作者：魏锐    文章来源：本站原创    点击数：    更新时间：2007-1-19

                追求一致性，但也要充分利用差异的学习价值和教学功能。

    新一轮基础教育课程改革强调课程内容应当具有时代性，即课程所传递的知识和方法要反映科学的核心基础和研究前沿，要对科学发展和学生成长具有重要的促进作用。如何体现课程的时代性，如何处理时代性和基础性的关系，需要我们深入研读科学的发展历程和最新进展，对教学内容和教学过程作批判性的思考。

　　纵观化学发展的进程，拉瓦锡以及他发现的“质量守恒定律”对于指导科学的定量实验研究、推翻燃素说的统治地位以及建立科学的化学反应理论和元素观无疑起着非常基础和核心的作用，使近代科学革命在化学领域取得了一场划时代的胜利。在化学反应前后质量是否守恒这一命题的证实过程中所蕴含的实验方法和实验思想尤其为化学教育工作者所看重，由此将质量守恒定律作为基本的概念原理纳入初中化学教学体系具有重要的方法教育价值。

　　不过从科学演进的过程和科学教育的时代性来审视，不禁使我们有如下疑问：质量守恒定律提出的时代背景与今日之科技背景有什么差异？在18世纪举足轻重的质量守恒定律对于今天科学研究到底起何作用？从学生的情况来看，21世纪的青少年具有怎样的知识背景？学生的学习过程不同于科学家的研究过程，如何组织学生的探究活动？质量守恒定律的功能、价值和教学处理都需要我们重新审视和思考。

　　18世纪中期，人们对于化学反应的经验和认识非常有限，“燃素说”一直占统治地位，他们认为可燃物能够燃烧是因为其中含有燃素，在燃烧的过程中燃素从可燃物中飞散出来，与空气结合，从而发光发热，产生了火。在这种情况下，很多实验的结论难以解释，比如木炭燃烧剩余少量灰烬质量减少，而金属燃烧质量却会增加，以至于燃素的概念“十分不确定，有时是有重量，有时又没有重量；有时它是自由之火，有时它与土素相化合成火；有时说它能通过容器壁的微孔，有时又说它不能透过”。另外，人们对于元素的认识也很模糊，如认为水是一种元素，在长期加热的情况下会变为土；空气的组成当时也不十分清楚；科学的原子论还没有确立。

　　我们再转过头看看今天的学生：小学毕业就知道了空气主要成分是氮气和氧气，燃烧是可燃物与氧气反应的结果，木炭燃烧和呼吸作用都会生成二氧化碳气体。再考察质量守恒定律在教材中所处的位置，学生通过学习已经知道物质由原子构成，原子分为电子和原子核，原子核又可分为质子和中子，甚至还能说出夸克、介子、中微子等名词；学生还明确原子是化学反应的最小单位，即在化学变化过程中原子的种类和数目都不发生改变。从知识背景上讲，今天的学生可以与拉瓦锡时代的任何一个科学家媲美，既然学生已经能够从原子种类和数目的不变性对化学反应进行分析，质量守恒也就成了一个简单推理的命题。所以我们的教学过程、探究活动不能盲目地、单纯地重复历史上的实验活动，这样的问题对于学生也不具备很强的驱动作用。教学可以有新的切入点，可以引发新的问题，在一个新的平台上进行假设和预测，例如敞口反应体系与密闭反应体系的差异，气球膨胀改变浮力对称量结果的影响，等等。

　　在教学的过程中，我们发现不少学生提出疑问：化学反应的质量守恒定律跟爱因斯坦的质能关系式有什么区别和联系。这是一个非常有价值的问题，也反映出学生的视野十分开阔、思维相当活跃。这种好奇、联想和质疑正是科学精神的一种体现。那么在实验过程中，反应前后质量是否相等呢？1905年爱因斯坦的一个假设给出了否定的答案。爱因斯坦的质能关系式（E＝mc2或ΔE＝Δmc2）告诉我们，任何伴随有能量变化的过程都伴随有相应的质量变化；如果反应体系向外释放能量，则反应体系的静止质量减小。比如我们熟悉的核反应，在核反应发生之后，由于核燃料的“质量亏损”，释放出巨大的能量。体系释放的能量被环境吸收，从而引起环境的质量增大，这样从整体上来讲，质量是守恒的。其他的变化过程也是如此，例如1kg100℃的开水冷却到0℃，由于向环境释放能量，水的静质量会减小4.67×10－9g；1节干电池电量耗尽后质量减小约10－11g；化学反应2NaOH＋CuSO4=Cu(OH)2↓+Na2SO4,如果生成1mol的Cu(OH)2，“质量亏损”约为10－10g。相对于核反应，这些过程的静止质量的亏损实在是太小了，以致于最精密的仪器都无法测量，因此对于除核反应之外的变化过程，我们不考虑其“质量亏损”。这就是拉瓦锡发现质量守恒定律之后，再没有一个化学家在实验室里发现任何一个反例的原因。严格地讲，反应体系的质量是不守恒的，考虑到这一原因，我们应该说在反应前后没有可检测的质量变化。不过爱因斯坦质能关系是否适用于解释一般变化（非核反应）中的“质量亏损”还存在争议，我们把它作为一个新的分析视角留给学生和各位读者评判。我想，我们的科学教育应该告诉学生：今日之科学已经取得的成果、存在的问题、争议以及科学发展的趋势。理论的不完善和遇到的问题是科学发展的动力和源泉，这也正是科学教育的魅力所在。教学应该具有开放性和发展性，把书本当作“圣经”必然会扼杀学生的创造力。

　　科学教育的时代性不等于简单添加一些科学前沿的成果，它意味着一种意识、一种观念，是对传统教育内容的批判性反思，是科学知识和方法在教学过程中的重新建构，是对科学演进的历史和现状的解读和阐释。这不仅是对课程和教材设计的更高要求，也是对教师教学创造活动的新挑战。(北京师范大学化学学院博士/魏锐)