基于證據推理的元素化合物教學設計

王久廣+金兢

學科“核心素養”已經得到重視和較為深入的研究，化學學科從不同的維度對學科核心素養提出了不同的模型和看法，其中比較得到認可的是宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據推理與模型認識、實驗探究與創新意識、科學精神和社會責任等。不管對學科核心素養的模型如何見仁見智，都對學科核心素養的培養有著一致的看法：學科核心素養主要通過學科活動來體現和養成，化學課堂是最重要的載體；有意養成比無意熏陶效果更好；不同知識類型的課應該有所側重。這就要求我們在學生化學核心素養的養成上要重視化學課堂，在課堂教學中將化學核心素養功能化、具體化。元素化合物的教學是高中化學必修一的重要組成部分，是“證據推理”的使用和養成的重要載體。本文以《硫酸的制備與性質》為例探討元素化合物在教學設計中融入“證據推理”這一化學核心素養的養成。

一、什么是“證據推理”核心素養

“證據推理”是指能初步學會收集各種證據，對物質的性質及其變化提出可能的假設；基于證據進行分析推理，證實或證偽假設；能解釋證據與結論之間的關系，確定形成科學結論所需要的證據和尋找證據的途徑。

對“證據推理”核心素養表述進行分析，應該包含三個方面的素養或能力。一是“提出假設的能力”，在學習和研究物質的性質前，學生應該能夠根據物質的結構提出物質的性質和變化的可能假設，或根據以前所學的類似物質的性質或變化運用類比的思想提出物質的性質和變化的可能假設。這樣在研究的時候目標才會明確，證實或證偽的指向才會明確。二是“搜集證據的能力”，搜集的證據要能充分證實結論，要用最便捷的途徑尋找證據。三是“證實結論的能力”，能解釋證據與結論的關系，證實或證偽結論。基于此，“證據推理”核心素養可以做如下分解：

二、“證據推理”核心素養的培養

《硫酸的制備與性質》中包含“硫酸的制備”“硫酸的性質”以及“硫酸的用途”三部分內容。“硫酸的用途”作簡單了解，圖片展示讓學生認識到硫酸制備的重要性就可以了。“硫酸的制備”重在對S元素逐步氧化的認識，了解“三步驟”（）、“三原理”（逆流原理、循環原理、熱交換原理）、“三設備”（沸騰爐、接觸室、吸收塔）。“硫酸的性質”是重點，包含稀硫酸的性質（強酸的通性）和濃硫酸的特性，濃硫酸的特性是本節內容的重點和核心。

1.“提出假設”能力的運用和培養

“假設”是需要在一定的已知基礎上運用學科知識進行“預測”。在元素化合物的學習中，“假設”主要有兩種形式：一是已知“組成和結構”假設“性質”，二是根據已知“性質”預測“組成和結構”。

在稀硫酸通性的學習中，學生已經學習過強弱電解質的電離和離子反應，容易調用硫酸在稀溶液中的電離知識判斷稀硫酸中是以H+和SO42-形式存在的，所以稀硫酸的性質就是H+的性質（酸的通性）和SO42-的性質（復分解生成難溶鹽），或許還有H+和SO42-相互影響的性質。在濃硫酸特性的學習中，學生已經了解濃硫酸的吸水性（用作干燥劑），對脫水性和強氧化性的實驗認識和分析也不算困難，在這里遇到的一個最大的矛盾就是，濃硫酸為什么會具有和稀硫酸不一樣的性質？這一定是組成和結構上有區別，這是培養學生根據“性質”預測“組成和結構”的一個很好的契機。

【教學片段1】稀硫酸性質假設的提出

三個“驅動問題”分別從“已知”（組成和結構）、“預測”（性質）和“證實”（實驗依據）出發，符合科學認識體系，容易為學生所接受，尤其是驅動問題1和驅動問題2，是中學化學“提出假設”核心素養的最重要的一種假設形式。

【教學片段2】濃硫酸組成假設的提出

濃硫酸組成的教學設計在濃硫酸的特性學習后進行，也可以設計在學生對濃硫酸有吸水性而稀硫酸沒有吸水性的認識后進行。這就是要讓學生形成濃硫酸和稀硫酸具有不一樣的性質的認知沖突。由“性質”不同預測“組成和結構”有區別，進而根據化學知識預測有什么樣的結構。

2.“搜集證據”能力的培養

“搜集證據”首先要清楚什么可以成為證據，還應該明白通過什么途徑尋找證據。化學學科的一般證據是化學實驗現象，化學實驗現象一般用來證實“假設”性質的真偽，這個在稀硫酸的性質學習中能夠很輕易地實現。這里重點討論濃硫酸組成的“證據搜集”。

【教學片段3】濃硫酸組成證據的搜集

上圖為不同溫度下不同濃度H2SO4的電導率。100%后電導率提高應該是H2SO4自偶電離的原因。

實驗是證據，文獻也是證據，可以自己完成實驗形成直接證據，也可以借鑒文獻使用間接證據。

三、結語

核心素養滲透到學科教學中，教師在學生的學習歷程設計時能根據學科和課堂知識載體的特點，有所側重地、有意識地進行學科核心素養的培養，使學生在掌握基礎知識、基本技能，情感態度和價值觀得以熏陶的同時，能夠培養和提升學科核心素養。