初中化学“质量守恒定律”的化学史教学设计及实践研究

引言

质量守恒定律是初中化学定量研究的基础，但学生往往因缺乏对定律历史背景的理解，仅机械记忆结论而难以灵活应用。化学史蕴含着科学家探索真理的思维过程与方法，将其融入教学可帮助学生理解科学知识的动态生成性。本研究以“质量守恒定律”为载体，通过重构化学史教学框架，设计“历史情境—实验探究—微观解释—生活应用”四阶任务链，实现从“历史经验”到“科学认知”的转化。

一、化学史视角下质量守恒定律的认知演进

质量守恒定律的建立经历了从“定性描述”到“定量验证”的跨越，其发展史可划分为三个阶段：

17 世纪，波义耳在密闭容器中燃烧金属后发现质量增加，但因未排除空气浮力干扰，错误归因于“火微粒”吸收。其实验装置存在缺陷：未完全隔绝外界环境，导致称量结果受空气流动影响。这一案例揭示了早期科学探索的局限性，也为后续实验设计提供了改进方向。

18 世纪，罗蒙诺索夫通过锡与盐酸反应的密闭实验，首次提出“参加反应的物质质量总和等于生成物质量总和”。他改进实验装置，在玻璃瓶内完成反应并密封称量，避免了物质逸散。这一设计体现了“控制变量”的科学思维，为质量守恒定律的验证奠定了方法论基础。

拉瓦锡通过汞与氧气加热、氧化汞分解的双实验，从正反两方向验证质量守恒。他使用精密天平记录反应前后物质质量，并强调“实验需在密闭容器中进行”。其研究不仅确立了定律的科学地位，更推动了化学从“定性”向“定量”的转型。

二、基于化学史的教学设计实践

以“历史情境复现—实验对比探究—微观模型建构”为主线，设计三阶任务驱动课堂：

在分组复现经典实验环节，教师为学生提供波义耳、罗蒙诺索夫、拉瓦锡的实验史料卡片，引导其以科学家视角开展探究。波义耳组在开放烧杯中加热铜片，观察到铜片由红变黑且质量增加，但称量时发现数据波动较大。经讨论，学生意识到烧杯未密封导致部分氧化铜粉末随气流逸散，同时空气中的氧气参与反应却未被计入初始质量，造成“质量增加”的假象与数据偏差。罗蒙诺索夫组在锥形瓶中密封进行铁与硫酸铜反应，铁钉表面逐渐覆盖红色铜层，反应前后称量总质量不变。学生通过对比发现，密闭体系有效防止了物质逸散与外界干扰，确保反应物与生成物质量总和相等，从而直观验证了质量守恒定律。拉瓦锡组则通过动画模拟氧化汞分解，动态呈现原子重组过程，强化了对“微观粒子守恒”的理解。

在从宏观现象深入微观解释的过程中，教师组织学生开展模型建构活动。学生们用不同颜色的磁贴分别代表铁原子、铜原子和硫酸根离子，在磁性板上模拟铁与硫酸铜的反应。他们移动磁贴，看到铁原子“替代”铜原子进入溶液，而铜原子则析出到铁钉表面，过程中原子种类与数目始终未变，直观理解了质量守恒的微观本质。随后，教师播放蜡烛燃烧的动画，展示石蜡分子分解又重组为二氧化碳和水分子，虽气体逸散看似质量减少，但碳、氢、氧原子总数恒定，帮助学生突破“分子消失”的误区，牢固树立“原子是化学变化最小粒子”的观念。

在生活化任务情境教学中，教师精心营造贴近实际的场景，巧妙搭建起化学与生活的紧密桥梁。当抛出与日常生活及工业生产相关的问题后，学生们积极投入思考与讨论。面对物质变化过程中的质量疑问，他们充分调动所学知识，深入分析现象背后的本质。有的从物质分解产物逸散的角度，解释看似质量不守恒的表象；有的运用“原子守恒”原则，从化学方程式入手，严谨推导反应中各物质的质量关系。通过全身心投入到这些真实问题的解决中，学生们逐渐认识到，质量守恒定律绝非抽象难懂的理论，而是实实在在地渗透在生活的方方面面、生产的关键环节，真切感受到化学这门学科对世界产生的巨大改变，从而在内心深处增强了对“化学改变世界”这一理念的认同感。

三、教学效果与反思

在完成基于化学史与生活情境融合的教学后，学生的认知水平实现了显著提升。课后测试结果表明，学生能够精准阐释“镁条燃烧质量增加”这一现象，他们清晰认识到镁与空气中的氧气发生反应，生成氧化镁，增加的质量正是参与反应的氧气质量，这充分体现了对质量守恒定律中反应物与生成物质量关系的深刻理解。同时面对“敞口容器中碳酸钠与盐酸反应质量减少”的情况，学生能运用定律判断其仍符合守恒原则，明白质量减少是因为生成的二氧化碳气体逸散到空气中，若将所有产物收集称量，总质量不变。此外，高达 90% 的学生反馈，通过学习科学家探索质量守恒定律的历史故事，对定律的理解更加深刻，不再局限于机械记忆，而是能从科学发展的历程中把握其本质。

在史料选择上，应增加中国科学家对质量守恒的贡献案例，如徐寿在《化学鉴原》中对定律的早期翻译，让学生了解中国在化学领域的探索与成就，增强文化自信。技术融合方面，可开发 VR 实验模拟软件，让学生“身临其境”操作拉瓦锡的实验装置，增强学习的沉浸感与趣味性。评价改革上，设计“历史探究报告”“微观模型解说视频”等多元化成果，替代传统纸笔测试，全面评估学生的科学思维能力，促进其综合素养的提升。

结束语

将化学史融入质量守恒定律教学，不仅还原了科学知识的生成过程，更通过历史情境中的“认知冲突”激发学生的探究欲望。实践表明，以“历史为线、实验为基、微观为核”的教学设计，能有效促进学生从“记忆结论”向“理解本质”的转变。未来研究可进一步探索化学史与项目式学习的深度融合，为培养具有科学精神与创新能力的时代新人提供新路径。

参考文献：

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