基于問題情境教學(xué) 發(fā)展學(xué)生“證據(jù)推理”核心素養(yǎng)
——以“次氯酸鈉性質(zhì)的探索”為例

北京 鞏佳利

一、問題提出

化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的重要組成部分，是化學(xué)學(xué)科對學(xué)生培養(yǎng)要求的具體體現(xiàn)，化學(xué)課程是培養(yǎng)和提升學(xué)生核心素養(yǎng)的重要載體，化學(xué)課堂教學(xué)則是學(xué)生形成和發(fā)展核心素養(yǎng)的主陣地?；瘜W(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括五個方面，立足于高中學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)過程，各有側(cè)重，相輔相成?；瘜W(xué)學(xué)科“證據(jù)推理”核心素養(yǎng)是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的思維核心，體現(xiàn)了學(xué)好化學(xué)學(xué)科所需的思想和方法，突顯學(xué)生“證據(jù)推理”素養(yǎng)的培養(yǎng)必要性。問題情境教學(xué)是由合理的情境引發(fā)，基于一定的目標(biāo)，應(yīng)用各種認(rèn)知活動、技能等，經(jīng)過一系列的思維行為，使得問題得以解決的過程。高中化學(xué)的問題情境教學(xué)是教師以一定情境為載體，挖掘具有學(xué)科價值的問題，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用學(xué)科思維和方法解決問題的教學(xué)模式，與化學(xué)學(xué)科“證據(jù)推理”核心素養(yǎng)高度契合。因此，本文以“次氯酸鈉性質(zhì)的探索”的教學(xué)實(shí)踐為例，以編寫“84”消毒液說明書為主題情境進(jìn)行探索，突出對學(xué)生“證據(jù)推理”核心素養(yǎng)的培育，達(dá)到開展“素養(yǎng)為本”的教學(xué)目的。

二、教學(xué)分析

次氯酸鈉性質(zhì)的探索涉及的知識點(diǎn)包含氯氣及其化合物、離子反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)原理等常見的無機(jī)物及其應(yīng)用內(nèi)容，既有中學(xué)化學(xué)核心觀念和基本原理，也涉及重要的社會應(yīng)用價值(如：次氯酸鈉的疫情防疫用途等)，其探索過程是教師以“寫“84”消毒液說明書為主題情境，引導(dǎo)學(xué)生在問題解決過程中，運(yùn)用氧化還原反應(yīng)原理等知識，采用實(shí)驗(yàn)手段收集證據(jù)，通過推理探究出次氯酸鈉的性質(zhì)及用途，顯然是發(fā)展學(xué)生“證據(jù)推理”核心素養(yǎng)的理想載體。

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》(以下簡稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》)對“證據(jù)推理”核心素養(yǎng)提出具體要求：初步學(xué)會收集各種證據(jù)，對物質(zhì)的性質(zhì)及其變化提出可能的假設(shè)；基于證據(jù)進(jìn)行分析推理，證實(shí)或證偽假設(shè)；能解釋證據(jù)與結(jié)論之間的關(guān)系，確定形成科學(xué)結(jié)論所需要的證據(jù)和尋找證據(jù)的途徑。

基于上述思考，本課以撰寫“84”消毒液說明書為主題開展探究教學(xué)設(shè)計，“84”消毒液說明書包括消毒液的成分、使用方法、注意事項(xiàng)等欄目(即“84”消毒液成分、性質(zhì)、外界影響等化學(xué)問題)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生從兩方面著手研究：①內(nèi)因即“84”消毒液的有效微粒(ClO-)決定其具有的性質(zhì)，從而影響作用和儲存；②外因包括溫度、濃度、光照、pH等，影響其使用效果和儲存條件的控制(如低溫、密封保存等)。教師從“84”消毒液的成分、性質(zhì)、外界因素為探究的切入點(diǎn)，采用問題情境教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生有機(jī)的聯(lián)系生活與知識，整合散亂的知識和經(jīng)驗(yàn)，以情境為主線，使知識結(jié)構(gòu)化、思維邏輯有序化，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為問題的解決認(rèn)知角度和思維模式，同時，在問題解決過程中，教師要引導(dǎo)學(xué)生有意識的收集有效證據(jù)，有目的地進(jìn)行分析推理，建立結(jié)論與證據(jù)間的邏輯關(guān)系，形成證據(jù)收集的途徑和方法，做到課堂教學(xué)與“證據(jù)推理”核心素養(yǎng)培養(yǎng)雙軌并行，互相促進(jìn)，提升學(xué)生核心素養(yǎng)能力和認(rèn)知發(fā)展，從而落實(shí)“素養(yǎng)為本”的教學(xué)目的。

三、學(xué)情分析

學(xué)生已經(jīng)具有一定的理論基礎(chǔ)(離子反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)理論)、元素化合物的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)、實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，能夠運(yùn)用單一知識分析、解決簡單問題，但缺乏知識之間的聯(lián)系及綜合知識分析、解決問題的能力，實(shí)驗(yàn)探究是問題解決的重要方式之一，學(xué)生卻僅能設(shè)計簡單實(shí)驗(yàn)方案用于探究問題，面對需要思考性的探究時則束手無策，缺乏實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計的思路和方法(控制變量、排除干擾、對照實(shí)驗(yàn)等)，在問題解決的過程中，僅能本能地將眼中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象作為證據(jù)，得出表觀結(jié)論，說明學(xué)生對證據(jù)的認(rèn)識不夠，缺乏形成結(jié)論所需相關(guān)證據(jù)的探究能力，證據(jù)的推理能力有待提升。

基于上述考慮，筆者確定本課的教學(xué)關(guān)鍵：第一，引導(dǎo)學(xué)生探索次氯酸鈉的性質(zhì)及用途，建立學(xué)生問題解決的一般思路和方法，提升學(xué)生綜合運(yùn)用知識分析、解決復(fù)雜的真實(shí)問題的能力；第二，在問題解決中，引導(dǎo)學(xué)生尋找證據(jù)收集的思路和途徑、證據(jù)推理的思維方法，建立“證據(jù)推理”思維框架，提升“證據(jù)推理”能力；第三，引導(dǎo)學(xué)生積累問題解決的實(shí)驗(yàn)設(shè)計和探究的經(jīng)驗(yàn)，歸納實(shí)驗(yàn)設(shè)計的基本思路和方法，發(fā)展學(xué)生的探究能力。

四、教學(xué)過程

教師教學(xué)圍繞“84”消毒液說明書的設(shè)計展開，創(chuàng)設(shè)與生活緊密聯(lián)系的整體性問題情境，設(shè)計將所涉及的知識結(jié)構(gòu)化，思維邏輯有序化的問題鏈，引導(dǎo)學(xué)生利用多種化學(xué)學(xué)習(xí)探究方法，通過分析推理收集的宏觀和微觀證據(jù)，逐步探究“84”消毒液的成分、性質(zhì)、影響因素，厘清證據(jù)收集與推理思路的關(guān)聯(lián)，形成思維模式，以設(shè)計“84”消毒液說明書的形成對次氯酸鈉性質(zhì)及用途的認(rèn)識，培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理能力和問題解決能力，打造有機(jī)滲透和培養(yǎng)化學(xué)核心素養(yǎng)的高效課堂，具體教學(xué)思路見表1。

表1 整體教學(xué)思路

具體教學(xué)過程：

環(huán)節(jié)一：調(diào)查學(xué)生對“84”消毒液的了解情況

【創(chuàng)設(shè)問題情境】1984年，金耀光先生在北京第一傳染病醫(yī)院就職期間研發(fā)了一種“含氯消毒劑”，一經(jīng)使用，止住了病人在住院期間因二次感染而死亡的現(xiàn)象，此消毒液因此被命名為“84”消毒液，并獲得了國家進(jìn)步二等獎。市面上“84”消毒液的品牌非常多，一瓶“84”消毒液的說明書應(yīng)該包含哪些內(nèi)容？哪些內(nèi)容更重要？

【思考】要撰寫“84”消毒液說明書，需了解哪些化學(xué)信息？

【設(shè)計意圖】教師創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境，從介紹“84”消毒液的發(fā)明人及歷史出發(fā)，讓學(xué)生感悟化學(xué)對社會發(fā)展的重要作用，培養(yǎng)學(xué)生的國家榮譽(yù)感，增強(qiáng)學(xué)習(xí)動力，以讓學(xué)生撰寫家庭必需品“84”消毒液說明書內(nèi)容(成分、使用方法、適用范圍、注意事項(xiàng)、保質(zhì)期等)，引入課題任務(wù)(探究“84”消毒液成分、性質(zhì)、影響因素)，打造師生零距離課堂，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生的探索欲。

環(huán)節(jié)二：探究“84”消毒液的成分和性質(zhì)

【問題1】“84”消毒液的有效微粒是什么？

【問題1.1】“84”消毒液含有哪些微粒？如何證明？

【活動1】結(jié)合已有知識和經(jīng)驗(yàn)，提出假設(shè)，設(shè)計方案，進(jìn)行驗(yàn)證，并說明微粒來源。

資料：1.工業(yè)常將Cl2通入燒堿溶液來制備“84”消毒液。

2.酚酞試劑易被氧化從而失效。

【學(xué)生活動】依據(jù)已有知識，學(xué)生對“84”消毒液成分提出假設(shè)(成分Na+、Cl-、ClO-、OH-)，運(yùn)用已有知識和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計方案(如“84”消毒液可以漂白衣物，ClO-可用紅色布條是否褪色驗(yàn)證)，通過小組合作，推理所收集的證據(jù)(現(xiàn)象和微觀反應(yīng)分析)驗(yàn)證假設(shè)，體會科學(xué)探究的一般過程。部分學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)異?，F(xiàn)象：pH試紙先變藍(lán)后褪色(滴加酚酞溶液先變紅后褪色)，對此學(xué)生提出猜想可能是因?yàn)镃lO-具有氧化性，使其褪色，由此學(xué)生提出新問題。

【問題1.2】“84”消毒液的有效微粒是什么？如何證明？

【活動2】學(xué)生提出假設(shè)，并設(shè)計方案，選擇合適的藥品進(jìn)行驗(yàn)證，說明微粒作用的原理。實(shí)驗(yàn)藥品：“84”消毒液、氫氧化鈉溶液、NaCl溶液、pH試紙、紅紙、雞蛋清溶液。

【學(xué)生活動】面對新問題，學(xué)生經(jīng)過單獨(dú)設(shè)計、小組討論、全體討論，確定了實(shí)驗(yàn)思路：排除干擾Na+、Cl-、OH-，設(shè)計探究單一變量的實(shí)驗(yàn)方案，通過收集證據(jù)(現(xiàn)象和微觀反應(yīng)分析)，推理出“84”消毒液的有效微粒是ClO-，建立物質(zhì)性質(zhì)受到組成(微粒)的影響的認(rèn)知。

【設(shè)計意圖】教師基于問題1.1的解決，引導(dǎo)學(xué)生從離子反應(yīng)的角度分析Cl2溶于燒堿溶液中發(fā)生的化學(xué)變化，依據(jù)微粒觀猜想“84”消毒液的組成成分，設(shè)計方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，收集證據(jù)，推理假設(shè)真?zhèn)?，初步形成證據(jù)收集的途徑和方法與證據(jù)推理的基本思路(宏觀和微觀結(jié)合)，從而構(gòu)建“證據(jù)推理”的思維框架，培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)意識和推理能力。在整個教學(xué)活動中，教師需引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識科學(xué)探究的一般過程，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的能力。

教師基于問題1.2的解決，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用思維框架解釋異常現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，推理出“84”消毒液殺菌作用的內(nèi)因即次氯酸鈉的氧化性，發(fā)展學(xué)生的證據(jù)意識和推理能力。面對異常現(xiàn)象，教師引導(dǎo)學(xué)生能夠提出問題，并通過實(shí)驗(yàn)去解決問題，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)思維(排除干擾、控制單一變量)與實(shí)驗(yàn)設(shè)計能力，提升學(xué)生的探究能力，樹立其嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度。

環(huán)節(jié)三：探究“84”消毒液使用和儲存的影響因素

【問題2】“84”消毒液使用和儲存受到哪些因素影響？

【問題2.1】“84”消毒液的使用受到哪些因素影響？是如何影響的？

【活動3】學(xué)生結(jié)合已有知識和生活經(jīng)驗(yàn)，提出影響“84”消毒液使用的因素，并設(shè)計方案，分析各因素對“84”消毒液使用的影響。

表2 學(xué)生實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計思路

【學(xué)生活動】在了解“84”消毒液的成分和性質(zhì)的基礎(chǔ)上，學(xué)生依據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)(溫度、稀釋等)，提出影響因素的預(yù)測，運(yùn)用手持技術(shù)設(shè)計控制變量實(shí)驗(yàn)(見表2)，通過推理收集的證據(jù)(數(shù)據(jù)表、文獻(xiàn)、圖像)，得出結(jié)論：在溫度越高、濃度越大、pH越小、避光的條件下“84”消毒液的使用效果越好。

【問題2.2】“84”消毒液的儲存受到哪些因素影響？是如何影響的？

【活動4】學(xué)生結(jié)合化學(xué)用語，解釋“84”消毒液失效的原因，分析各因素對“84”消毒液的儲存的影響。

【問題3】“84”消毒液能與潔廁靈混合使用嗎？為什么？

【活動5】提出假設(shè)，設(shè)計方案，選擇合適的藥品，驗(yàn)證推測，解釋其原因。

【學(xué)生活動】學(xué)生通過研究會形成酸性越強(qiáng)，“84”消毒液的使用效果越好這一認(rèn)知，教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合已有知識和經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用思維框架通過實(shí)驗(yàn)自主探究問題3，學(xué)生能夠綜合運(yùn)用知識提出假設(shè)(NaClO與HCl可能發(fā)生歸中反應(yīng)產(chǎn)生Cl2)，并很順利的得出結(jié)論：“84”消毒液與潔廁靈混合會產(chǎn)生有毒的Cl2，所以不能混用。

【設(shè)計意圖】教師基于問題2.1和2.2的解決，以探究影響“84”消毒液的使用和儲存因素活動為例，引導(dǎo)學(xué)生豐富證據(jù)的種類(數(shù)據(jù)、圖像、文獻(xiàn))和收集途徑，完善證據(jù)推理的思路和方法(對比、歸納)，進(jìn)而完善“證據(jù)推理”的思維框架。在科學(xué)探究的過程中，發(fā)展學(xué)生對物質(zhì)性質(zhì)的認(rèn)識：物質(zhì)性質(zhì)不僅受內(nèi)因的影響，還會受外因(溫度、濃度、pH、光)的影響。

教師基于問題2.3的解決，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主探究，結(jié)合宏觀和微觀通過自主實(shí)驗(yàn)解決問題，提升學(xué)生“證據(jù)推理”思維框架的應(yīng)用水平，發(fā)展學(xué)生求證意識和問題解決的能力。本環(huán)節(jié)還深度挖掘化學(xué)與生產(chǎn)、生活的緊密聯(lián)系，凸顯化學(xué)學(xué)科的社會責(zé)任。

環(huán)節(jié)四：撰寫“84”消毒液說明書

【問題4】“84”消毒液的說明書如何撰寫？

【活動6】1.結(jié)合活動成果，設(shè)計一款“84”消毒液的說明書。

2.與實(shí)際產(chǎn)品說明書對比分析，優(yōu)化設(shè)計。

【學(xué)生活動】小組合作，撰寫“84”消毒液的說明書，并進(jìn)行交流展示，通過對比實(shí)際產(chǎn)品的說明書，共同優(yōu)化說明書設(shè)計圖如下。

學(xué)生撰寫的“84”消毒液說明書

【思考】學(xué)生通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，談?wù)勈斋@到了哪些內(nèi)容?

【學(xué)生感悟】

1.購買商品一定要關(guān)注成分、使用方法、注意事項(xiàng)。

2.效果相同的洗滌液，混合使用要慎重。

3.學(xué)習(xí)化學(xué)對日常的生活很重要，能夠用化學(xué)知識解決生活中的問題。

4.向周圍朋友普及生活中關(guān)于化學(xué)用品的使用常識。

【小結(jié)】化學(xué)是一門服務(wù)于生產(chǎn)生活的學(xué)科，希望學(xué)生學(xué)好化學(xué)，能夠用化學(xué)知識解決生產(chǎn)生活問題，向親人和朋友普及一些化學(xué)常識。

【設(shè)計意圖】教師以撰寫“84”消毒液說明書這一形式呈現(xiàn)學(xué)生課題的學(xué)習(xí)成果，加深學(xué)生對所學(xué)知識的理解，提升學(xué)生解決真實(shí)問題的能力，通過反思與感悟，加強(qiáng)學(xué)生對化學(xué)與社會緊密聯(lián)系的理解，深化學(xué)生的社會責(zé)任感。

五、教學(xué)反思

1.基于遞進(jìn)式問題解決的學(xué)習(xí)，提升學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展水平

2.設(shè)計體會社會責(zé)任的活動，有助于培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感

本課通過“‘84’消毒液能與潔廁靈混合使用嗎？為什么？”這一問題，引導(dǎo)學(xué)生體會化學(xué)學(xué)科在社會生活中的實(shí)用性，再通過撰寫消毒劑說明書，強(qiáng)化學(xué)生對化學(xué)與社會緊密關(guān)系的感悟，培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感，最后通過反思，深化學(xué)生對“社會責(zé)任”核心素養(yǎng)的理解。

3.合理設(shè)計探究活動，培養(yǎng)和提升學(xué)生的證據(jù)推理能力

證據(jù)推理是化學(xué)學(xué)科的關(guān)鍵能力之一，是學(xué)習(xí)化學(xué)的重要方法。有效的提高證據(jù)推理的能力水平，關(guān)乎學(xué)生的學(xué)習(xí)成效。本課設(shè)置由易到難的4個探究活動，學(xué)生在活動中實(shí)踐不同情境下的證據(jù)推理過程，有層次的形成和發(fā)展證據(jù)推理的思路和方法，搭建思維框架，提升證據(jù)推理能力。

六、結(jié)束語

本課以撰寫“84”消毒液說明書為情境線索，以探究NaClO性質(zhì)為知識線索，設(shè)計契合核心素養(yǎng)的具體學(xué)習(xí)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生不斷的積累“證據(jù)推理”的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，升華學(xué)生對“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)的理解，發(fā)展了學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)水平和化學(xué)觀念，達(dá)到知識與素養(yǎng)同步提升的目的，是一次成功的教學(xué)實(shí)踐。

由此可見，教師踐行問題情境教學(xué)的化學(xué)課堂，選取合理的教學(xué)內(nèi)容，配以合適的教學(xué)情境，有目的、有計劃、有層次的設(shè)計科學(xué)探究活動，是培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理”核心素養(yǎng)的重要方法。