四、讲“理”的学习让内容更丰富

下面我以一个化学概念的教学为例来谈这个问题。

“化学反应速率”是化学反应原理中的一个重要概念。“化学反应速率通常用单位时间内反应物浓度的减小或生成物浓度的增加来表示，单位表示为mol/（L·s）、mol/（L·min）、mol/（L·h）等。” 无论哪种版本的高中化学教材，都会这样简单明晰地给出“化学反应速率”的概念，以至于大家误认为反正就是个定义，你已经这样定义了，我记下来就得了。但任何概念都有其产生的背景，任何定义都有其规定的合理性，充分认识到为什么要有这个概念、为什么这么规定才是讲“理”的科学学习。

为什么要定义出“化学反应速率”的概念？

化学反应是一种变化，有变化的事情就会有快慢，快慢是“比”出来的。总不能只以“快”、“非常快”、“特别快”这些词来比吧，因此要定量化。这些看似与化学离得很远的讨论也不是无病呻吟，人们在科学世界中建立起的“速率”概念正是源自于生活世界中对各种现象的认识和思考。

怎样定义“化学反应速率”？

“在物理课上，我们以哪些概念来表达快慢？区别是什么？”“速率只能定义为单位时间内距离的变化吗？”学生们想起物理课上介绍过“线速率”、“角速率”，无论哪种，速率定义中都有“单位时间内的变化量”，至于这个变化量是用“距离”还是“角度”，那要看具体问题的需要，这是可以变动的。

那么，化学反应速率使用什么的变化量为好呢？

至此，对化学反应速率这一概念的认识到了最关键的一点，这是一个最有“化学”意味的问题，使得“化学反应速率”与其它各种“速率”区别开来。举出Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑这一反应为例。问：“你认为可以用单位时间内哪些量的变化来表示这个化学反应的速率？”学生们谈到很多，如锌粒质量的减少，H₂SO₄浓度的减少，H₂SO₄物质的量的减少，ZnSO₄浓度的增加，ZnSO₄物质的量的增加，氢气的质量增加，氢气的体积增加，氢气压强的增加等等。最后，他们一致认为上述物理量中任何一个都是可以用来表示这个反应的速率大小的。

真是这样吗？

我们一起来做个实验。A、B两支试管对比，A试管中加入1粒锌粒，B试管中加入2粒锌粒，A、B两支试管同时分别加入5mL和10mL同浓度的硫酸。在相同时间内，观察到B试管中产生气体明显多于A试管（各滴入2滴肥皂水以便于观察氢气的量）。“你认为哪支试管中反应速率快？”“当然是B试管了！”这是学生们的第一反应。

但是随后他们便有了更深入的思考：两支试管中的反应应当一样快啊，它们的差别只是药品用量按比例缩放，并没有其它差异。可为什么会感觉B试管中反应快呢？因为是以氢气的体积变化来判断反应快慢的。如果以锌粒的消耗量来判断反应快慢呢？也会得出同样的结论。那以什么来判断这个反应的速率才会得出两支试管中一样快的结论呢？硫酸浓度的减少。为什么选上了“浓度”？因为硫酸的浓度是处处相等的，不会因为量多量少而变化，而质量、体积、物质的量等这些量是可以加和的。至此，大家意识到，在溶液的量一定时，通过质量、体积等的变化来测定反应速率是可以的，而作为化学反应速率的定义，以单位时间内反应物或生成物“浓度”的变化来表示显然更为合理。

经过这一番过程，大家一是感觉到是定义“化学反应速率”的必要性，二是“亲自”参与了给出定义的过程，发觉书上这么写的定义还真是挺合理的，并不是“前人下定义，我只背定义”，三是发觉干巴巴的定义原来这么有趣！这就是讲“理”的学习过程，它使学习内容丰富起来：不仅有知识的学习，更有方法的引导和情感的培养。而后两者将是更长久地驻留在学生心中的。

你看，科学本身就是这样曲折和丰富，它是一种思维方法，它有一种独特的发现自己错误的方式，它重视证据和逻辑，它从不会蛮不讲理。

五、讲“理”的学习让学生终身受益

2008年我作为交换教师赴美，在一所中学执教十年级化学。一位学了半辈子哑巴英语的中国老师要给一群不懂中文的美国学生讲化学，是件多么困难的事！为了使自己摆脱困境，我总是不怀好意地安排学生多动手做实验，有时甚至到了饥不择食的程度。结果在这一过程中，我有了意外的收获。

讲到“摩尔”这一内容。“摩尔是物质的量的单位，1摩尔任何粒子所含的粒子数都是阿伏加德罗常数，其数值约为6.02×10²³”。看上去就这么一句话，可在国内教学中可费劲了！它是高考必考考点，还总是挖出许多陷阱来让人掉下去。因此，我十多年的国内教学中总是在这里费上许多口舌，解释个半天，练上许多题，也设置许多陷阱让学生适应一下。至于实验嘛，从未想过，教材教参上也从没有。

美国高考题中没有这类陷阱，我也不会用英语解释这么多，只好挖空心思想实验。摩尔就是数微粒个数的单位，只不过不是一个个数的，是一堆堆数的，而且好大好大的一堆！那就让学生们数数玩吧！

我让学生们两人一组实验，称取20克大豆和20克大米，分别数数它们有多少颗。这么小儿科的实验，原是带些不可告人的目的的，我有些心虚地在学生间踱来踱去。他们倒是很兴奋地数着豆子，并把数据记录在表格中。但当他们数到大米时，明显有些烦了，米粒好小啊，20克要数好一阵呢。正当我偷偷为自己的不良用心脸红时，突然发现有位学生将米粒数10颗放成一堆，一堆堆放好，而他的同伴则数着堆数，记下总数。两人配合得很默契，都显得十分愉快。我再一观察，发现还有另一实验组也自发做着同样的事。

我立刻意识到这是极其珍贵的意外收获，国内教学这么多年都没有是因为没给学生做过这样的“傻”实验。我在他们做完后神闲气定地问他们，数豆子感觉怎样？“Interesting（好玩）！”，那数大米呢？“Boring（烦死了）！”，那我们再来数沙子呢？学生们愣住了，进而愤怒了，“You are crazy（你疯了）！”如果我们还要数原子呢？“Impossible（不可能啊）！”但是随即，他们开始沉思。我列举了他们中有人数大米的方法，告诉他们你们已经寻找到了数小颗粒的方法——一堆一堆地数！当然，米粒比起原子来还是大得太多了，因此可以10颗一堆，那原子就得好大好大的一堆了。那么，定多大的一堆才比较合理呢……

为什么要新定义一个物理量“物质的量”，并规定它的单位是“摩尔”呢？就是为了方便计量微粒个数，这些看不见的小微粒在科学研究和生产中还特别有计量的需要。这种强烈的需求使得科学家们反复研究，达成共识，规定出了新的物理量。看上去它是安静地呈现在教科书上的一段文字，但它的背后一定是有“故事”的。而学生们经历的数大米麻烦到想出一堆堆去数的解决方案，就是历史上这一“故事”的浓缩。

对于任何东西、现象、问题、人、事件，如果不认识它的过去，你如何理解它的现在到底代表什么意义？不理解它的现在，又何从判断它的未来？不认识过去，不理解现在，不能判断未来，那算是接受的什么教育呢？一段讲“理”的学习，让我们对孤立的、静态的书本结论的价值判断发生了变化：知道了它的起点在哪里，将使我们更懂得欣赏它的美。对这种美的欣赏和探求，将会使学生受益终身。

六、结束语

以上举了一些我教学中的案例来说明理科学习要讲“理”，但是读者不要误认为由于教师的教学技巧才使得它讲“理”的。这一点我尤其想提醒学生朋友们：自然科学的理性还表现在它本身的优美就在那里，不需要人为地涂脂抹粉。善于进行理科学习的同学，他的注意力应当放在用心去理解自然界上，而不是完全依靠老师去解读自然界。任何教师，用自己的语言去解读自然的时候都会带上他个人的主观色彩，这是学生们学习时需要警惕的。理科的学习，与任何其它学科的学习一样，需要独立的思考和批判的眼光。

最后，家长们执着的问题又把我拉回现实中来：要不要提前学？要不要大量做？好吧，我只能说，关键是在讲理地学，讲理地做，否则适得其反。