指向“證據(jù)推理與模型認知”的高中化學教學案例研究

陳春發(fā) 鄭柳萍

（1.福建省莆田第二中學，福建莆田 351100；2.福建師范大學化學與材料學院，福建福州 350117）

引 言

《普通高中化學課程標準（2017年版）》指出：證據(jù)推理與模型認知是高中化學五大核心素養(yǎng)的思維核心。在教學實踐中，核心素養(yǎng)是制定教學設(shè)計中三維目標的方向，也是課堂教學效果的反映之一。作為一線教師，筆者深深體會到在課堂上幫助學生建構(gòu)核心素養(yǎng)的艱辛，為此，本文以“含硫化合物的性質(zhì)和應(yīng)用”中硫酸的性質(zhì)為例，談?wù)勗诮虒W實踐中如何深化教學方法與知識思維之間的聯(lián)系，如何通過學情和生活素材拓展化學核心素養(yǎng)建構(gòu)的途徑。

【案例】蘇教版教材必修1專題四“硫、氮和可持續(xù)發(fā)展”第一單元“含硫化合物的性質(zhì)和應(yīng)用”中的第二課時——硫酸的制備和性質(zhì)。

一、以“證據(jù)推理與模型認知”為標準，總體設(shè)計教學思路

基礎(chǔ)教育必須遵循“自主、合作、探究”的課堂教學設(shè)計原則，為此，筆者在本課題教學前預設(shè)了具體的教學思路。

（1）通過復習初中硫酸的“酸性”內(nèi)容，與即將要學習的濃硫酸的性質(zhì)建立聯(lián)系，開門見山地表明教學重點。

（2）通過濃硫酸與蔗糖、與鐵和銅等金屬硫單質(zhì)、與碳和硫等非金屬單質(zhì)反應(yīng)進行實驗探究，并利用反應(yīng)產(chǎn)物特有的信息做出判斷，得出證據(jù)，從而推理出必須掌握的濃硫酸的五個性質(zhì)特點。

（3）通過濃硫酸與金屬銅反應(yīng)的原理和實驗探究模型的建構(gòu)，讓學習者更清楚濃硫酸具有氧化性的本質(zhì)規(guī)律，幫助學生建構(gòu)化學核心素養(yǎng)，從而達到內(nèi)化濃硫酸性質(zhì)的學習目的[1]。

二、以“證據(jù)推理與模型認知”為標高，透視課堂教學實情

（1）教學內(nèi)容分析：“含硫化合物的性質(zhì)和應(yīng)用”是專題四“硫、氮和可持續(xù)發(fā)展”第一單元的內(nèi)容，是該章知識的重點、難點。在本課題之前，學生已熟悉了氧化還原反應(yīng)的概念和酸的通性等內(nèi)容，這是本節(jié)課教學的基礎(chǔ)和依據(jù)，而在本節(jié)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，又為繼續(xù)本專題硝酸的氧化性等知識的學習起到了承上啟下的作用。

（2）學生學情分析：在學習該內(nèi)容之前，學生已經(jīng)掌握了部分內(nèi)容，一是從氧化還原反應(yīng)的概念出發(fā)認知了反應(yīng)的本質(zhì)與判斷方法；二是在初中階段學習過硫酸具有酸的五大通性。

（3）教學重點、難點：對濃硫酸氧化性的認知是本節(jié)課的重點；通過濃硫酸的性質(zhì)實驗建構(gòu)探究“證據(jù)推理與模型認知”是本節(jié)課的難點。

三、以“證據(jù)推理與模型認知”為目標，確定課堂知識目標

以掌握濃硫酸的重要化學性質(zhì)為本節(jié)課的知識與技能目標；通過三個實驗探究，把掌握探究化學實驗的一般方法作為本節(jié)課過程與方法目標；通過濃硫酸性質(zhì)實驗探究，在觀察實驗現(xiàn)象和反應(yīng)原理推理中建構(gòu)“證據(jù)推理與模型認知”，這一點作為本節(jié)課內(nèi)容的情感態(tài)度與價值觀目標[2]。

四、以“證據(jù)推理與模型認知”為核心，引導課堂教學過程

（一）復習舊識，導入新課

教師提問：同學們在初中已經(jīng)學習了硫酸具有酸的五大通性，酸性的五大特征的具體內(nèi)容是什么？請舉例說明（小組交流）。

學生回答：①能夠使酸堿指示劑發(fā)生顏色變化，如將紫色石蕊溶液滴加到稀硫酸中顯紅色；②與活潑金屬反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，如Zn+H2SO4= ZnSO4+H2↑；③與金屬氧化物反應(yīng)生成鹽和水，如CuO+ H2SO4= CuSO4+H2O；④與堿發(fā)生中和反應(yīng)，如2KOH+ H2SO4= K2SO4+2H2O；⑤與弱酸鹽反應(yīng)制備弱酸，如Na2CO3+ H2SO4= Na2SO4+H2O+CO2↑。

教師提問：前面學習了氧化還原反應(yīng)的概念，那么同學們知道氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)與判斷方法是什么嗎？（同桌交流）

學生回答：從本質(zhì)上講，氧化還原反應(yīng)中反應(yīng)物發(fā)生了電子轉(zhuǎn)移，判斷是否屬于此類反應(yīng)的方法是觀察“=”前后是否有元素發(fā)生了價態(tài)變化。

預設(shè)目的：一方面讓學生對稀硫酸的性質(zhì)有全面的認知，便于在課堂開展過程中區(qū)分濃硫酸的氧化性的本質(zhì)特征；另一方面是將氧化還原反應(yīng)的原理應(yīng)用到本節(jié)濃硫酸的氧化性的反應(yīng)中，讓學生掌握理論指導應(yīng)用這一“證據(jù)推理與模型認知”過程。

（二）創(chuàng)設(shè)實驗，展開新課

師：同學們的預習都非常到位，接下來我們一起重點認知一下濃硫酸的性質(zhì)，首先我們一起進行實驗探究。

教師展示一瓶盛放的濃硫酸，讓學生觀察其性狀，強調(diào)濃硫酸的吸水性，然后讓學生填寫：純凈的硫酸為____色____狀的液體……

演示1：濃硫酸的稀釋過程（特別強調(diào)操作方法），讓學生觸摸小燒杯的外壁，感覺燒杯外壁的溫度。

填寫：溶解性是能與水以____________，溶解時放出大量的熱。

演示2：在小燒杯里盛放少量的蔗糖，向燒杯中加入濃硫酸，觀察實驗現(xiàn)象。

預設(shè)結(jié)果：觀察到蔗糖變黑，體積膨脹，變成疏松多孔海綿狀的碳，并放出刺激性的氣味，實驗現(xiàn)象如圖1所示。

圖1

教師解釋脫水的含義，即濃硫酸可以使有機化合物中的氫、氧元素按水的組成“脫離”出來，結(jié)合成水分子的過程，但不一定都生成碳。之后請學生寫出蔗糖脫水的相關(guān)化學方程式。

學生書寫化學方程式： C12H22O11（蔗糖）12C+11H2O

預設(shè)目的：讓學生明確吸水與脫水之間的區(qū)別。濃硫酸脫水是將有機物中的H和O按1∶2的比例脫去水，發(fā)生化學反應(yīng)，達到建構(gòu)濃硫酸吸水性與脫水性的概念模型的目的。

濃H2SO4在加熱后可以與絕大多數(shù)的金屬（除金、鉑外）反應(yīng)，金屬變成最高價的硫酸鹽，一般的硫酸被還原成SO2。

演示3：按圖2裝置演示濃硫酸與金屬銅的反應(yīng)。

圖2

教師出示導學案，讓學生觀察實驗現(xiàn)象，通過分析得出相應(yīng)的結(jié)論（見表1）。

表1

續(xù)表

化學方程式為________________________________。

預設(shè)目的：讓學生通過Cu與濃硫酸在加熱條件下的實驗觀察得出反應(yīng)的產(chǎn)物，推斷反應(yīng)的方程式為Cu+2H2SO4（濃）CuSO4+SO2↑+ 2H2O，并由此感悟濃硫酸的氧化性表現(xiàn)在S元素得到電子上，而酸性表現(xiàn)在H+得到電子。

分組實驗：①在常溫與加熱兩個條件下探究金屬Fe、Al與濃硫酸的反應(yīng)情況；②在常溫與加熱兩個條件下探究木炭與濃硫酸的反應(yīng)情況。

預設(shè)目的：通過實驗①讓學生認知在常溫下，鐵、鋁等金屬在濃硫酸中可發(fā)生“鈍化”的概念，“鈍化”是金屬的表面上會生成一層致密的氧化物薄膜，從而阻止酸與內(nèi)層金屬進一步反應(yīng)的過程，屬于化學反應(yīng)的范疇。通過實驗②讓學生認知木炭與濃硫酸在加熱條件下反應(yīng)C+2H2SO4（濃）CO2↑+2SO2↑+2H2O，再次明確蔗糖與濃硫酸的脫水實驗中，聞到刺激性氣味的原因。

（三）課堂小結(jié)，深化知識

教師在展示建模過程中，即在加熱條件下，Cu與濃硫酸的反應(yīng)：Cu+2H2SO4（濃）CuSO4+SO2↑+ 2H2O；木炭與濃硫酸反應(yīng)：C+2H2SO4（濃）CO2↑+2SO2↑+2H2O；濃硫酸的氧化性是（濃）→……

結(jié) 語

總之，在化學課堂上幫助學生建構(gòu)化學核心素養(yǎng)的過程是一個復雜而又艱辛的過程。唯有教師心中存有“證據(jù)推理與模型認知”的核心素養(yǎng)理念，才能做到以此為標準，總體設(shè)計教學思路；以此為標高，透視課堂教學實情；以此為目標，確定課堂知識目標；以此為核心，引導課堂教學過程。學生通過實驗觀察，才能夠通過已有的證據(jù)分析推理出反應(yīng)的實質(zhì)，才能夠運用化學反應(yīng)的原理感受到運用模型解決陌生的高難度問題的成就感。