证据推理让教学回归本真

沈兆刚

摘要： “质量守恒定律”（即化学反应中的质量关系）是一个比较重要的课例。在检视知网已有文献和品读沪教版教材的基础上，尝试建立“基于证据”的教学流程并进行教学实践。通过教学与反思，认识到基于证据的教学设计可以使教学回归本真，有利于帮助学生建构“变化观”、“守恒观”、“科学本质观”等化学基本观念，对形成特有的“基于证据”、“宏微符”的思维方式有重要作用。

关键词： 质量关系； 基于证据； 质量守恒定律； 化学教学

文章编号： 10056629（2018）10004506中图分类号： G633.8文献标识码： B

1常见教学设计分析

质量守恒定律（即化学反应中的质量关系）是一个比较重要的课例，笔者检索知网中的相关文献，认为常见的教学模式主要有三种，见表1。

三种模式的演进与教师教学理念的更新是同步的，它导致教学活动发生了如下的变化： （1）教与学的关系变了，从关注怎么教到关注怎么学，做到了以学定教。（2）课堂的主角变了，从教师转变为学生，教师主导作用逐渐不着痕迹，而学生的主体地位凸显。（3）研究对象也拓展了，从探究物质的变化规律到“化学家”的参与，不仅师生互动、生生互动，而且与化学家“互动”，情感体验大大增强，能够帮助学生养成勤于思考、敢于质疑、严谨求实、执着坚毅等品格。

科学探究是一种高效的学习方式，它对应着科学知识的产生过程，已经成为化学课程改革的重点突破口。但是，在教学实践中我们有时会过于注重形式，使教学程式化。如果能抓住问题研究的起点，基于证据组织教学，教学过程“自然而然”，学生则会主动探究，全心投入学习。

2从核心素养培养的视角品读教材

教育部发布的学生发展核心素养明确指出，学生要掌握必备的“文化基础”。“文化基础”部分明确指出要帮助学生形成理性思维，其中重点之一是尊重事实和证据，有实证意识和研究的求知态度。证据推理和模型认知是化学特有的思维方法，是化学学科核心素养的内容之一。以此品读沪教版教材第4章第2单元，可以发现以下的变化。

2.1教学单元重新调整

“质量守恒定律”的内容一般分三部分： 一是质量守恒定律，二是化学变化的表示方法，三是化学变化中的定量计算。而沪教版教材编写思路已经发生了较大的改变，第4章第2单元仅相当于第一部分，突出了化学反应中质量关系的重要性。从教学实践看，单元设置更合理，容易操作。

2.2题目修改独具匠心

“质量守恒定律”或者“定量认识化学变化”中的第一单元“质量守恒定律”，是一种结论式判断。这个标题的出现，已经让这节课的活动探究变得毫无悬念，探究实验也因此变成了验证性实验。教学的流程大体是构建质量守恒观，然后就是质量守恒定律的应用。“化学反应中的质量关系”则不同，它是一种陈述式，说明本课的研究对象是化学反应中的质量关系。读了这个标题，令人不禁会产生这样的疑问： 化学反应中的质量存在着什么样的关系？这样教材就改变了原来的编写逻辑： 从探究过程的体验到基于证据的推理。随之，教学活动也变成了自我驱动的问题解决模式。

2.3史料呈现方式不同

以往教材的编写暗含着质量守恒定律的发现史，尽量做到化学史与学生实验探究的有机融合，但是不少的化学史料都放在拓展视野部分，教学实践中往往可能会被忽视。而沪教版教材则如此处理，从火柴燃烧引起的固体质量减小，到加热金属后固体质量增加，最后到质量守恒定律的发现，化学史融入到了实验探究的“收集证据”环节之中。这样的好处是，借助于对学生有挑战性的科学问题解决，使科学教学过程成为科学活动的“简约复演”，从而在与科学大师的思想和精神的交流之中、在教师与学生的互动之中、在自然与社会的生动情境之中进行科学教学，学生在这一过程中也就成为活动的主体和发现者[4]。

基于以上分析，筆者选择“基于证据”的核心素养作为本节课的重要教学目标之一。

3基于证据的教学过程设计

3.1基于证据的教学模式

传统教学存在“功利性”倾向。先通过1～2个教师演示实验来“验证”质量守恒定律（甚至可能以讲代做），后对质量守恒定律的要点进行解读，接着再从微观角度进行解释，最后重点介绍质量守恒定律在“解题”中的应用，教学模式如图1所示。

沪教版教材的编写，则采用了基于证据的模式，该模式是以关注学习起点、培养学生学习能力为价值取向的。根据标题我们可以提出“化学反应中的质量存在着什么样的关系”这个问题。然后寻找证据，从生活中寻找，到实验中探究，通过不完全归纳推理发现质量守恒定律。为了使实验结论更加可靠，我们还要建立证据和结论之间的逻辑关系，微观模拟图可以做出合理的解释，这也作为了一种证据。由于这个证据，使得质量守恒定律成为一个较为可靠的结论，其教学模式如图2所示。基于证据的教学模式往往使化学学习合乎逻辑且有实效。

图2基于证据的教学模式

对基于证据的教学而言，证据的收集尤为重要。一般情况下，教材的编写者基本上已经为我们遴选了可行的实验，它们操作简单、现象明显，可以分组进行实验探究，达到了学习所需要的基本要求。我们可以补充一些个性化的证据，比如学生的生活经验，引起学生的共鸣，让学生感受到化学的实用性。有时我们也可以向学生介绍一些教师经历的“证据”，比如旅游中碰到的化学知识、影视中的化学元素等。这样的化学学习往往带有趣味性且很有意义。

基于证据的教学不能仅仅止于证据，而应该引导学生进行合情合理的推断，产生新的结论，否则一无所获。教师有必要跟学生简单介绍一些逻辑推理的方法，注意不完全归纳和完全归纳的区别，不完全归纳与科学归纳的区别等。这样学生就可以透过现象去探究本质规律。所以，基于证据的推理使得学生的学习思维充满了张力，这样的化学学习有挑战、有魅力。

3.2基于证据的教学过程

3.2.1引入新课

[师]同學们，我们已经知道化学变化中发生了质的变化，我们今天主要研究化学反应中的质量关系（板书课题）。

3.2.2交流讨论

3.2.3活动探究

[师]刚才我们研究的对象都是固体的质量，生活经验和实验现象的这些证据告诉我们发现有的减少了，有的增加了。那时，我们对空气成分还不太清楚。现在，我们知道氧气、二氧化碳等气体。你能对固体质量发生的变化进行解释吗？

[生]木炭与氧气反应后，生成了二氧化碳气体，所以固体质量减少。加热铜粉的过程中氧气参与了反应，生成了氧化铜，所以固体质量增加了。

[师]观察我们刚才写的几个表达式，我们可不可以转移研究的视角，找出其他的质量关系？

[生]研究反应前各物质的质量总和和反应后的各物质的质量总和的关系。

[师]质量关系无非是三种： 大于、等于或者小于。你能直觉地猜一猜它们是什么关系吗？

[生]等于。

[师]拉瓦锡跟大家一样，我们来看看他的梦想。

[PPT]播放拉瓦锡的梦想视频。（截取自央视记录频道的“改变世界的方程式1”）

[师]要验证拉瓦锡的猜想，像波义耳那样的实验装置能不能完成呢？

[生]不能，因为有氧气参加反应，所以应该将装置密封起来。

[师]如果有气体生成的反应，需不需要将装置密封起来？

[生]需要。

[PPT]对比波义耳与拉瓦锡的实验装置图。图HHQ53

[生]完成3个实验并记录下表：

（1） 在试管中放一些铜粉，用带有注射器的橡皮塞塞紧试管。加热前的密封装置=g，加热以后的质量=g。结合前面书写的表达式可以知道。

（2） 硫酸铜溶液与氢氧化钠溶液反应前的装置总质量=g，硫酸铜溶液与氢氧化钠溶液反应后的装置总质量=g，根据教材提供的表达式，你可以找出该反应中的质量关系为。

（3） 碳酸钙与盐酸反应前的装置总质量=g，反应后的装置总质量=g，结合所学的知识，你可以找出该反应中的质量关系为。

[师]请画出反应前后物质的质量总和与反应时间的关系。

3.2.4交流讨论

[师]刚才的几个实验，我们得出了“参加反应的各物质的质量总和等于生成的各物质的质量总和”的结论。我们用的是归纳法，事实证据如此。但是，我们是不可能完全穷举的。它的结论是否一定正确呢？我们还需要一个解释，如果能证明这个结论是正确的，那这个结论的可靠性就大大增强了。

[PPT]展示镁带燃烧的微观模拟图。

[师]你能从分子、原子的层次对质量守恒定律作出解释吗？

[生]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。所以，刚才的结论是可靠的。

3.2.5师生总结

[师]让我们回顾一下质量守恒定律的发现过程。

无数实验证明，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。这个规律叫做质量守恒定律（law of conservation of mass）。

3.2.6练习实践

1 镁带在耐高温的容器中（内含氧气）密封加热，下图能正确表示容器里所盛的物质总质量变化的是（）

2 用质量守恒定律解释下列现象：

（1） 加热高锰酸钾，固体质量为什么减小了？

（2） 铁丝燃烧后，固体质量为什么增加了？

3 某物质在空气中燃烧，生成水和二氧化硫，则该物质中一定含有、元素，可能含有元素。

4 将一定质量的a、 b、 c、 d四种物质放入一密闭容器中，在一定条件下反应一段时间后，测得反应后各物质的质量如下，试完成下面问题。

物质abcd

反应前质量（g）6.43.24.00.5

反应后质量（g）待测2.567.20.5

（1） 待测的质量=。

（2） a是（填“反应物”、“生成物”或者“催化剂”，下同），b是，c是，d（填“一定”或者“可能”）催化剂。

4教学反思——让教学回归本真

4.1把“证据为本”作为教学的基点

全视角学习理论认为，学习本身具有情境性。我们生活环境就是一个复杂、真实、开放的情境。有的是自己亲身经历的，有的是通过其他途径获得的，课堂上创建这些情境可以唤醒他们尘封的记忆。但是人有局限性，教师可以呈现各种各样的证据，丰富学生的情境经历，拓展学生的视野，提升学生的学习兴趣。本课就是试图创建一个跨越几百年的情境，围绕着化学反应中的质量关系进行探究，让学生感觉到课上所碰到的问题确实是自己真实需要解决的，学生本身就处在这个情境之中，所以学生很感兴趣。

本课所有活动都基于证据进行。本节课先是回忆证据——在生活经验中寻找有用的证据。通过木炭、石蜡燃烧这些事实引导学生讨论反应中的质量关系，学生发现固体质量减少了。教师追问： 反应中固体质量是不是都减少呢？帮助学生补充证据——从“金属加热”的实验寻找证据，修正结论。再向学生分享化学史实中的证据。最后师生一起寻找微观证据，发现质量守恒定律。“证据为本”的教学活动序列清晰，逻辑清楚，符合学生认知水平，学生学起来很轻松。

4.2引导学生推理求真

在呈现证据以后，不少教师就急于告知结论，然后再通过大量的练习去巩固、消化、应用这个结论。其出发点主要还是想在考试中提高文化成绩，但是这样做往往事与愿违。苏霍姆林斯基认为，在人的心灵中，都有一种根深蒂固的需要，这就是希望感到自己是一个发现者、研究者、探索者，这种需要之于学生尤为强烈[5]。发展学生的核心素养与提高文化成绩并不矛盾，抓住学生的心是发展核心素养的前提。

华东师范大学陆有铨教授在扬州新課程学术论坛中提出，“不压制就是创新”。这就启示我们在课堂上增加空间，给学生减压，甚至负压。这样，在证据面前学生就会主导地与证据对话，自动地进行联想、生发，与同学充分地交流，在思维上碰撞出火花。本节课中，学生从生活经验和探究实验出发，积极主动地合情推理，最终建立了“守恒观”。

苏格拉底说，“教育不是灌输，而是点燃火焰”。在同别人谈话、辩论、讨论问题的时候，他先装作一无所知的样子，把问题提出来向别人请教。通过多次启发，诱导别人把他的观点说出来。教学中，学生不能顺利解决问题或者偏离方向的时候，教师应该学习苏格拉底的做法。在本课中，限于生活经验，学生容易得出可燃物燃烧过程中固体质量减少的结论。此时，教师引导学生寻找新的证据，提供了仪器和药品，让学生自己在实验中寻找新证据，推出新结论。当发现加热金属后固体质量增加了以后，学生接受了新事实，产生了新判断。此时，可以引导学生转移研究视角，研究物质总质量的关系。基于实验等证据，学生容易推理出质量守恒定律的结论。找到事实证据以后，教师再引导学生分析，找到宏观事实与结论之间的微观解释，最终使得这个结论深入人心。

基于证据的教学让教师本真教学，学生本色在场。从教学效果看，教学模式简洁，符合学生认知水平，既有效建构了“变化观”、“守恒观”、“科学本质观”等化学基本观念，又帮助学生形成了“基于证据的推理”、“宏微符”的学科思维方式。从表现评价看，学生很喜欢这样的课堂，开心地期待下一次“基于证据”的学习。

参考文献：

[1]王震宁.运用“任务驱动”法进行“质量守恒定律”“教学设计”[J].化学教学， 2011，（2）： 32～34.

[2]王宪德.“质量守恒定律”活动与探究课的设计[J].化学教学， 2012，（10）： 36～38.

[3]吴琼英.化学史融入探究教学的实践与思考——以质量守恒定律为例[J].中学化学教学参考， 2017，（10）： 20～22.

[4]孟献华，倪娟.科学史教育中的学科立场与实践取向[J].化学教学， 2016，（4）： 23.

[5]苏霍姆林斯基著.杜殿坤编译.给教师的100条建议[M].北京： 教育科学出版社，1984（2015.8重印）： 63.