基于发展思维能力的论证式教学——以质量守恒定律为例

福建省三明市尤溪县教师进修学校 甘成秋

化学教育教学的目的在于促进学生掌握学科知识，理解学科本质，提升学科素养。学生通过探究化学知识产生、发展过程，增进对学科的理解。随着对学科的理解不断深入，学生会逐步掌握化学学科所蕴含的学科思想方法。因此，在化学教育教学过程中，学科知识是载体，学科理解是手段，发展学科素养是目标。

为了促进学生对化学学科的本质理解，就需要引导学生学会像科学家一样思考问题，经历知识产生过程的论证。学生能够根据已有的经验事实对化学问题做出假设，确定寻求证据的途径和方法，对获得的证据进行必要的推理、证实或证伪假设，解释证据与结论之间的关系。

质量守恒定律是初中化学教学中重要的概念，是引导学生从定性研究转向定量研究化学变化的开端，为后续学习化学提供了方法论学习价值。虽然教师经历课改，在课堂教学中能转变教学方式，转向以探究式教学为主。但是，有的时候他们却陷入机械模仿的泥沼。因此，笔者将论证教学引入其中，以达到促进学生素养提升的目的。

一、以史启智，问题导学

化学史有助于重现人类研究相关化学问题的历史背景。通过引导学生与精选的化学史课程资源对话，帮助其认识化学知识的探索历程，从中领悟化学研究过程所采用的学科思想、方法。同时，认识到化学知识的形成不是一蹴而就的，而是化学家经过不懈努力探寻科学本质的过程。帮助学生树立勇于质疑、探索、创新的科学品质。

人类历史上为解决冶金工业问题，开展了大量有关燃烧现象的研究。随着对燃烧现象研究的不断深入，燃素学说应运而生。学说的基本内容是任何可燃物都具有燃素，在燃烧过程中可燃物会释放燃素，而造成可燃物质量变化。其数学表达式：可燃物-燃素=灰烬。

教师在展示燃素学说以后，让学生运用该学说解释蜡烛燃烧质量减少、镁条燃烧质量增加两种现象。学生在解释蜡烛燃烧时比较容易得出灰烬的质量比可燃物小，这是由燃素挥发造成的。但是，在解释镁条燃烧质量增加时，却遇到燃素学说对其无法进行合理解释。此时，教师可适时抛出问题：化学变化前后，反应物与生成物之间质量存在什么样的关系？说出你的依据。学生在燃素学说与两种变化质量相互矛盾的化学反应基础上，会对所认识的化学反应从量方面做出自己的选择。有些学生认为化学反应前后不相等，有些认为应该是相等。不论是哪种认识，其认识都是以学生已有的经验作为基础。较之前教师随意给出一个反应，让学生盲目猜想化学反应前后质量关系，这种教学处理更具教学智慧，让学生思维更有抓手。因此，教师在化学课堂论证教学过程中，应充分发挥化学史启迪学生思维的作用，让学生在具体、真实的情境中像科学家一样形成自己的猜想或主张，从而引导学习持续深入。

二、任务驱动，丰富证据

在学生内心深处总存在着一种内驱力，驱使学生积极探寻一些证据证实自己的猜想或主张。那何为证据？《现代汉语词典》对“证据”一词的界定是，能用于证明事物真实性的事实或材料。从这个定义出发，可以看出能作为证据使用的事实或材料应具有科学性，经得起推敲、检验；证据来源应具有可靠性，具体来源可为生活、生产事实，科研文献资料，实验数据，已被证实的定理、定律等；证据类型还应具有丰富性，在采集证据时应注意从不同的视角收集相关的材料，并使之能相互印证。为了充分验证化学反应前后的质量关系，需收集丰富、可靠的证据证实或证伪猜想或主张。

基于以上考虑，教师可引导学生从文献、实验、理论等三个方面收集可靠证据。文献证据可让学生在课前查阅与质量守恒定律相关的文献资料。但是，在课堂教学过程中，教师只能展示部分精选的文献资料。通过对这些资料分析，教会学生如何在大量文献资料中选择可靠的资料作为证据。从为解决冶金工业鼓入多少空气开始，到提出燃素学说，再到随着科学技术的进步，发现燃素学说不能解释新的现象，从而出现了氧化学说取代燃素学说，教师需从这些历史进程中，精选代表性化学家作为分析对象，分析其在前人基础上如何开展燃烧现象的研究，并发现质量守恒定律。如拉瓦锡在波义耳实验的基础上，通过改进实验装置，将开口的曲颈瓶加装一个钟罩并液封，使之成为密闭容器。两位化学家通过两种装置得出不同的结论。这些资料都是化学家真实开展的实验，可直接用作证据。

实验数据也是一种重要证据类型。在本课中，教师在分析环境与体系关系的基础上，向学生提供红磷在密闭的锥形瓶中燃烧，在敞口容器中进行铁跟硫酸铜、碳酸钠与稀盐酸反应，镁带燃烧等几组实验，通过这些实验让学生获得化学变化前后质量关系直接证据。

理论证据作为规律性证据，具有普适性，学生需在教师指导、点拨下使用。人们经过大量事实证实分子、原子是客观存在的。运用现代科学技术，部分物质的分子、原子形状以及运动方式也可被直接观察，进而再次证实分子、原子学说理论的可靠性。因此，学生在第三单元所学的分子—原子学说及其模型图也可作为理论证据使用。

三、推理求真，形成结论

《现代汉语词典》对“推理”的界定是，从一个或多个判断推出结论的思维过程。具体到化学学科时，推理就是依据化学概念、原理，化学事实，运用分析、概括、归纳等推理方式，得出结论的高级思维过程。其推理形式可分两种。一种是线性推理，可由证据直接推导出结论。另一种为循环推理，其特点是根据已有证据需做出假设，在此基础上再继续寻找新证据证实或证伪假设。若假设不成立，需重新审视原有证据，再次进行假设，找证据等程序，依此循环，直到找到新证据推出结论过程。在实际教学过程中，通常将线性推理与循环推理过程混合使用，效果才更加明显。

在本课中，学生根据蜡烛燃烧质量变化，推出化学反应前后质量会减少的假设。依据镁带燃烧质量增加，做出化学变化前后质量增加的假设。到底哪种假设成立，或两种假设都不成立，就需要重新寻找新的证据进行证实或证伪。历史上拉瓦锡将汞放入密闭的曲颈甄再加热，得出反应前后质量相等。并以此为证据，对上述两种假设进行了证伪。但要得出化学变化前后质量相等的推理过程，到此并没有结束，拉瓦锡实验只是科学探究过程中一个实例，不能确定是否存在偶然因素。为此，要证实拉瓦锡的实验，需要继续寻找其他证据。

至此，教师需引导学生分析以上三个实验装置上有何不同，运用已学的空气成分知识，对实验所得到的结论可靠性进行论证。得出有气体参加的反应需要在密闭容器中进行，方能保证得出的证据更可靠。基于这种认识，教师让学生进行教材中红磷燃烧，铁跟硫酸铜、碳酸钠与稀盐酸反应的实验。在实验的基础上，还要求学生继续分析这三个实验中哪些物质参加了反应，反应前后的质量存在什么关系。学生经过实验后，逐步建立“化学反应前后，参加反应的各物质质量总和等于生成物的质量总和”经验事实。但这只是对几组实验事实的不完全归纳，还不能作为一般性的规律运用。

因此，教师还需要以第四单元所学的“水的组成”为例，引导学生运用分子－原子知识对其进行解释，以探寻理论证据。学生运用分子－原子模型图分析水的分解或氧气和氢气生成水的过程，认识到化学变化前后原子种类、个数、质量都不变。再将这些理论证据与前述实验证据、文献证据结合起来，最后很自然地得出质量守恒这一普遍规律。

总之，论证式教学在探明化学事实本质，现象与结论之间的因果关系具有重要作用。因此，教师在教学过程中，首先，要有问题意识，能根据问题设计具有层次性、符合学生认知规律的教学活动。其次，帮助学生构建结构化的知识体系，以影响学生调用理论证据的深度、广度。最后，要唤醒学生将问题与证据进行关联，以期推理更具科学性、逻辑性。