證據(jù)推理與模型認(rèn)知的應(yīng)用

摘 要：氧化還原反應(yīng)是高中化學(xué)概念和化學(xué)基本理論的基石，也是歷年高考命題的重要的出發(fā)點.因此，從化學(xué)概念出發(fā)探究氧化還原反應(yīng)可以揭示一類反應(yīng)的內(nèi)涵建構(gòu)模型;從化學(xué)基本理論出發(fā)思考氧化還原反應(yīng)可以使學(xué)生學(xué)會用辯證思考的觀點去認(rèn)知、分析與推理化學(xué)反應(yīng)在變化過程中的本質(zhì).由此可知，高中的氧化還原反應(yīng)的教學(xué)與“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)是水乳交融的.以氧化還原反應(yīng)課堂教學(xué)為例，剖析談?wù)勛约涸诮虒W(xué)實踐中如何應(yīng)用證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)去落實構(gòu)建學(xué)生的化學(xué)概念和發(fā)展思維能力的.

關(guān)鍵詞：氧化還原反應(yīng);化學(xué)概念;基本理論;高中化學(xué)

中圖分類號：G632文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1008-0333（2021）06-0088-02

收稿日期：2020-11-25

作者簡介：黃云鵬（1972.9-），男，福建省莆田人，本科，中學(xué)高級教師，從事高中化學(xué)教學(xué)研究.基金項目：本文系福建省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2019年度立項課題《學(xué)習(xí)進(jìn)階視角下培育“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的教學(xué)實踐研究》（立項批準(zhǔn)號：FJJKXB19-406）的研究成果

高中化學(xué)有五項核心素養(yǎng)，深刻反映了化學(xué)思維品質(zhì)的五個維度的功能和導(dǎo)向，其中“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”是高中化學(xué)概念和化學(xué)基本理論的基石，也是學(xué)生在建構(gòu)知識體系過程中所表現(xiàn)出來的化學(xué)思維品質(zhì)和推理應(yīng)用能力.因此，幫助學(xué)生理解化學(xué)概念、發(fā)展化學(xué)核心能力運(yùn)用化學(xué)基本理論、建構(gòu)化學(xué)核心價值觀，是與“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)融為一體的.

一、從已有的知識情景建構(gòu)氧化還原反應(yīng)的模型認(rèn)知

情景1 用媒體播放初中氫氣還原氧化銅的實驗.讓學(xué)生思考該實驗要注意哪些問題.接下來再思考實驗名稱為氫氣還原氧化銅的實驗，這里所說的“還原”是什么道理呢？實驗最后的重要環(huán)節(jié)是持續(xù)通入氫氣，待反應(yīng)管的溫度降為室溫后再停止，目的是為了防止空氣中的氧氣氧化單質(zhì)銅，這里所說的“氧化”又是什么意思？

導(dǎo)學(xué)1 通過氫氣還原氧化銅、銅被氧氣氧化的兩個反應(yīng)認(rèn)知氧化還原反應(yīng)的特征

（1）建構(gòu)氧化反應(yīng)的概念：分析銅被氧氣氧化過程“2Cu+O22CuO”，銅元素的化合價變化特征是由0價變?yōu)?2價，說明了反應(yīng)物到生成物的過程中銅元素的價態(tài)升高了，建構(gòu)氧化反應(yīng)的概念模型認(rèn)知，強(qiáng)調(diào)銅元素化合價升高，物質(zhì)Cu發(fā)生了氧化反應(yīng).

（2）建構(gòu)還原反應(yīng)的概念：分析氫氣還原氧化銅“CuO+H2Cu+H2O”，銅元素的化合價變化特征是由+2價變?yōu)?價，說明了反應(yīng)物到生成物的過程中銅元素的價態(tài)降低了，建構(gòu)還原反應(yīng)的概念模型認(rèn)知，強(qiáng)調(diào)銅元素化合價降低，物質(zhì)CuO發(fā)生了還原反應(yīng).

（3）建構(gòu)氧化還原反應(yīng)概念：具體分析化學(xué)反應(yīng)2KBr+Cl22KCl+Br2是否也是氧化還原反應(yīng)？說明判斷理由.

（4）建構(gòu)從元素化合價是否變化的角度對化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行分類，反思氧化還原反應(yīng)和非氧化還原反應(yīng)的判斷基本依據(jù)，學(xué)會應(yīng)用證據(jù)進(jìn)行推理.

[設(shè)置目的]通過學(xué)生在初中學(xué)過的實驗的視頻喚醒學(xué)生對已有的知識的記憶，同時產(chǎn)生新的質(zhì)疑，在實驗過程中應(yīng)用的的兩個化學(xué)概念“氧化”與“還原”.然后通過元素的化合價的變化情況的分析建構(gòu)“氧化還原反應(yīng)的特征———化合價升降”模型認(rèn)知，并通過以反應(yīng)2KBr+Cl22KCl+Br2為例讓學(xué)生應(yīng)用模型進(jìn)行證據(jù)收集和分析推理，從而達(dá)成建構(gòu)從元素化合價是否變化對化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行新的角度的分類的目的.

二、用化學(xué)基本理論挖掘氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)內(nèi)涵

情景2 通過反應(yīng)2KBr+Cl22KCl+Br2的分析，你們能否從外觀粒子的角度解讀這個反應(yīng)真正的內(nèi)涵嗎？

用媒體展示反應(yīng)過程中氯原子：，然后通過提問分析在Cl→Cl-的過程中元素的化合價變化與元素原子的得失電子的關(guān)系.

導(dǎo)學(xué)1 通過反應(yīng)2KBr+Cl22KCl+Br2實例分析建構(gòu)氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)——電子的轉(zhuǎn)移的模型認(rèn)知：

（1）建構(gòu)氧化反應(yīng)的概念：如反應(yīng)2KBr+Cl22KCl+Br2中KBr失去電子，就可以說是KBr發(fā)生氧化反應(yīng).

（2）建構(gòu)還原反應(yīng)的概念：如反應(yīng)2KBr+Cl22KCl+Br2中Cl2得到電子，說明Cl2發(fā)生還原反應(yīng).

（3）建構(gòu)氧化還原反應(yīng)的概念：強(qiáng)調(diào)電子轉(zhuǎn)移的概念具有的兩個方面，一是電子得失（就是得到與失去），二是電子偏移（即偏向與偏離）.

[設(shè)置目的]通過元素化合價的變化的宏觀辨識上升的化學(xué)基本理論的微觀探析層面是對學(xué)科核心素養(yǎng)的升華.學(xué)生在不知不覺中通過收集宏觀的證據(jù)，運(yùn)用化學(xué)基本理論探析了化學(xué)反應(yīng)的微觀世界，在推理過程中形成了解讀氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)，豐富了化學(xué)反應(yīng)的內(nèi)涵.

三、在熟知的知識框架中豐滿化學(xué)概念體系

情景3 讓學(xué)生思考在日常生活中，熱水和冷水是用什么樣的生活體驗證明的.在學(xué)生回答用手觸摸感覺溫度后抓住關(guān)鍵詞“相對溫度”，然后提出氧化、還原的能力強(qiáng)弱有沒有一個方法進(jìn)行度量呢？

導(dǎo)學(xué)3 幫助學(xué)生氧化劑和還原劑這對化學(xué)概念.

（1）建構(gòu)氧化劑的模型認(rèn)知：（由教師講解）從微觀角度分析物質(zhì)的氧化性特征是得到電子（或電子對偏向），從宏觀角度理解元素化合價的變化特征在于元素的化合價降低.

（2）建構(gòu)還原劑的模型認(rèn)知：讓學(xué)生模仿建構(gòu)氧化劑的模型認(rèn)知來思考得出本概念的內(nèi)涵.

[設(shè)置目的]通過新課新知氧化還原反應(yīng)的概念抽絲剝繭得出氧化劑和還原劑這對化學(xué)概念，教師引導(dǎo)與學(xué)生模仿相結(jié)合，讓學(xué)生學(xué)會知識遷移，舉一反三，從而達(dá)到在熟知的知識框架中豐滿化學(xué)概念體系的目的.

情景4 氧化還原反應(yīng)可以用化合價變化的方法體驗電子轉(zhuǎn)移的本質(zhì).這種體驗在化學(xué)術(shù)語中是如何用文字畫圖來表達(dá)呢？

導(dǎo)學(xué)4 感悟氧化還原反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移的化學(xué)術(shù)語的表達(dá)方式.

（1）結(jié)構(gòu)雙線橋法的模型認(rèn)知：從反應(yīng)中的同一元素原子得到或失去電子的情況進(jìn)行說明.

（2）建構(gòu)單線橋法的模型認(rèn)知：通過反應(yīng)物間的元素原子間得到或失去電子的情況來說明的表達(dá)方式.強(qiáng)調(diào)線橋上只有電子轉(zhuǎn)移的數(shù)目，勿標(biāo)“得到”、“失去”.同樣給出示例.

（3）總結(jié)氧化還原反應(yīng)電子轉(zhuǎn)移的化學(xué)術(shù)語的表達(dá)步驟：①變成變價元素的化合價、②畫出線橋（注意箭頭）、③標(biāo)出轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目.然后練習(xí)用所學(xué)方法表達(dá)CH4+2O2CO2+2H2O反應(yīng)的電子轉(zhuǎn)移情況.

[設(shè)置目的]通過挖掘氧化還原反應(yīng)的概念的內(nèi)涵建構(gòu)氧化劑、還原劑的模型認(rèn)知，讓學(xué)生在認(rèn)知層面再次發(fā)展，表達(dá)豐滿了化學(xué)知識體系，也培養(yǎng)了學(xué)生敢于質(zhì)疑，勇于解疑的思維能力，是形成學(xué)科素養(yǎng)必須親歷的過程.

四、用科學(xué)實驗證明收集證據(jù)來體驗化學(xué)理論的源頭

情景4 有一類非金屬單質(zhì)Cl2、Br2、I2，被稱為鹵素單質(zhì)，實驗證明它們都具有氧化，但強(qiáng)弱是不相同的.化學(xué)原理認(rèn)為“性強(qiáng)可以生成性弱”.

導(dǎo)學(xué)4 通過分組實驗讓學(xué)生來證明Cl2、Br2、I2氧化性的強(qiáng)弱.

給出試劑：新制的氯水、四氯化碳、溴化鉀溶液、碘化鉀溶液等.

通過自己設(shè)計實驗操作完成下列幾項任務(wù)：

①實驗操作;

②實驗現(xiàn)象及相關(guān)的化學(xué)方程式;

③單質(zhì)的氧化性比較.

[思考]在一個反應(yīng)中物質(zhì)的氧化性或還原性的強(qiáng)弱由什么決定？

電子白板展示 （用所學(xué)概念來表達(dá)一個氧化還原反應(yīng)）：

性質(zhì)強(qiáng)弱都是：××劑（反應(yīng)物）強(qiáng)于××產(chǎn)物（××指的是氧化或還原）.

[設(shè)置目的]通過實驗解除學(xué)生學(xué)習(xí)過程的疲勞感，讓課堂充滿一種合作探究的活躍氛圍，可以燃燒學(xué)生求知的激情，讓智慧在合作中迸發(fā)，讓能力在探究中成長.學(xué)生的操作設(shè)計可以不同，但結(jié)果是異曲同工了，這一分組實驗環(huán)節(jié)可以達(dá)成科學(xué)探究與創(chuàng)新意識的核心素養(yǎng)層面的建構(gòu)之效了.

總之，證據(jù)推理與模型認(rèn)知是上好一節(jié)新課，如氧化還原反應(yīng)課堂教學(xué)的主心骨.通過教學(xué)實踐過程中的體驗、感悟發(fā)現(xiàn)證據(jù)推理與模型認(rèn)知是課程設(shè)計的最基本要求，它貫穿于學(xué)生對新知的認(rèn)識過程，是學(xué)生的情感、態(tài)度、價值觀在學(xué)科素養(yǎng)上整合的產(chǎn)物.筆者相信在課堂上只要做到從已有的知識情景建構(gòu)新知的模型認(rèn)知;用化學(xué)基本理論挖掘新知的本質(zhì)內(nèi)涵;在熟知的知識框架中豐滿化學(xué)概念體系;用科學(xué)實驗證明收集證據(jù)來體驗化學(xué)理論的源頭，那么，幫助學(xué)生建構(gòu)化學(xué)核心素養(yǎng)一定是水到渠成，馬到成功.

參考文獻(xiàn)：

[1]倪霞.基于證據(jù)推理與模型認(rèn)知視角下的教學(xué)實踐——以“配合物的形成和應(yīng)用”為例[J].化學(xué)教與學(xué)，2018（7）：21-23.

[2]孫宇紅.生活即教育——“生活中的氧化還原反應(yīng)”教學(xué)實錄及反思[J].化學(xué)教與學(xué)，2014（12）：66-67.

[3]周玉娟.《氧化還原反應(yīng)》的教學(xué)反思[J].中學(xué)教學(xué)參考，2012（14）：81.

[責(zé)任編輯：季春陽]