證據(jù)推理下的化學(xué)課堂教學(xué)

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摘要：物質(zhì)性質(zhì)的教學(xué)是初三化學(xué)教學(xué)內(nèi)容中的重要部分。以探究二氧化碳性質(zhì)為例，開展基于證據(jù)推理的物質(zhì)性質(zhì)教學(xué)，闡述了利用客觀事實、化學(xué)實驗等方式進(jìn)行實證的化學(xué)課堂教學(xué)，對二氧化碳與水反應(yīng)的實驗進(jìn)行了較為深入的研究，促進(jìn)了學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的提升。

關(guān)鍵詞：二氧化碳的性質(zhì)；證據(jù)推理；化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

一、研究背景

證據(jù)推理是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要內(nèi)容?；瘜W(xué)實驗是培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理意識的重要素材。筆者通過小組合作探究二氧化碳的性質(zhì)，進(jìn)行了基于證據(jù)推理的教學(xué)嘗試，使學(xué)生對二氧化碳的性質(zhì)和用途有了科學(xué)的認(rèn)識。通過學(xué)習(xí)，旨在讓學(xué)生能從識別物質(zhì)的階段(即從混合物中識別出純凈物進(jìn)行研究)過渡到具體物質(zhì)的研究階段，建立多角度認(rèn)識物質(zhì)的方法：從組成、構(gòu)成、用途、制備、性質(zhì)、轉(zhuǎn)化等角度研究物質(zhì)?；诖耍n堂利用“汽水中的氣”創(chuàng)設(shè)問題情境，引入本節(jié)課的認(rèn)識對象二氧化碳，然后結(jié)合課堂前測，讓學(xué)生對二氧化碳進(jìn)行描述，有序梳理，幫助學(xué)生建立從多角度認(rèn)識具體物質(zhì)的方法，并在二氧化碳的性質(zhì)和用途之間建立聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)推理意識。通過問題“為什么可樂被稱為碳酸飲料而不被稱為二氧化碳飲料？”引發(fā)學(xué)生思考，明確探究任務(wù)：二氧化碳溶于水的過程是否發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)？學(xué)生通過猜想、設(shè)計方案并實驗驗證，最后得出結(jié)論：二氧化碳與水生成了酸性物質(zhì)。學(xué)生在解決問題過程中不斷為自己的猜想或結(jié)論尋找證據(jù)，從而推動探究活動順利進(jìn)行。本節(jié)課系統(tǒng)學(xué)習(xí)了二氧化碳的知識，鍛煉了實驗探究能力，重點培養(yǎng)了學(xué)生證據(jù)推理的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

二、基于證據(jù)推理的主要教學(xué)環(huán)節(jié)

1.環(huán)節(jié)一：從真實情境出發(fā)展示打開可樂瓶蓋冒出大量泡沫的圖片，提出驅(qū)動性問題：汽水飲料中冒出來的氣體主要成分是什么？接著通過問題鏈，引發(fā)學(xué)生猜想并尋找證據(jù)支持，為后續(xù)二氧化碳性質(zhì)的探究學(xué)習(xí)提供了基本思路和方法。問題1：你猜想它是什么？問題2：選擇什么試劑能證明它？問題3：其中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是什么？設(shè)計意圖：以學(xué)生熟悉的真實情境“汽水中的氣”設(shè)計問題，引發(fā)學(xué)生思考。搭建問題階梯，開展探究二氧化碳性質(zhì)的課堂教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生初步建立猜想—方案—證據(jù)—結(jié)論之間的關(guān)聯(lián)認(rèn)識。在通過實驗尋找證據(jù)的過程中，提高學(xué)生解決實際問題的興趣和能力。

2.環(huán)節(jié)二：梳理前測建立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)認(rèn)識投影展示課堂前測中學(xué)生對二氧化碳的各種描述，然后師生一起從二氧化碳的組成、構(gòu)成、用途、制備、物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)等角度有序整理歸類，通過不斷追問“依據(jù)是什么？”引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行證據(jù)推理，在二氧化碳的性質(zhì)和用途之間建立關(guān)聯(lián)。設(shè)計意圖：通過處理前測問卷，把學(xué)生腦海中無序凌亂的物質(zhì)性質(zhì)知識進(jìn)行有序組織和整理，避免了填空式的物質(zhì)性質(zhì)教學(xué)，幫助學(xué)生建立多角度認(rèn)識具體物質(zhì)的思路和方法。學(xué)生雖然能從生活中了解二氧化碳的性質(zhì)和用途，但要在性質(zhì)和用途之間建立科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)年P(guān)聯(lián)，還有一定難度。將二氧化碳性質(zhì)、用途等知識與有趣、生動的問題情境相結(jié)合，可拓展學(xué)生思維的深度、廣度，同時也培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)推理意識。

3.環(huán)節(jié)三：實驗探究尋找實證(1)巧妙設(shè)問引發(fā)思維沖突通過設(shè)問“為什么可樂被稱為碳酸飲料而不被稱為二氧化碳飲料？”引發(fā)學(xué)生思考和猜測：可能是二氧化碳和水反應(yīng)生成了碳酸。接著教師演示實驗：向紫色石蕊干花上滴加稀醋酸溶液，紫色石蕊干花變紅。然后，學(xué)生進(jìn)行分組實驗，向裝有二氧化碳水溶液的塑料瓶中滴加紫色石蕊試液，可觀察到溶液變?yōu)榧t色。繼續(xù)設(shè)問：二氧化碳水溶液中哪種物質(zhì)使紫色石蕊試液變成紅色？并指出“無明顯現(xiàn)象化學(xué)反應(yīng)”發(fā)生的判斷思路和方法：一是證明反應(yīng)物的減少或消失；二是證明生成物的增加或出現(xiàn)，即如果反應(yīng)物減少或消失、新物質(zhì)生成，就可以證明反應(yīng)發(fā)生了。學(xué)生由此意識到，要從證明新物質(zhì)產(chǎn)生的角度證明二氧化碳和水發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。設(shè)計意圖：通過把氣泡飲料稱為碳酸飲料這一情境，引發(fā)認(rèn)知沖突，讓學(xué)生思考“二氧化碳是否與水反應(yīng)了？”引起學(xué)生的注意力，接著提出一系列問題，讓學(xué)生思考“無明顯現(xiàn)象化學(xué)反應(yīng)”發(fā)生的判斷方法。設(shè)計的問題既有一定的開放性，又指向?qū)W生最容易產(chǎn)生困惑的地方，引導(dǎo)學(xué)生深度思考和尋找反應(yīng)發(fā)生的證據(jù)。(2)探究實驗：干花實驗在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生開始思考：使紫色石蕊變紅的物質(zhì)是二氧化碳、水，還是二氧化碳和水生成的新物質(zhì)？教師介紹紫色石蕊試液中含有水，紫色石蕊干花中沒有水。學(xué)生很快意識到：二氧化碳和紫色石蕊試液接觸會引起二氧化碳和水反應(yīng)，但是用紫色石蕊干花就能避免這一問題。于是學(xué)生設(shè)計的實驗方案如下。第一步，把紫色石蕊干花放入二氧化碳集氣瓶中，觀察現(xiàn)象。第二步，把紫色石蕊干花用水噴濕，觀察現(xiàn)象。第三步，把噴濕的紫色石蕊干花放入二氧化碳集氣瓶中，觀察現(xiàn)象。接下來，學(xué)生分組實驗，觀察到二氧化碳不能使紫色石蕊干花變紅，水也不能使紫色石蕊干花變紅，而二氧化碳和水共同作用可使紫色石蕊干花變紅。實驗過程中發(fā)現(xiàn)一個意外現(xiàn)象：個別小組的二氧化碳集氣瓶中的紫色石蕊干花花瓣上有一小塊變紅，其他部分仍為紫色，經(jīng)過小組學(xué)生反思實驗操作，發(fā)現(xiàn)原來是實驗過程中用濕鑷子夾取了干花造成的。小組討論、學(xué)生的分組實驗，以及出現(xiàn)的意外現(xiàn)象都能證明：是二氧化碳和水生成的新物質(zhì)使紫色石蕊變成紅色，由此證明了二氧化碳和水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并生成了酸性物質(zhì)。教師提供資料：二氧化碳和水反應(yīng)生成了碳酸。教師繼續(xù)進(jìn)行演示實驗：將變紅的石蕊干花用吹風(fēng)機(jī)烘干，可觀察到干花的顏色由紅色變回紫色。學(xué)生猜測是碳酸不穩(wěn)定，加熱后分解了。師生共同分析，得出結(jié)論：碳酸加熱分解生成了二氧化碳和水。設(shè)計意圖：在探究二氧化碳和水反應(yīng)的過程中，引導(dǎo)學(xué)生猜想假設(shè)—設(shè)計實驗—實驗驗證—討論交流—反思總結(jié)—尋找證據(jù)—形成結(jié)論，通過分析推理并加以證實或證偽，建立猜想(觀點)、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系。學(xué)生從只關(guān)注實驗現(xiàn)象，到通過實驗探究認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，深層次理解了“無明顯現(xiàn)象化學(xué)反應(yīng)”發(fā)生的判斷方法，提高了學(xué)生設(shè)計對比實驗時控制變量的能力。

4.環(huán)節(jié)四：歸納整理引導(dǎo)總結(jié)通過設(shè)問，師生一起總結(jié)。問題1：本節(jié)課學(xué)習(xí)了二氧化碳的哪些性質(zhì)？哪些是可觀察到的？哪些是通過用途可以推測的？問題2：通過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，你獲得了哪些啟示？總結(jié)二氧化碳的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和檢驗方法，并引導(dǎo)學(xué)生為自己的認(rèn)識尋找科學(xué)依據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)推理意識。方法小結(jié)：對于無明顯現(xiàn)象的化學(xué)反應(yīng)，可以從檢驗生成物的角度證明其發(fā)生，驗證的時候需關(guān)注原混合體系中是否有干擾，如果有，則應(yīng)注意通過對比實驗控制變量，排除干擾。設(shè)計意圖：加強(qiáng)學(xué)生自我總結(jié)的能力，區(qū)分知識的小結(jié)和方法的小結(jié)。在總結(jié)過程中，繼續(xù)強(qiáng)調(diào)如何結(jié)合已有的知識進(jìn)行分析、解釋和推理，如何完善分析推理路徑，從而不斷提高基于實驗事實或?qū)嶒炞C據(jù)的分析推理能力，提高證據(jù)推理意識。“為感性認(rèn)識和結(jié)論尋找實證”的思想，是學(xué)生學(xué)習(xí)物質(zhì)性質(zhì)過程中一種重要的思想方法和能力，這種能力將在之后的學(xué)習(xí)中繼續(xù)發(fā)展和深化。

三、結(jié)語

初三化學(xué)新授課二氧化碳性質(zhì)的教學(xué)中，將知識認(rèn)知與尋求實證相融合，有利于喚醒學(xué)生通過已有經(jīng)驗對問題進(jìn)行分析推理的意識；在設(shè)計實驗的過程中，讓學(xué)生充分表達(dá)自己的推理過程有利于發(fā)展學(xué)生的思維能力；在完成設(shè)計實驗的任務(wù)中，教師適時搭建階梯，讓學(xué)生逐步突破障礙，最終建構(gòu)起思維模型，有利于學(xué)生學(xué)習(xí)方法的建立。從感知到理解，再從理解到設(shè)計，基于證據(jù)推理的課堂教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生由淺入深、循序漸進(jìn)地掌握知識，有利于發(fā)展學(xué)生的各方面能力，培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)觀念、化學(xué)思維，真正使化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)落地生根。

參考文獻(xiàn)

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作者：陳莉莉 單位：北京市一零一中學(xué)