教学的工作。然而，大量事实证明即使在初中化学教学的小小天地中，能做到深刻把握教材内涵、思想见解独到、致力于培养学生科学素养，把工作做得风生水起的专家型教师并不多。本文以近期苏州市吴中区名师展示课“化学反应中的质量关系（沪教版）”的教学设计为例，说明教师的化学史知识、实验设计水平和编制例题的能力有待提高。

一、想当然解读化学史知识，缺少历史观智慧

沪教版九年级上册第4章第2节“化学反应中的质量关系”中有这样3段文字（教材配插图）：

早在300多年前，化学家们就对化学反应进行定量研究。1673年，英国化学家波义耳（RobertBoyle，1627-1691）在一个敞口的容器中加热金属，结果发现反应后容器中物质的质量增加了。

1777年，法国化学家拉瓦锡用较精确的定量实验法，在密封容器中研究氧化汞的分解与生成物中各物质质量之间的关系，得到的结论是：参加化学反应的各物质的质量等于反应后生成的各物质的质量总和。

后来，人们利用先进的测量仪器做了大量精度极高的实验，确认拉瓦锡的结论是正确的。从此，质量守恒定律被人们所认识。［1］

大多数教师在讲这节内容时都会用到上述3段材料，然后得出结论：在空气中加热金属，金属与空气中的氧气发生化合反应，生成的金属氧化物比金属质量大了。然而，波义耳在敞口容器中实验，他没考虑到金属消耗了氧气，冷却时外界的空气会进入曲颈甑，导致质量增加。拉瓦锡在密封容器中实验可以防止金属与氧气反应时外界气体补充进来，也可以防止金属氧化物分解时氧气逸出到容器外。因此，波义耳的实验设计是错误的，拉瓦锡的实验设计才是正确的。在我所听的这一节公开课中（不少于二十节），几乎所有教师都是这么讲的。

恩格斯：波义耳——把化学确立为科学。为什么这样一位伟大的化学家没有在密闭的容器中而在敞口容器中加热金属？现在连一个刚学化学的初中学生都懂的道理，他不知道吗？如果仔细研究这段化学史会发现，1673年前后，波义耳做了煅烧金属的实验，发现金属煅烧后的煅灰总比金属本身重。当时人们还不清楚空气的成分，不知道空气中有氧气，当然也不清楚在加热金属时，金属会与氧气反应的事实。他的解释是：在煅烧过程中，“火微粒”穿过容器壁与金属结合，形成比金属本身还重的煅灰。直到1774年，拉瓦锡用锡和铅做了著名的金属燃烧实验：将锡和铅分别密封在曲颈瓶中，在加热前后都精确地进行了称量，发现煅烧后瓶中的金属已变成煅灰，但瓶和煅灰的总质量没有改变。当他把瓶子打开后，发现有空气冲进瓶内，这时瓶和煅灰的总质量增加了。拉瓦锡加热汞煅灰时，逸出的气体质量与将汞煅烧成煅灰时所增加的质量相等。后来，拉瓦锡又做了大量的燃烧实验，认识到空气是两种气体的混合物，一种是能助燃，有助于呼吸的气体，拉瓦锡将它命名为“氧”；另一种是不助燃，无助于生命的气体，命名为“氮”，意思是“无益于生命”。同时，拉瓦锡得出了化学变化前后总质量不变的结论即质量守恒定律。［2］

在这里，还有一位应该提到的科学家——俄国的罗蒙诺索夫，他在密闭的玻璃瓶内燃烧金属，不开启玻璃瓶就称量，发现尽管金属经过煅烧已经变成了煅灰，但重量并无变化。他断定金属在敞开的容器中煅烧增重是由于金属与空气结合的缘故，从而否定了波义耳的“火微粒”和“燃素”的存在。1756年，他从大量实验中概括出质量守恒定律：参加反应的全部物质的重量等于全部产物的重量。［3］罗蒙诺索夫得出质量守恒定律比拉瓦锡还早18年。

值得一提的是，质量守恒定律的建立与物质微粒观也有很大关系。直到19世纪、20世纪，分子原子的发现及概念的确立，以及它们在化学反应中的变化规律逐渐被人们认识，质量守恒定律才真正被人们接受。

一些教师可能就没有去读化学史，谈不上“解读”和“认识不够全面深入”，导致在讲课时简单说成：波义耳的实验是错误的。这样的结论不利于学生了解质量守恒定律的发现史，也谈不上用化学史知识启迪学生的智慧。其实，每一位科学家的实验都是在前人的认识和实验的基础上，都有他的创新性和局限性，对他们的贡献，我们应该把他放在他所处的具体历史环境中分析、解读，才会有正确的认识。我国化学教育家傅鹰先生提出：化学给人以知识，化学史给人以智慧。化学教师要正确用化学史知识促进学生智慧增长。

二、实验设计不够深刻细致，缺少说服力

多数教师只做了教材上的2个实验：氢氧化钠溶液和硫酸铜溶液混合，大理石与稀盐酸混合后将产生的气体用澄清石灰水吸收。没有分类实验，没有对比说明，对没有做的实验，一概用讲实验的方法代替做实验。对验证质量守恒定律的实验，笔者认为以下两个方面很重要。

1.药品的选取

拉瓦锡加热金属汞的经典实验中，汞易蒸发，受热后蒸发加快，汞蒸气与空气中氧气接触充分，可以将密封容器内的氧气消耗较彻底。但是，由于汞蒸气有毒，演示和分组实验一般不用，而大多会选用白磷。白磷的用量不宜过多，否则在密封容器中受热会将瓶塞顶出，在敞口容器中产生白烟逸出，危害师生健康。因此，药品的用量有时也能影响实验的成败优劣。再比如大理石与稀盐酸的反应，两者的用量也不宜多，否则密封容器的瓶塞会迸出，甚至有容器爆裂的危险。

2.方案的设计

质量守恒定律是经过“无数”实验检验的，一堂课不可能做“无数”实验，但可以把实验分为在敞口容器中总质量“不变”“增大”“减少”等三种情况分别举例说明。在敞口容器中，反应前后总质量改变不能证明质量守恒，对于有气体参与或有气体产生的反应，称量反应前后的物质总质量有没有变化，跟装置是否密封有关，因此，在每次实验都需要设计对比实验，一个是敞口容器，另一个是密封容器，例如下表。

表1　验证质量守恒定律的实验设计

三、例题编制背离实验情境，缺少真实来源

题例1：把6.1g干燥纯净氯酸钾和二氧化锰的混合物放在试管中加热，直至氯酸钾完全分解为止。冷却后，称得剩余固体的质量为4.2g。根据_______定律，制得氧气的质量是_______。二氧化锰在反应中起的作用是________。

分析：命题者或认为氯酸钾会完全分解为氯化钾和氧气，或认为对初中生而言不必考虑过多，故氧气质量的答案为1.9g。然而，氯酸钾和二氧化锰的反应机理有多种解释，比较常见的一种解释是分为三步：①二氧化锰和氯酸钾反应先生成高锰酸钾、氯气和氧气：2MnO2+2KClO32KMnO4+Cl2↑+O2↑；②高锰酸钾分解生成锰酸钾、二氧化锰和氧气：2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑；③锰酸钾再和氯气反应生成氯化钾、二氧化锰和氧气：K2MnO4+Cl22KCl+MnO2+O2。第一步反应产生氯气，这也是我们在实验中常常闻到刺激性气味的原因。无论出于何种原因，严谨是命题者应该追求的，如果将“制得氧气的质量是________。”改为“可知最多能制得氧气的质量是________。”就妥当多了。

题例2：将A、B、C各10g的混合物加热后，A全部参加反应，生成4gD，同时增加了8gC，则反应中A与B的质量比是（）

分析：根据质量守恒定律不难得出，反应中A与B的质量比是5︰1。然而，题目中的10gA和2gB反应产生了8gC和4gD，符合哪个具体反应？不清楚。在学生学过和将要学习的化学反应中，没有这种质量关系。这样虚构的A、B、C、D的反应脱离了真实的化学反应情境，就类似于数学题了。质量守恒定律的相关例题的作用是将实验现象、质量数据和定律联系起来，以便加深对化学反应本质的理解，而不是纯粹的根据数学公式的计算。

题例3：在一个密闭容器内有X、Y、Z、Q，在一定条件下充分反应，测得反应前后各物质的质量如下：

试推断该密闭容器中发生的化学反应基本类型为（）

A.分解反应B.化合反应

C.置换反应D.复分解反应

分析：这道题在一些教辅材料中非常常见，根据质量守恒定律，反应前物质的总质量是93g，反应后X的质量＝93g-24g-14g＝55g。反应前后质量对比可知，Z为反应物，X、Y、Q为生成物，即反应为分解反应。题目用X、Y、Z、Q代替真实物质，防止学生用真实物质推知反应类型，但是反应后它们在密闭容器中的质量是如何测得的？题目中涉及的几种物质混合在一起，要称量质量必须先分离、提纯，如果有气态物质，打开密闭容器时气体逸出，质量无法称量。这些实验细节在题目中没有说明，连一笔带过的交代也没有。此题也成了一道真实实验情境缺失的纯数学计算，学科品味不够。

化学家波义耳：人之所以能效力于世界，莫过于勤在实验上下功夫。这句话不仅道出了他之所以取得伟大成就的原因，也说明了化学是实验基础上的科学。尊重实验、基于实验是研究一切有关化学问题的出发点。

思考本课堂教学中暴露的问题，我们不难发现一些教师讲解化学史、设计实验、编制例题的水平亟待提高。我们不但需要大楼，而且需要大师，对教育的投入不仅仅是硬件条件的改善，更重要的是教师水平软实力的提高。国家教育部门已经非常重视师资的培训问题，广大教师应该顺应时代、抓住机遇提高自己。

［1］王祖浩.九年制义务教育教科书（沪教版）·化学上册［M］.上海：上海教育出版社，2013：103-104

［2］［3］袁翰青，应礼文.化学重要史实［M］.北京：人民教育出版社，1989：10-13

1008-0546（2016）11-0070-03

G632.41

B

10.3969/j.issn.1008-0546.2016.11.023

*本文系江苏省教育科学“十二五”规划课题《专家型中学化学教师实验教学方法的实践研究》的阶段性研究成果（项目编号：D/2015/02/178）。