化学教学应讲“理”

摘 要：化学是一门“理科”，教学时应讲“理”。基于化学学科的特征，教学时应做到：从微观析“理”、借证据推“理”、用探究寻“理”、从客观评“理”。

关键词：微观；证据；实验；探究

化学是一门以实验为基础的自然学科，同时也是一门“理科”。化学教学应讲“理”，这里的“理”包括化学学科的核心知识，化学学科的思想方法、观念，化学学科的关键能力，化学学科的价值等。基于化学学科特征，教学讲“理”的过程必然注重逻辑、方法和证據，笔者结合日常教学实践，谈谈化学教学应如何讲“理”。

一、从微观析“理”

微观是化学认识宏观物质世界的一种独特方式。义务教育初中化学教材提出，化学是在分子、原子层次上研究物质的组成、结构、性质以及变化规律的科学。这里的“分子、原子”便指“微观”。教材在第三单元便提出“分子、原子、离子”，学生开始从微观的角度认识常见的物质。

（一）从微观的角度认识宏观物质的变化之理

研究物质的变化贯穿在初中化学的始末，在开始阶段，研究变化只停留在物质种类的变化层面，初中生学完分子、原子之后，教学时应有意识地引导学生从微观来认识物质的变化，揭示出化学变化的微观本质，体现了由感性走向理性、由表及里的认知顺序。

学生用肉眼可观察物质间发生化学变化时所伴随的明显现象，在现象背后，教师需引导学生透过现象分析微观本质。如：分子构成的物质在化学变化时，分子可分裂成原子，原子再重组。电解水是解释这一变化之理的经典事例，教师演示宏观的电解水实验，学生可观察到两端产生气泡，那为什么会有气泡呢？如何从微观进行解释呢？突破其本质的策略是通过微观动画视频，展示水分子中氢、氧原子分裂并重组的过程，让肉眼看不见微观的过程，借用于媒体技术，呈现在学生眼前（如图1）。这样处理的原因是对微观世界的认识需要依靠学生的想象力，需要生动、形象、直观的载体[1]28，并在此学习的基础上，再让学生运用粒子符号表达该反应。学生一目了然其变化之理，对宏观、微观、符号三者结合的思维方式进行了自然建构。

随着离子的出现，化学变化的微观实质逐渐地走向丰富和完善。涉及溶液中的反应时，教者需引导学生从离子角度介入分析其反应实质，即产生新粒子的过程。如教学铁与硫酸铜溶液的反应需分三个阶段实施，首次出现在第五单元中，从宏观角度借助实验判断反应前后的物质总质量相等；第二次出现在第八单元，仍基于宏观，观察现象证明铁的金属活动性强于铜；第三次是在酸、碱、盐的性质学习之后，学生已有解离的认知基础，教师才适宜从微观角度来解析此变化实质：铁原子失去两个电子给铜离子，从而生成的新粒子是亚铁离子和铜原子（见图2）。

从微观的角度认识宏观物质的变化之理需要关注“序”，即教学中要实现学科知识的逻辑顺序、学生的认知顺序和心理发展顺序的三序结合[2]，只有将这三种顺序加以考虑，化学教学才能体现理科讲“理”的过程。

（二）从微观的角度来解析宏观物质的性质之理

初中生学习物质，重点是学习物质的物理性质和化学性质，教材在描述物质的性质时是从宏观角度来阐述的，这符合学生的认知特点。从宏观走向微观，物质的微观结构决定了物质的性质，这样的学科思想在教学中必须对学生进行渗透和解析。同时，通过教学必须能形成“物质结构决定物质性质”的观念，能从物质结构和性质相联系、宏观与微观相结合的视角解决相关化学问题[3]。初中生需掌握以下系列的结构决定性质的具体表达（见表1）。

化学学科特征决定了贯穿中学化学课程教学始终的一项重要任务，就是培养中学生从微观角度思考宏观现象的思维习惯[1]26。通过类似的教学，学生能否从微粒角度看待物质及其变化，关键是看学生能否把“物质的宏观性质与变化是由构成物质的微粒所决定的”这一核心内容作为自己的认识工具、一种分析问题和解决问题的思路和方法[4]。只有反复将宏观认识和微观理解不断交替进行体验，学生才能在新情境中独立解决问题。

二、借证据推“理”

学习化学必须实事求是，更需要将结论的得出建立在有证据的基础上，并加以验证。证据推理是中学化学学科的关键能力之一，其部分内涵是：“能初步学会收集各种证据，对物质的性质及其变化提出可能的假设；基于证据进行分析推理，证实或证伪假设；能解释证据与结论之间的关系，确定形成科学结论所需要的证据和寻找证据的途径[5]。初中生如何获取证据以及获取途径都需要教者的启发和引导，笔者构建了基于证据推理的化学思维模式图（如图3）。

（一） 以实验为证据

著名化学家傅鹰教授说：“化学是实验的科学，只有实验才是最高法庭。”化学中的很多结论都是由实验得出的，实验的教学功能不言而喻，这里不再赘述。但初三化学的多数实验是验证型实验，这充分说明了实验是作为推理时的证据来源之一。借助实验进行推理，必然经过实验设计、观察实验现象、分析推理获得结论等活动环节。

1. 学会实验设计是关键

对于初学化学的学生来讲，独立设计实验是难点，教师应引导学生一同来设计实验，甚至可以“照方抓药”。适合于学生的，才是最合理的。如人教版初中化学上册第二单元中空气中氧气含量的得出，是以实验为证据而测得的，鉴于学生刚学习化学，设计实验与搭建装置应在教师的引导下进行，然后由教师演示或师生共同完成。随着学习的深入，教师可逐渐将实验设计权“下放”给学生。如第八单元铁的生锈教学中，在提出了铁生锈可能与氧气、水有关后，教师可让学生独立设计对比实验，并动手完成。

2. 观察现象并进行推理是核心

由现象到结论是化学中的重要推理方法。在实验中，学生认真观察现象，将现象作为直接证据，再依据逻辑关系推出结论。从这个角度来看，实验就是让学生先对科学现象获得清晰的印象，然后通过分析、归纳等科学的思维方式，抓住现象的本质，从而使学生从具体的感性认识上升到抽象的理性认识，最终形成科学概念[6]。如刚提及的空气中氧气含量的测定实验中，引导学生观察现象是核心，由大量白烟可推出瓶底水的作用，由倒吸过来的水的体积作为证据来推理空气中氧气的含量。

（二）以已有的化学概念、原理为证据

化学概念是理性知识，反映化学现象本质属性的思维形式，是化学学科中构成判断和推理的要素，是化学原理和规律的推理和论证的根据[7]。化学中的很多概念、原理是建立在原概念基础上不断衍生和发展的（见图4），先前学过的概念、原理将作为推理时的一种证据，不断地出现在后续的推理之中。

如判断“质子数相同的粒子一定属于同种元素”是否正确的教学中，笔者发现学生推理时有障碍的原因是没有将已有的概念及原理作为有力的证据。学生只关注了“质子数相同”和“同种元素”两个概念，而忽略了“粒子”这一概念的内涵，它应包括分子、原子、离子等；同时也没有理清这句话的逻辑关系，即“同种元素”是结论，那什么是证据呢？证据是氢分子（H2）、氦原子（He）的质子数相同，但不是同种元素。由此发展成新结论是：质子数相同的粒子不一定属于同种元素。

（三）以生活经验为证据

经验包括实践得来的各种知识与技能、方法、情感体验，也指“人的亲身经历”。生活经验是事实性的证据，而化学又与生活紧密相联，恩格斯曾说：“化学既是关于自然的科学，又是关于人的科学。”人类在认识世界的过程中，不断地从生活中获取营养来丰富化学的学科知识，同时，化学的发展也使人类的生活更加绚丽多彩。教学中，笔者发现以学生的生活经验为证据，进而推理得出结论时，学生表现出很大的兴趣，这样的处理策略实现了将学生自身的生活经验、情感体验与知识的形成过程相融合的目的，达到较好的教学效果。如“燃烧和灭火”的教学时，笔者为了引出灭火的原理，设计了基于学生生活经验的问题，生活中熄灭蜡烛用到了下列方法： ①用嘴吹灭火，原理是什么？②用杯子盖住灭火，原理是什么？③用剪刀剪去灯芯可以灭火，原理是什么？

三、用探究尋“理”

探究是指研究者在不知晓结果的前提下，通过自己的猜想、实验、分析研究得出结论，从而形成科学概念的一种认知活动。化学上很多定律、原理都是科学家用探究法获取的，探究法让我们揭开未知世界的奥秘。教学中采用一讲一听的单一课堂模式，是无法培养学生发现问题、解决问题、寻找化学规律的能力的。学生有了一定的化学知识积累后，教师要舍得花时间采用探究法来引导学生主动获取知识与技能，达到“授人以渔”的目的。

（一）实验探究寻“理”

实验是探究的重要手段之一，是人们认识和研究物质的一种科学方法，是人们根据研究的对象和研究的目的有计划地实施探究性实践活动的过程。化学发展的历史也充分证明：化学的任何一项重大突破，无一例外地是经过化学实验而取得的。教学中，学生不仅可从教材设置的实验探究活动中来获取新知，也可针对教学中的“意外”进行探究寻“理”。

在一次实验活动中，有几个小组在配制的NaOH溶液中滴入几滴酚酞试液时，出现了与课本中不同的现象：酚酞先变红，后变为无色。笔者立即意识到这是宝贵的探究资源，组织学生组内交流得出下列猜想：①可能是酚酞溶液与空气中的氧气反应，使红色消失；②可能是氢氧化钠溶液与空气中的二氧化碳反应，使红色消失；③可能是这几组同学用的酚酞变质。根据猜想，学生设计出实验：①取这几个小组配制的氢氧化钠溶液加热，并在液面上方滴植物油，然后在冷却后的下方溶液中滴入酚酞溶液。②用试管取一定量的Na2CO3溶液，在其中滴入酚酞溶液。③取其他组（无异常情况）用的氢氧化钠溶液，在其中滴入几滴此酚酞溶液。实验现象为：①中酚酞先变红，后红色消失；②中溶液呈现红色；③中酚酞溶液呈红色。实验现象否定了上述3个猜想。学生情绪低落，为“挽救”这场探究，笔者引导他们从氢氧化钠溶液浓度的角度进行猜想，并设计方案：做对比实验，取有异常小组的氢氧化钠溶液少量，加水稀释后，再滴入几滴酚酞溶液。实验后发现酚酞溶液变成红色，红色不褪去[8]。当实验被用作探究性学习的途径时，化学实验的创造性和探究性便会充分地显示出来，学生在实验中积极地动脑动手，体验像科学家那样探究寻“理”的过程，并获得探究的乐趣和成功的喜悦[9]。

（二）理论探究寻“理”

探究不一定要做实验，做实验不一定在探究。初中化学探究活动是多元的，除实验探究外，还有史料探究、查阅资料、调查访问等形式。而理论探究是相对于实践而言的，即基于化学原理、定律、概念进行的推理及证明，理论探究是实验探究的补充形式。

笔者应内蒙古乌海市教师培训中心之邀，执教了人教版第五单元课题1“质量守恒定律”第1课时的公开课，设计的核心环节之一是采用理论探究寻“理”法，推理出质量守恒定律。环节1：实验感知。借助于3个实验（图5、图6、图7），反应后称得的总质量与反应前称得的总质量相比，分别是等于、小于和大于，三种情况引发学生的认知冲突。环节2：微观探析（理论层面）。学生从氢气在氧气中燃烧的微观粒子图分析出，原子的种类、数目、质量不变，元素的种类与质量不变，从而推知化学反应前后的所有物质总质量必相等。环节3：宏观辨识。从宏观物质的角度分析图6、图7称得的质量前后不相等的原因。

原子论、分子学说是在拉瓦锡等科学家提出质量守恒定律之后，从化学史来看，质量守恒定律的发现为原子论的提出打下了基础。但化学史的发展顺序并不等同于学生的认知顺序，初中生在学习质量守恒定律前已学过分子、原子的基本理论，借助微观理论可寻知反应物总质量等于生成物总质量是必然的。环节2采用了理论探究法，由分子、原子的基本理论探究出质量守恒定律的存在，突破了由实验推出理论定律的传统束缚，这样的处理策略对初中生既具有挑战性，又指出另一种寻“理”的路径。

四、从客观评“理”

（一） 客观评价化学惹的“祸”

瘦肉精、地沟油、三聚氰胺、苏丹红、新型合成毒品等害人物质的出现给化学抹了黑、惹了祸，以至于电视中出现“我们恨化学”这些不明事理的广告。“冤！”化学的发展本身并没有错误与过失，化学已经让我们的生活绚丽多彩！初中生面对化学，充满着好奇，教师需借助课堂从事件的本质出发为化学评“理”，揭开事实真相：科学本身没有好坏、善恶之争，关键在于它们掌握在什么人手里[10]。人是关键，做这些坏事的人都是掌握了化学知识和技能的人，单从化学知识、技能和能力来看，他们大多可算是化学“学科素养”高的“优等生”[11]。这对启蒙阶段的化学教学起到了警示作用，即不仅要为化学评“理”，也要在教学中立德树人，引导学生建立学好化学的信心，为人类造福！

（二） 客观评价化学史中的“遗憾”

傅鹰曾说：“化学给人以知识，而化学史给人以智慧。”化学家探索物质世界奥秘的过程是艰辛的，任何一个科学发现必包含着他们在漫长道路上的无数次失败和挫折，留下诸多“遗憾”。这些“遗憾”由于受到权威的束缚、实验条件的限制、科学技术的现状等因素影响，往往具有时代性，但这些遗憾给后人以启迪和智慧，也会让后人站在他们的“肩膀”上继续深入研究，不断修正前人的观点，直至发现真理。

学生在学习化学史时，往往只欣赏和赞叹化学史中的“成功”，却很少客观评价化学史中的“遗憾”。因此，教师应正确引导学生评价化学史中的“失败”和“不足”。在“质量守恒定律”的教学中，笔者增加了这样的教学情景：1673年，英国化学家波义耳在一个容器中加热金属，结果发现反应后质量增加了。波義耳为什么会与质量守恒定律擦肩而过呢？ 学生从中分析出即使是伟大的科学家也会犯研究方法（反应体系、装置设计）上的错误，与真理失之交臂！方法对科学研究显得尤为重要。在“空气成分的发现史”教学中，拉瓦锡摆脱了传统错误理论（燃素说）的束缚，尊重实验事实，得出氧气约占空气总体积的五分之一，且空气是由氮气和氧气组成的观点。尽管部分观点不科学，但教学中应指出：这在当时是一个了不起的发现，也为后人科学全面探究空气成分奠定了一定的认知基础。

综上所述，讲“理”的化学教学会使我们的课堂充满理性，也会使学生的逻辑思考能力、推理能力、探究能力、质疑批判能力得到不断的提升。

参考文献：

[1]胡巢生.教材微粒观建构方式的分析与启示[J].化学教学，2003（8）.

[2]胡久华，王磊.初中化学教学策略[M].北京：北京师范大学出版社，2012：52-62.

[3]吴星.对高中化学核心素养的认识[J].化学教学，2017（5）：3-7.

[4]何彩霞.从微粒角度认识物质及其变化[J].教学仪器与实验，2013（1）：7-11.

[5]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准[M].北京：人民教育出版社，2017：3-5.

[6] 宋华强.从现象到结论——实验中隐含的科学思维方法探微[J].教学月刊·中学版，2009（10）：56-58.

[7]田长明.初中化学定义性概念教学的策略与现状[J].中学化学，2016（4）：7-8.

[8]徐新峰.意外成就精彩[J].江苏教育（中学教学版），2014（10）：69.

[9]吴星，等著.化学新课程中的科学探究[M].北京：高等教育出版社，2003：200-204.

[10]严四清.有效利用化学史故事，培育学生的核心素养[J].江苏教育研究，2017（4）：39-41.

[11]吴俊明.初中化学育人与观念渗透[J].化学教学，2017（2）：8-15.