初中阶段守恒观构建的“进阶模型”研究

钱海如+赵华

摘要：依据课程标准和初中学牛认识发展规律，分析了初中阶段守恒观所涉及的维度、主要内容及学习要求。结合教学实践与总结，对初中化学教学中的有关内容进行整体规划，归纳了初中阶段守恒观构建的“进阶模型”，包括5个阶段的认识进阶，并指出了教学中应注意的4个问题。

关键词：初中化学；质量守恒定律；守恒观；认识进阶；教学策略

文章编号：005-6629（2017）8-0025-05

中图分类号：C633.8

文献标识码：B

义务教育阶段的化学教育，要激发学生学习化学的好奇心，引导学生认识物质世界的变化规律，形成化学的基本观念。初中阶段守恒观主要是在学习“物质的化学变化”主题中逐步发展起来的对化学反应规律的观念性认识。教学中发现，初中学生对质量守恒定律的基本原理的记忆还是较准确的，但在解决一些实际问题时不能从本质的角度理解和迁移，特别是解决定量计算问题较定性分析问题弱。现结合教学实际，谈谈初中阶段守恒观构建的认识进阶。

1初中阶段守恒观的内涵及学习要求

化学学科中的守恒观是指人们在认识化学的活动中对化学的规律、本质、价值的基本认识和思想方法，表现为自觉地从分子、原子、元素的层面探索各种物质变化的思维习惯和意识。中学化学中的守恒观通常包括3个维度，即质量守恒、电荷守恒和能量守恒，根据《义务教育化学课程标准（2011年版）》（以下简称《课程标准》），初中阶段守恒观主要体现在质量守恒的维度，初步涉及了电荷守恒的维度，其主要内容和学习要求见表1。

从表1可以看出，初中阶段守恒观既包括定性和定量层次，难点在定量层次的应用以及定性与定量层次相结合的综合应用；同时又包括宏观和微观层次，难点在微观层次的理解以及宏观和微观贯通水平的提升，其学习要求应低于高中阶段。

2初中阶段守恒观构建的“进阶模型”

定量认识化学变化是初中化学教学的重要内容，初中生对化学变化的定量认识需要经历基于总和认识定量、基于比例认识定量、宏微观多角度

2.1第一阶段：宏观认知阶段

即化学反应前后宏观的质量守恒认知阶段，这个阶段是守恒观构建的起始阶段，通常安排在“质量守恒定律”的主题教学中，由于初中生的认知水平和心理发展特征的局限，需要教师帮助他们实现从“整个体系”到“具体反应”的思维转换。

在进行质量守恒定律的教学前，应该要解决3个问题：一是研究化学反应前后的质量变化，应该选择哪些反应研究，采用的是“数学归纳法”的思想；二是选择了某个反应以后，必须考虑体系问题，引导学生认识化学反应研究体系的重要性；三是要引导学生分析需要哪些数据进行推理举证，这是质量守恒定律的核心意义：定量测定的价值所在。学生学习时常常对《义务教育教科书·化学》（以下简称《教科书》）编排的两个实验探究（①氢氧化钠溶液与硫酸铜溶液的反应②碳酸钙与盐酸反应）产生疑问：为什么根据整个装置中的质量在反应前后不变就能说明化学反应前后的物质总质量不变？这个疑问的本质是对“整个体系”的思维转换到“具体反应”上的“跳跃”存在一定的理解障碍。在教学中，可以“放大”思维转换的学习过程，增加铺垫，减少“跳跃”幅度，具体做法是（以实验探究①为例）：在学生实验后得出“反应前装置内物质的质量总和=反应后装置内物质的质量总和”以后，组织学生讨论问题“该化学反应中哪些物质的质量总和相等”，并结合实验现象和反应原理，围绕“反应前物质质量总和”与“反应后物质质量总和”，列出“整个体系”内物质质量的思维框架理解化学变化的定量关系几个发展水平。“质量守恒定律”是定量认识化学变化和构建守恒观的起点，教学中要遵循学生的认知规律，进行整体规划，把握不同阶段的要求，初中学生对守恒观的认识进阶层级如图1所示。分析图，见图2（略去装置本身质量），最终经过细致分析，得出“具体反应”中的物质质量总和相等的关系，见图3。于是，学生就能得出“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（质量守恒定律）”，这样就实现了从“整个体系”到“具体反应”的思维转换，学生就能精准理解“参加反应的”、“反应后生成的”不是各物质质量的简单相加，而是指真正参与了反应的以及在反应中实际生成的那一部分质量不能包括“反应物中过量的”以及“生成物中原来就有的”那部分质量。

2.2第二阶段：微粒解释阶段

即守恒的微粒解释阶段，这个阶段是基于微观原子的总体等量关系定量认识化学变化的，既是微观层次，义是定量层次，是学生定量认识化学变化和构建守恒观的关键，需要教师帮助他们实现从“宏观物质质量”到“微观原子总量”的思維转换。

在这个阶段中，不应仅满足于对宏观守恒的微观解释，还需培养学生从微观的角度认识、解释宏观现象的思维方式，形成宏观现象微观解释的思维途径。教学中，首先结合电解水反应的微观模型解释和分析（见图4）：反应前后氢、氧原子依然存在，没有变化，即原子种类不变，数目不变；再计算反应前后的相对质量的变化：反应前为2x（lx2+16） =36，反应后为2×2+16×2=36，由此可以得出质量守恒的微观本质：在化学变化中，反应前后原子种类和数目不变、原子质量不变。然后再结合图5，说明该反应中参加反应的H₂、O₂，与反应后生成的H₂o的数目比为2：1：2，引导学生实现“宏观”与“微观”的思维贯通，加深对守恒的基本思想的理解。

2.3第三阶段：质量关系阶段

即反应物与生成物的质量关系阶段，这个阶段是基于总和、基于比例定量认识化学反应中的质量关系，需要教师帮助学生实现从“质量总和”到“质量比例”的思维转换。

由于学生在质量守恒定律中刚刚建立“质量总和”相等的事实，而在实际计算化学反应中的“投料”与“产出”的物质质量时，运用的是“质量比例”恒定的关系，这对学生来说是个不小的障碍。教学中，为加强学生对“质量比例”恒定的理解，可以分为3个层次处理：endprint

第一层次设置在“质量守恒定律的微观分析”中。当学生结合化学反应的微观分析，认识到化学反应前后原子组合方式（“分子”）不同，形成了新“分子”，追问学生：当这种组合方式确定，构成各物质的微粒间的数目比例会不会变化？质量比例关系呢？引导学生初步认识微粒间的数目比和质量比都是恒定的，为后续计算学习作铺垫。

第二层次设置在“认识化学方程式的含义”中。引导学生理解化学方程式中“量”的含义，即反应物和生成物的微粒数目比和质量比，并认识微粒的质量比是化学计量数与相对分子质量的乘积之比，然后通过成倍地改变化学方程式中各物质的计量数，得出反应物和生成物的微粒数目比和质量比都是恒定的，帮助学生建立对“符号表征”的定量认识，为后续计算学习作准备。

第三层次设置在“依据化学方程式的计算”中。从学生熟悉的简单化学反应入手（如电解水），先要求学生完成相关任务并讨论有关问题：①书写该反应的化学方程式，画出该反应的微观示意图，说明各物质的微粒数目比是多少？②该反应中各物质的微粒质量比是多少？各物质的质量比是多少？③电解18kg水能获得氢气多少？氧气多少？④电解72kg水能获得氢气多少？氧气多少？⑤若要得到4kg氢气，需要电解多少水？同时得到多少氧气？⑥若要得到12kg氢气，需要电解多少水？同时得到多少氧气？⑦结合以上问题，你发现了什么规律？以上系列问题看似简单，但对初中生而言，通过这些问题的学习过程，在其脑海中已经深深形成了化学反应中物质的质量比恒定的观念，接下来再结合例题学习计算步骤、练习解题规范就没有障碍了。

2.4第四阶段：离子组合阶段

即酸、碱、盐学习后的离子组合阶段，包括初步的电荷守恒阶段，主要是在学习复分解反应的过程中，这个阶段需要教师帮助学生实现从“关注反应特征”到“关注反应本质”的思维转换。

复分解反应是酸、碱、盐溶液中相互反应规律的核心知识，是培养学生守恒观的重要载体。《教科书》中关于复分解反应的概念为：两种化合物相互交换成分，生成两种新的化合物，这类反应称为复分解反应。这里的“相互交换成分”本质上就是离子的交换，即离子的重新组合，这种交换具有一定的规则，能表达这种规则的就是离子符号。因此，为加强“关注反应本质”的理解，教学中可以分为3个层次处理。

第一层次，让学生形成对溶液的“微观本质”的认识。充分利用学生已知知识，始终抓住酸、碱、盐中熟悉的物质，让学生说出其溶液中的离子，并且这些离子能自由移动，在溶液中有固定的数目比，溶液呈电中性。这样就为后续的解释“反应前后离子种类没有改变”和“离子交换遵循电荷守恒”作了铺垫。

第二层次，培养学生对酸、碱、盐的“宏观一微观一符号”的“三重表征”思维。让学生熟练书写最常见的离子符号，进而过渡到只要提到某酸、碱、盐的溶液，学生的头脑中就有正确的离子符号；只要提到某酸、碱、盐的溶液中的离子，学生就能知道是什么物质的溶液，为后续书写常见复分解反应的化学方程式遵循“化合价不改变”或“等价交换”作准备。

第三层次，引导学生重新领悟复分解反应的实质。即两种化合物（一般是酸、碱、盐）在溶液中相互交换离子，结合成的另外两种化合物中至少有一种在溶液中难以再生成自由移动的离子（沉淀、气体或水），这样学生就能从离子角度理解反应前后离子的种类没有改变的原因一一离子守恒，也进一步体会离子交换时的“等价交换”的本质一一初步的电荷守恒。建立了初步的电荷守恒思想，也便于学生对“电中性的分子中，为什么元素化合价的代数和等于零？”、“稀硫酸中H⁺和S（o_{4）^2-的个数比为什么是2：1？”等问题有了新的解释，起到了触类旁通的效果。}

2.5第五阶段：本质认识阶段

即元素守恒的本质认识阶段，这个阶段是在学生学习了初中常见的化学反应以后逐步形成的，需要教师帮助学生实现从“物质改变”到“元素守恒”的思维转换。

发展学生从元素的角度认识化学变化，即形成“化学变化过程中元素不变”的观念一一元素守恒。化学变化的本质特征是生成新物质，即物質种类发生改变，而对质量守恒定律的理解义必须形成质量总和不变的认识，然后再逐步过渡到化学反应前后元素的质量不变（元素守恒），这种在化学变化中的“变”与“不变”的思维冲突也给学生在理解元素守恒时带来了障碍。教学中，为加强学生对“元素守恒”的认识，教师要对《课程标准》和《教科书》进行立体解读，从不同维度、不同层面观照文本，获得对文本的全息解读，处理好文本解读中多种意义之间的辩证关系。具体可以分为3个层次处理。

第一层次，知道“元素守恒”。《教科书》在学习质量守恒定律之前就已经对元素观作了预设和铺垫，例如，在“第1章开启化学之门”中有两处叙述：①科学告诉我们，一种物质可以通过化学变化变成其他物质，但反应物及生成物中应含有同种元素；②化学反应的本质特征是有新物质生成，但在发生化学反应的过程中，元素本身并未发生变化，只不过重新组合形成了新物质。以上内容是在学生还没有建立“元素”概念之前的，只要求学生“知道”、“记住”、“说出”结论，会“例举”、“找到”化学反应中的不变元素，不需要作过多的原因解释，这是形成“元素守恒”认知水平中的低级水平。

第二层次，认识“元素守恒”。学习质量守恒定律，将引领学生进一步认识化学变化的本质，揭示化学反应的规律，解决学生以前的疑惑，如化学反应前后元素种类为什么不变，元素质量为什么不变。教学中，要采取“讨论交流”、“图示模型”、“动画模型”等形式，让学生在自主与合作学习中，从分子、原子的角度去分析理解化学变化，主动形成对化学反应的微观本质认识，即化学反应前后原子种类、数目不变，原子质量不变；化学反应前后原子组合方式（“分子”）不同，形成了新“分子”。然后引导到宏观层面，认识到元素种类不变、元素质量不变、物质的质量总和不变以及物质种类改变，于是，“物质改变”与“元素守恒”的思维冲突就会逐步化解，这是形成“元素守恒”认知水平中的中级水平。

第三层次，理解“元素守恒”。在学习酸、碱、盐的反应中，从离子的角度分析化学变化，需要学生“理解”、“解释”、“区分”不同类型的反应中“元素守恒”，能对反应中“元素守恒”做出理性判断，并能用于简单计算。教学中，要通过不同的事例，帮助学生寻找化学反应中的质量比例关系，如“分子与原子之间”、“原子与原子之间”、“元素与物质之间”等等，最终利用元素守恒从多角度寻找正确的质量比例关系，解决有关实际问题，这是形成“元素守恒”认知水平中的高级水平。

这种“宏观一微观一宏观”认识过程培养了学生从宏微观多角度理解化学变化的意识和能力，也培养了“作为化学学科核心素养的关键能力”所包含的化学信息能力（包括对化学物质及其变化信息初步的识别、收集、结构化、计算、变换、推理、应用能力等）和化学学习能力（包括宏微结合、分类研究等化学认知策略及能力、自主与合作学习能力等）。初中阶段守恒观的构建，也为学生进入高中阶段进一步学习原子守恒、元素守恒、电荷守恒、电子得失守恒和能量守恒等奠定了坚实的基础。

3教学中应注意的问题

3.1突出基本观念，不游离课标

初中生守恒观的构建要以《课程标准》为准绳。既要注意与高中内容的衔接，更要注意与高中学习要求的区别；既要突出基本观念的形成，也要关注学生的持续发展。教学中情境的设置、问题的设计、教学资源的开发、评价方式的选择等要与学生的认知结构相结合，不可游离在《课程标准》之外。

3.2放大学习过程，不急功近利

初中生守恒观的构建需要学生主动建构。教学中要对相关难点进行细化处理，增加學习材料或连续问题，供学生交流讨论，适当延长学习时间，把难点突破的过程放大。在这方面教师要有耐心，要“等待”，不能“急功近利”，不宜将教师理解的技巧和梳理的要点直接呈现给学生，要耐心帮助学生理解与建构，把握突破难点的最佳时机。

3.3做出整体规划，不一步到位

初中生守恒观的构建过程也是学生持续进步的过程。教学中应结合学生的已有经验，针对学生科学素养发展的不同阶段，对教学单元、教学内容做出整体规划，科学设置单元或课时教学目标，注意新授课与复习课的区别、单一角度认识与多角度认识的区别，把握循序渐进要求，化解相关难点，不要幻想“一步到位”式的教学内容或教学设计，不增加学生认知上的障碍。

3.4控制试题难度，不超越基础

初中生守恒观的构建需要保护学生的学习积极性。建立了守恒观以后，应用的难点往往是在化学计算中，编制联系实际的化学计算试题时，要根据“课程内容”控制试题难度，不要超越学生的知识基础，要考虑知识内容的深广度，不能拔高要求，防止学生面对化学计算时产生畏惧心理，挫伤他们的学习积极性。

总之，初中阶段守恒观的构建是一个循序渐进的过程，需要我们以“质量守恒定律”主题教学为核心，整体规划教学目标和内容，有效把握学生的认识进阶，努力帮助学生解决好相关的思维转换，精心设计教学内容，组织有效的学习活动。这样，就能促进学生形成“化学变化过程中元素不变”的观念，提高学生分析和解决问题的能力。endprint