指向“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的教學(xué)研究

廖偉梁

摘要：以“電解池電極反應(yīng)的書(shū)寫(xiě)”復(fù)習(xí)課為例，通過(guò)典型例題充分暴露學(xué)生的知識(shí)漏洞和思維漏洞，引導(dǎo)學(xué)生分析推理加以證實(shí)或證偽，在彌補(bǔ)知識(shí)和思維漏洞的過(guò)程中，建構(gòu)認(rèn)知模型，完善知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，最終促進(jìn)學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)的提升。

關(guān)鍵詞：證據(jù)推理與模型認(rèn)知;電解池;電極反應(yīng);復(fù)習(xí)課教學(xué)

文章編號(hào)：1008-0546（2019）06-0047-04 中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.06.014

“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分，是學(xué)生在高中化學(xué)課程學(xué)習(xí)過(guò)程中逐漸發(fā)展起來(lái)的，是在解決實(shí)際問(wèn)題所表現(xiàn)出來(lái)的必備品格和關(guān)鍵能力。在教學(xué)中進(jìn)行“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，能夠幫助學(xué)生掌握化學(xué)核心知識(shí)、提高化學(xué)核心能力、培養(yǎng)化學(xué)核心態(tài)度。本文以“電解池電極反應(yīng)的書(shū)寫(xiě)”復(fù)習(xí)課為例，探討在教學(xué)實(shí)踐中融人證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)的養(yǎng)成和落實(shí)。

一、教學(xué)背景

電化學(xué)是高中化學(xué)教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容，也是歷年高考命題的熱門(mén)內(nèi)容。高考考綱明確要求學(xué)生能理解原電池和電解池的構(gòu)成、工作原理及應(yīng)用，能書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)和總反應(yīng)方程式。通過(guò)查閱近幾年全國(guó)及各省市高考題發(fā)現(xiàn)，有關(guān)電化學(xué)知識(shí)的考查呈現(xiàn)以下三方面特點(diǎn)：一是考查角度多樣化：主要涵蓋電化學(xué)基本原理、電極反應(yīng)及總反應(yīng)方程式的書(shū)寫(xiě)、陰陽(yáng)離子的移動(dòng)方向及濃度變化、兩極產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以及與氧化還原有關(guān)的計(jì)算等;二是考查形式綜合化：既有選擇題的正誤判斷，也有與實(shí)驗(yàn)題、化工流程題和反應(yīng)原理題相結(jié)合，融合實(shí)驗(yàn)操作、元素化合物、化學(xué)平衡等考點(diǎn)綜合考查;三是考查情景陌生化：電化學(xué)都是以新的信息包裝成陌生新穎的原電池和電解池呈現(xiàn)出來(lái)，如2018年全國(guó)I卷的石墨烯電池、Ⅱ卷的“可呼吸”二次電池，2017年全國(guó)I卷的鋼管樁、Ⅲ卷的全固態(tài)鋰硫電池等。這些考查特點(diǎn)導(dǎo)致學(xué)生非常容易失分，給他們帶來(lái)了很強(qiáng)的畏懼心理。如果可以正確書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)，許多與電化學(xué)相關(guān)的高考題都會(huì)迎刃而解。

二、設(shè)計(jì)思路

要保證“準(zhǔn)確、快速書(shū)寫(xiě)電解池電極反應(yīng)”，要求學(xué)生需要在離子方程式、氧化還原反應(yīng)、元素化合物及電化學(xué)基礎(chǔ)等方面具有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)，同時(shí)在電極材料的判斷、常見(jiàn)類(lèi)型書(shū)寫(xiě)、陌生電極的書(shū)寫(xiě)和電解原理的實(shí)際應(yīng)用等拓展性知識(shí)方面也有較高要求。由這些基礎(chǔ)性知識(shí)和拓展性知識(shí)形成“電解池電極反應(yīng)的書(shū)寫(xiě)”認(rèn)知模型圖（見(jiàn)圖1），任何知識(shí)的漏洞，都可能導(dǎo)致書(shū)寫(xiě)的錯(cuò)誤。本節(jié)課以“電解池電極反應(yīng)的書(shū)寫(xiě)”為主題，通過(guò)課前回顧、分類(lèi)組合、即時(shí)演練、互動(dòng)講解、歸納總結(jié)和鞏固提升等六個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)（見(jiàn)圖2），通過(guò)典型例題充分暴露學(xué)生的知識(shí)漏洞和思維漏洞，引導(dǎo)學(xué)生分析推理加以證實(shí)或證偽，在彌補(bǔ)知識(shí)和思維漏洞的過(guò)程中，建構(gòu)認(rèn)知模型，完善知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，最終促進(jìn)學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”學(xué)科核心素養(yǎng)的提升。

三、教學(xué)實(shí)施

1.課前回顧

師：（畫(huà)出一個(gè)原電池裝置示意圖，見(jiàn)圖3中的圖a，然后反問(wèn)學(xué)生）請(qǐng)問(wèn)這是電解池嗎？

生：不是，因?yàn)闆](méi)有電源。

師：（在圖a的基礎(chǔ)上增加一個(gè)電源，見(jiàn)圖3中的圖b，進(jìn)一步問(wèn)學(xué)生）請(qǐng)問(wèn)這是電解池嗎？

生：是的。

師：（在圖b的基礎(chǔ)上將鉑電極換成鋁電極，見(jiàn)圖3中的圖c，進(jìn)一步問(wèn)學(xué)生）請(qǐng)問(wèn)這是電解池嗎？

生：也是（有同學(xué)不敢吭聲，但是大部分同學(xué)給出了肯定的答案）。

問(wèn)題1：請(qǐng)根據(jù)以下示意圖，回顧電解池的構(gòu)成條件。

生：外接電源、兩個(gè)電極、電解質(zhì)溶液、閉合回路。

師：非常好，看來(lái)大家新課的學(xué)習(xí)效果很不錯(cuò)。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)三種實(shí)驗(yàn)裝置的辨別，讓學(xué)生回顧電解池的基本構(gòu)造和形成條件，幫助學(xué)生通過(guò)宏觀、微觀與符號(hào)之間的相互轉(zhuǎn)換，形成化學(xué)學(xué)習(xí)的核心思維模式，為電解池電極反應(yīng)的書(shū)寫(xiě)和證據(jù)推理能力的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。

2.分類(lèi)組合

問(wèn)題2：提供四種電解質(zhì)溶液（cuCl2溶液、NaOH溶液、NaCI溶液、AgNO3溶液）。當(dāng)電極材料均為鉑電極時(shí)，這四種溶液分別屬于哪種電解類(lèi)型？（黑板上提供四種電解類(lèi)型供學(xué)生選擇：電解電解質(zhì)型、電解水型、放氫生堿型、放氧生酸型。）

生：CuCI2溶液是電解電解質(zhì)型，NaOH溶液是電解水型，NaCl溶液是放氫生堿型，AgNO3溶液是放氧生酸型。

師：非常好。

問(wèn)題3：現(xiàn)提供兩種電極材料（鉑電極和鋁電極），結(jié)合上述四種電解質(zhì)溶液，采用分類(lèi)組合的方式，把能構(gòu)成電解池的所有可能情況全部畫(huà)出來(lái)。

（學(xué)生積極思考，并不時(shí)與小組同學(xué)討論。）

學(xué)生1：我通過(guò)與小組同學(xué)討論，總共畫(huà)出了16種情況。

師：哇，非常好，團(tuán)隊(duì)的力量果然是無(wú)限的！答案就是16種。

問(wèn)題4：從電解池的角度來(lái)看，這16種情況有沒(méi)有哪些效果是一樣的呢？

（學(xué)生1有點(diǎn)愕然，沒(méi)有反應(yīng)過(guò)來(lái)。此時(shí)學(xué)生2主動(dòng)舉手要求回答問(wèn)題。）

學(xué)生2：16種所有可能的情況中，根據(jù)電極材料的不同，可以分為四種情況，陰陽(yáng)極均為鉑電極有四種（組合A），陰陽(yáng)極均為鋁電極有四種（組合B），鉑電極做陽(yáng)極、鋁電極做陰極有四種（組合c），鋁電極做陽(yáng)極、鉑電極做陰極有四種（組合D）。其中，組合A和組合C效果是一樣的，組合B和組合D效果是一樣的。具體如下表1所示：

（為了方便表示，表格對(duì)16種情況進(jìn)行了編號(hào)，格式為“組合編號(hào)+電解質(zhì)溶液編號(hào)”，如“A-①”代表組合A的第1種情況，即陰陽(yáng)極均為鉑電極、電解質(zhì)溶液為CuCI2溶液。）

師：哇，厲害啊！可以分享一下你是如何發(fā)現(xiàn)的嗎？

學(xué)生2：（臉上洋溢著滿(mǎn)滿(mǎn)的成就感）當(dāng)鋁片作陰極時(shí)，不會(huì)得到電子，與惰性電極的作用是一樣的，即組合A和C效果相同，組合B和D效果相同。

師：此處應(yīng)有掌聲。（全班立即響起掌聲，為學(xué)生2的分享喝彩。）這位同學(xué)講得非常好！雖然可能的情況有16種之多，但是經(jīng)過(guò)分類(lèi)處理，16種就變成了8種。希望大家能夠具備這種化繁為簡(jiǎn)的思維，即把數(shù)量眾多的事物進(jìn)行分類(lèi)處理，這樣就會(huì)變得很簡(jiǎn)單。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)不同電極材料和電解質(zhì)溶液的變化，促使學(xué)生充分打開(kāi)思維空間，通過(guò)設(shè)問(wèn)和鼓勵(lì)的方式，引導(dǎo)學(xué)生提出所有可能情況（16種），接著引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)收集證據(jù)、分析推理加以“證偽”（由16種變?yōu)?種），最終使問(wèn)題由繁雜變得簡(jiǎn)單且有條理。

3.即時(shí)演練

問(wèn)題5：寫(xiě)出組合A和組合B的所有電極反應(yīng)和總反應(yīng)方程式。（八個(gè)小組各派一名小組成員在黑板上展示一下書(shū)寫(xiě)過(guò)程。）

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)書(shū)寫(xiě)過(guò)程的展示，暴露學(xué)生的知識(shí)漏洞和思維漏洞，準(zhǔn)確判斷學(xué)生的掌握情況，為“互動(dòng)講解”創(chuàng)造教學(xué)契機(jī)，提高課堂教學(xué)的針對(duì)性。

4.互動(dòng)講解

學(xué)生展示書(shū)寫(xiě)過(guò)程結(jié)束后，另外再安排學(xué)生在老師的引導(dǎo)下點(diǎn)評(píng)書(shū)寫(xiě)過(guò)程。以下是經(jīng)過(guò)整理的錯(cuò)誤展示、錯(cuò)因分析和糾錯(cuò)策略：

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)點(diǎn)評(píng)學(xué)生的書(shū)寫(xiě)過(guò)程，歸納了5種錯(cuò)誤類(lèi)型（常識(shí)不足型、基礎(chǔ)不牢型、原理混淆型、模棱兩可型和能力欠佳型），通過(guò)分析推理尋找錯(cuò)誤原因，并且根據(jù)錯(cuò)因有針對(duì)性地提供糾錯(cuò)策略，建立錯(cuò)誤類(lèi)型、錯(cuò)因分析和糾錯(cuò)策略之間的邏輯關(guān)系，彌補(bǔ)知識(shí)和思維的漏洞，建構(gòu)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，提高學(xué)生的證據(jù)推理能力。

5.歸納總結(jié)

問(wèn)題6：請(qǐng)根據(jù)以上分析和講解，總結(jié)“準(zhǔn)確、快速書(shū)寫(xiě)電解池電極反應(yīng)和總反應(yīng)”的步驟。

師生共同總結(jié)：一是“定”：根據(jù)電極材料和電解質(zhì)溶液的不同確定反應(yīng)物和生成物;二是“寫(xiě)”：根據(jù)“陽(yáng)失陰得”、元素及電荷守恒寫(xiě)出電極反應(yīng);三是“查”：檢查是否符合離子方程式的書(shū)寫(xiě)規(guī)則、檢查生成物是否會(huì)與電解質(zhì)溶液繼續(xù)反應(yīng)、檢查是否滿(mǎn)足元素及電荷守恒。

設(shè)計(jì)意圖：將“零散”的糾錯(cuò)策略加以提煉，總結(jié)出書(shū)寫(xiě)電解池電極反應(yīng)和總反應(yīng)的三個(gè)步驟，為學(xué)生后續(xù)的學(xué)習(xí)提供相對(duì)固化的模式，幫助學(xué)生在提高證據(jù)推理能力的基礎(chǔ)上建立“電解池電極反應(yīng)的書(shū)寫(xiě)”的認(rèn)知模型，為學(xué)生運(yùn)用模型理解電解的本質(zhì)和規(guī)律奠定基礎(chǔ)。

設(shè)計(jì)意圖：將課堂總結(jié)的書(shū)寫(xiě)步驟加以靈活運(yùn)用，讓學(xué)生進(jìn)一步理解電解的基本原理，了解電解原理在制備物質(zhì)（①為制備氫氧化亞鐵、②為制備高鐵酸鈉）和污水處理（③為處理含SO3^2-的廢水、④為處理含NO2^-的廢水）等方面的應(yīng)用，讓學(xué)生感受電解的價(jià)值，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感。

四、教學(xué)反思

1.利用典型例題，暴露學(xué)生知識(shí)與思維漏洞

本節(jié)課選擇的例題，有常見(jiàn)電極反應(yīng)的書(shū)寫(xiě)，也有易錯(cuò)和陌生電極反應(yīng)的書(shū)寫(xiě)，既達(dá)到了鞏固學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能的目的，又幫助學(xué)生掌握了陌生電極反應(yīng)的書(shū)寫(xiě)技巧。在書(shū)寫(xiě)過(guò)程中，暴露了學(xué)生在離子反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、元素化合物和電化學(xué)基礎(chǔ)等方面的知識(shí)漏洞，也暴露了他們化學(xué)思維的含糊、淺顯、疏漏和局限的特點(diǎn)，這些漏洞的暴露為教學(xué)提供了有利的素材。

2.通過(guò)精心設(shè)計(jì)，落實(shí)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

在“分類(lèi)組合”這一教學(xué)環(huán)節(jié)中，學(xué)生通過(guò)“證據(jù)推理”，將16種電解池的組合變?yōu)?種;在“互動(dòng)講解”這一教學(xué)環(huán)節(jié)中，在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生通過(guò)“證據(jù)推理”，將電極反應(yīng)和總反應(yīng)中書(shū)寫(xiě)錯(cuò)誤一一找出，并且對(duì)具體錯(cuò)誤提供詳盡的錯(cuò)因分析和糾錯(cuò)策略，讓學(xué)生的知識(shí)漏洞得以彌補(bǔ)、思維偏差得以糾正;在“歸納總結(jié)”和“鞏固提升”兩個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)得到進(jìn)一步完善、認(rèn)知模型得到進(jìn)一步鞏固、思維水平得到進(jìn)一步提高，最終促進(jìn)了“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)的落實(shí)。

3.運(yùn)用教學(xué)藝術(shù)，提升復(fù)習(xí)課的效率

鑒于學(xué)生的生理、心理特點(diǎn)，在枯燥的復(fù)習(xí)課堂上注意力難以持續(xù)集中。為了避免復(fù)習(xí)課成為枯燥乏味的習(xí)題課，本節(jié)課注重將知識(shí)問(wèn)題化、問(wèn)題情境化，通過(guò)不同的語(yǔ)言和語(yǔ)調(diào)以及豐富的肢體動(dòng)作，引導(dǎo)學(xué)生積極主動(dòng)思考問(wèn)題，鼓勵(lì)他們自由表達(dá)所思所想，讓課堂氣氛輕松活躍，有力地保證了復(fù)習(xí)課的效果。

本節(jié)課給“電解池電極反應(yīng)的書(shū)寫(xiě)”復(fù)習(xí)課教學(xué)提供了可參考的范例，如何幫助學(xué)生將復(fù)雜的電化學(xué)原理圖化簡(jiǎn)為電解池的基本模型，如何將書(shū)寫(xiě)的方法與技巧轉(zhuǎn)化為學(xué)生的解題能力，如何將本節(jié)課的思維訓(xùn)練方式應(yīng)用于其他類(lèi)型的課例……這些都是下一步教學(xué)要解決的問(wèn)題。