“證據推理與模型認知”引領下的教學實踐

華麗芬

摘要：通過建構氧化還原反應認知模型，進一步認識可通過氧化還原反應實現含有不同價態同種元素的物質的相互轉化。通過創設情境一提出假設一實驗設計一收集證據一論證推理一得出結論的方式，知道通過氧化還原反應可以探索物質性質，實現物質轉化，認識物質及其轉化在促進社會文明進步中的重要價值。

關鍵詞：證據推理;模型認知;氧化還原反應;脫氧劑

文章編號：1008-0546（2019）06-0034-03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.06.010

一、研究背景

人們為了延長食品的保存期限，在食品包裝上采用了很多方法，例如真空、充氣、防潮（干燥劑）、氣調（脫氧劑）等。脫氧劑的研制最初是為了防止變壓器等設備的起火和爆炸，日本脫氧劑發展迅速，1943年就成功研制食品用鐵系脫氧劑。我國脫氧劑開發、研究和應用起步較晚，但近年來發展迅速，目前研制出無機和有機兩大類脫氧劑，其中無機系列包括鐵系脫氧劑、亞硫酸鹽系脫氧劑等，有機系列包括抗壞血酸類、兒茶酚類、葡萄糖氧化酶和維生素E類等。

鐵系脫氧劑是目前使用較為廣泛的一類脫氧劑，其主要成分是活性鐵粉，去除包裝袋內的游離氧和溶解氧效果顯著，在標準狀況下，1g鐵粉理論上可以脫除約1500mL空氣中的氧。鐵系脫氧劑的輔料有鹽、活性炭等，輔料的種類和用量都會影響鐵系脫氧劑的脫氧效果，比較適宜的配方是：還原鐵粉（1g）、氯化鈉（0 5g）、結晶碳酸鈉（0.4g）、無水氯化鈣（0.1g）、活性炭（0.1g）。鐵系脫氧劑脫氧的原理類似鐵在潮濕的空氣中發生的吸氧腐蝕，使用過的脫氧劑有結塊現象，顏色由黑變紅。

化學學科歷來十分重視實證研究，高中化學課程中所涉及的化學理論和原理，都是建立在對大量實驗事實（證據）進行比較分析、歸納概括的基礎上的，之后還需要通過抽象和簡化的方法建構模型，再現物質及其變化的基本規律。將脫氧劑這類物質應用到高一“氧化還原反應”的教學中，一方面通過創設真實的情境，使學生親身體會到化學學科知識與生活的密切聯系，增強了實驗過程的趣味性，從而激發了學生的學習興趣;另一方面，將食品包裝袋內的脫氧劑變廢為寶，運用到課堂教學中，有利于培養學生綠色化學的理念。

二、設計思路

“氧化還原反應”內容教學可安排三課時：第一課時，明確化學反應有不同的分類方法，能夠從化合價升降角度判斷氧化還原反應，能夠從電子得失角度理解氧化還原反應，能夠關注化學反應發生的本質原因。第二課時，建立氧化劑與還原劑的概念，了解氧化劑與還原劑有強弱之分，通過實驗探究物質的氧化性與還原性。第三課時，通過建構氧化還原反應認知模型，進一步認識可通過氧化還原反應實現含有不同價態同種元素的物質的相互轉化。通過創設情境一提出假設一實驗設計一收集證據一論證推理一得出結論的方式，知道通過氧化還原反應可以探索物質性質，實現物質轉化，認識物質及其轉化在促進社會文明進步，提高人民群眾生活質量中的重要價值。

本文以“氧化還原反應”第三課時“脫氧劑的應用與研究”為例，探討“證據推理與模型認知”引領下的教學實施與評價。

三、教學實施與評價

環節一：教學導入

[情境1]生活中我們經常會購買一些零食，同學們有沒有關注過它的生產日期和保質期？為什么要關注？為了防止食品變質，延長保存期限，生產商在食品的包裝上想了不少方法，看一看這些食品，采用了哪些方法？請你打開包裝，看看里面還有什么？

[學生活動]積極回答，課堂氣氛活躍。

[學生表現]能準確說出真空、充氣兩種食品包裝的方法，但是干燥劑與脫氧劑會混淆。

[設計意圖]將生活中熟悉又陌生的“脫氧劑”引入教學，既激發了學生的好奇心，又為氧化還原反應模型的建構奠定了認知基礎。

環節二：建構模型

[學生活動]閱讀資料卡，了解脫氧劑的種類與應用。

[學生表現]知道氧氣是常見的氧化劑，脫氧劑能除去氧氣，所以它們是還原劑，具有還原性，在反應中失電子，化合價上升，被氧化，發生氧化反應，得到氧化產物。

[設計意圖]通過脫氧劑除去氧氣，建構氧化還原反應認知模型：氧化劑+還原劑一氧化產物+還原產物。

[教師活動]在黑板上寫下脫氧劑：氫氣、鐵、硫酸亞鐵、亞硫酸鈉。

[學生活動]判斷脫氧劑工作后的產物（氧化產物）。

[學生表現]能準確說出氫氣、硫酸亞鐵、亞硫酸鈉的產物，鐵的氧化產物有氧化亞鐵、氧化鐵、四氧化三鐵三種答案。

[設計意圖]形成認知沖突，為后續的證據推理提供素材。

環節三：證據推理

[情境2]有兩袋鐵系脫氧劑，一袋由于沒有妥善保管，在空氣中暴露時問過長，如何將它快速鑒別出來？

[學生活動]提出假設，設計實驗方案。

[學生表現]學生已有的認知水平使他們具備了一定的科學探究能力。

[學生活動]收集證據，論證推理，得出結論。

[設計意圖]能從物質及其變化的事實中提取證據，對有關化學問題提出假設，能依據證據證明假設。

[情境3]食品廠生產的一批蛋糕在運輸過程中，發生個別包裝袋破損漏氣的情況，如果袋內脫氧劑失效，則食品極易變質?，F工廠緊急召回這批產品，對袋內脫氧劑進行檢測，若脫氧劑還有效，則這批產品可回收，否則將銷毀。有哪些方法可以鑒別？

[學生活動]提出假設，設計實驗方案，收集證據，論證推理，得出結論。

[學生表現]對脫氧劑變質到哪種程度，學生沒有判斷經驗，所以大多數學生還是采取了上一實驗的方法，但部分學生已經能從微觀角度進行分析。由于用吸鐵石這種物理方法效果不明顯，加稀硫酸后由于雜質較多又難以觀察現象，學生提出需要過濾后再進一步驗證。

[設計意圖]能從宏觀和微觀結合上收集證據，能依據證據從不同視角分析問題，推出合理真實的結論。

環節四：提升認知

[情境4]某檢測員加稀硫酸也沒有看到明顯的氣泡，查閱資料后發現一條信息：在含有Fe³⁺的溶液中加入1滴硫氰化鉀（KSCN）溶液，立即變成血紅色，若Fe³⁺濃度增大，則顏色會變深。

[學生活動]過濾后，取兩滴濾液，滴加硫氰化鉀溶液，看到血紅色。

[學生表現]學生獲得新知識后能很快運用，并積極思考如何獲得更多的硫酸鐵。

[教師活動]引導學生回顧氧化還原反應認知模型：氧化劑+還原劑=氧化產物+還原產物

[學生活動]如果有鐵粉，加稀硫酸后就有硫酸亞鐵，只要找個氧化劑，就能將硫酸亞鐵轉化為硫酸鐵，顏色就會變深。氧氣是常見氧化劑，但是反應慢。

[教師活動]PPT展示九年級化學教材關于實驗室制取氧氣的反應：過氧化氫二氧化錳→水+氧氣

[學生活動]滴加1滴雙氧水后，溶液顏色明顯加深，得出結論，脫氧劑中還有鐵粉，所以有效。

[學生表現]學生通過應用氧化還原反應認知模型，進一步認識到氧化劑（過氧化氫）的氧化性比氧化產物（氧氣）強，運用氧化還原原理可以實現物質的轉化。

[設計意圖]能依據各類物質及其反應的不同特征尋找充分的證據，能對復雜的化學問題情境中的關鍵要素進行分析以建構相應的模型，并運用模型解決關鍵問題。

四、實踐感悟

“證據推理與模型認知”引領下的教學設計和實踐是要培養學生通過真實的探究活動具有證據意識，知道可以通過分析、推理等方法認識研究對象的本質特征、構成要素及其相互關系;通過建立認知模型，并運用模型解釋化學現象，揭示現象的本質和規律。

化學日常學習評價應與課堂教與學活動有機融合在一起，本節課通過學生在實驗探究、小組討論、方案設計等活動中的表現，運用提問、點評、小組加分等方式，對學生課堂學習的質量和化學學科核心素養的發展水平給予及時的把握。