巧用證據(jù)推理建構(gòu)認(rèn)知模型

李錦英

摘要：從物質(zhì)組成、價(jià)態(tài)變化和物質(zhì)特性三個(gè)維度提出二氧化硫?qū)W習(xí)的認(rèn)知模型，進(jìn)而使學(xué)生認(rèn)識(shí)到模型在元素及其化合物學(xué)習(xí)中的重要作用及其發(fā)展性特征。學(xué)生通過(guò)自主探究，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證建構(gòu)模型。

關(guān)鍵詞：自主探究;證據(jù)推理;三維模型

文章編號(hào)：1008-0546（ 2019）07-0065-03

中圖分類(lèi)號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2019.07.019

一、問(wèn)題提出

元素化合物課堂中教師多以提問(wèn)和講授為主，自問(wèn)自答偏多[1]。對(duì)元素化合物的教學(xué)缺乏實(shí)驗(yàn)探究，對(duì)教材中的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行食譜式教學(xué)。因此學(xué)生不會(huì)去尋求證據(jù)，不會(huì)去思考和表達(dá)自己的見(jiàn)解，更不會(huì)去深入思考實(shí)驗(yàn)背景中的學(xué)科問(wèn)題。在這樣的教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生缺乏對(duì)元素化合物的自主學(xué)習(xí)、自主探究、自主思考交流、歸納總結(jié)四個(gè)環(huán)節(jié)。在課堂學(xué)習(xí)結(jié)束后，不會(huì)主動(dòng)進(jìn)行及時(shí)有效的復(fù)習(xí)，出現(xiàn)了知識(shí)掌握不牢，無(wú)法自主回憶然后慢慢遺忘。使學(xué)生在做題和接下來(lái)的新知識(shí)學(xué)習(xí)中難以順利運(yùn)用知識(shí)，進(jìn)而把失敗歸結(jié)為自身能力不足，使學(xué)生產(chǎn)生習(xí)得性無(wú)助，形成較低學(xué)習(xí)成就感，逐漸喪失學(xué)習(xí)興趣[2]。

科學(xué)探究普遍遵循提出問(wèn)題、做出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、收集整理數(shù)據(jù)、得出結(jié)論這一程序化的步驟。本堂課讓學(xué)生學(xué)會(huì)根據(jù)已有的知識(shí)儲(chǔ)備和學(xué)習(xí)方法，自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)論，牢固建構(gòu)元素化合物的三維模型。培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力，整個(gè)過(guò)程中通過(guò)老師引導(dǎo)不斷為學(xué)生創(chuàng)造成功機(jī)會(huì)，使學(xué)生達(dá)到自主成功，從而大大提升學(xué)生的自我效能感，建立起強(qiáng)大的學(xué)習(xí)成就感。

二、教學(xué)設(shè)計(jì)

本課希望通過(guò)二氧化硫的學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生形成元素及其化合物的三維模型。完成教學(xué)設(shè)計(jì)后在高一年級(jí)2個(gè)班實(shí)施了新課教學(xué)。出于時(shí)間考慮，酸雨及其防治作為第二課時(shí)完成。

1.教學(xué)目標(biāo)

通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究二氧化硫的主要化學(xué)性質(zhì)，初步形成基于物質(zhì)類(lèi)別、元素價(jià)態(tài)和物質(zhì)特性對(duì)元素化合物化學(xué)教與學(xué)2019年第7期的性質(zhì)進(jìn)行預(yù)測(cè)和檢驗(yàn)的模型。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證二氧化硫的主要化學(xué)性質(zhì)，能從物質(zhì)的類(lèi)別和元素價(jià)態(tài)變化的視角說(shuō)明物質(zhì)轉(zhuǎn)化的途徑。

2.評(píng)價(jià)目標(biāo)[3]

通過(guò)對(duì)二氧化硫?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)方案的交流點(diǎn)評(píng)，發(fā)展學(xué)生對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)探究的水平。

通過(guò)學(xué)生實(shí)驗(yàn)診斷并發(fā)展學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力和證據(jù)意識(shí)，建立觀點(diǎn)、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系的能力。

通過(guò)二氧化硫三維模型的建立發(fā)展學(xué)生應(yīng)用模型學(xué)習(xí)物質(zhì)性質(zhì)，解釋化學(xué)現(xiàn)象和本質(zhì)的能力。

3.教學(xué)程序

本課以設(shè)計(jì)型任務(wù)為主，學(xué)生為主體，小組合作。教師給出三維模型，學(xué)生提出假設(shè)，設(shè)計(jì)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象驗(yàn)證結(jié)論，學(xué)生根據(jù)模型圖整理二氧化硫性質(zhì)。建構(gòu)元素及其化合物學(xué)習(xí)的三維目標(biāo)（見(jiàn)圖1）[4]。最后解決難點(diǎn)由師生共同完成。

三、教學(xué)實(shí)施

環(huán)節(jié)1：教學(xué)導(dǎo)入

【學(xué)習(xí)任務(wù)1】簡(jiǎn)單回想氯、鈉、鎂、鐵、銅的性質(zhì)和學(xué)習(xí)方法，初步猜測(cè)二氧化硫的性質(zhì)。

【評(píng)價(jià)任務(wù)1】診斷學(xué)生知識(shí)遷移能力，對(duì)簡(jiǎn)單化學(xué)問(wèn)題的解決提出可能假設(shè)的能力。

環(huán)節(jié)2：模型介紹

【學(xué)習(xí)任務(wù)2】能從物質(zhì)類(lèi)別、元素價(jià)態(tài)和特性的角度，依據(jù)復(fù)分解反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)原理，預(yù)測(cè)二氧化硫化學(xué)性質(zhì)和變化，學(xué)生根據(jù)教師給出的三個(gè)維度填寫(xiě)表l。

【評(píng)價(jià)任務(wù)2】診斷并初步發(fā)展學(xué)生建立觀點(diǎn)、結(jié)論和證據(jù)間的邏輯關(guān)系的能力。

環(huán)節(jié)3：證據(jù)推理

（1）科學(xué)探究，方案設(shè)計(jì)

【學(xué)習(xí)任務(wù)3】預(yù)測(cè)二氧化硫化學(xué)性質(zhì)和變化，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行初步驗(yàn)證，并能分析、解釋有關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。能從物質(zhì)類(lèi)別和元素價(jià)態(tài)變化的視角說(shuō)明物質(zhì)的轉(zhuǎn)化路徑。請(qǐng)學(xué)生先自主完成，再小組討論完善方案設(shè)計(jì)。根據(jù)材料填寫(xiě)表格2（盡可能多補(bǔ)充表格）。

提供材料：Na2S03、濃H2SO4、品紅、NaOH、酚酞、BaCI2、H202、FeCI3、KMn04/H+、H2S、稀鹽酸、碘水、藍(lán)色石蕊試紙、淀粉碘化鉀試紙。

【評(píng)價(jià)任務(wù)3】診斷學(xué)生依據(jù)假設(shè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力。發(fā)展學(xué)生證據(jù)意識(shí)，能基于證據(jù)，通過(guò)分析推理加以證實(shí)或證偽，建立觀點(diǎn)、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系的能力。小組討論互評(píng)展示，教師評(píng)價(jià)補(bǔ)充，得出優(yōu)化后的方案。

（2）實(shí)驗(yàn)操作，證據(jù)驗(yàn)證

【學(xué)習(xí)任務(wù)4】學(xué)生組裝實(shí)驗(yàn)儀器，與同學(xué)合作完成實(shí)驗(yàn)操作，觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象驗(yàn)證自己的猜想。

[教師實(shí)驗(yàn)1]=氧化硫制備：用濃硫酸與亞硫酸鈉反應(yīng)制備二氧化硫，用礦泉水瓶收集二氧化硫，氣體集滿(mǎn)后加1/4水，蓋住瓶塞用力振蕩，礦泉水瓶快速變癟，將溶液倒入試劑瓶中供學(xué)生實(shí)驗(yàn)使用。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中簡(jiǎn)單回顧氣體制備裝置及驗(yàn)滿(mǎn)和尾氣處理相關(guān)內(nèi)容。

[學(xué)生實(shí)驗(yàn)1-5]小組實(shí)驗(yàn)，4位同學(xué)一組。每次取5mL左右二氧化硫水溶液，完成具體實(shí)驗(yàn)（①一④，⑥），觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并做好記錄。

[視頻演示]具體實(shí)驗(yàn)⑤

【評(píng)價(jià)任務(wù)4】診斷學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力，診斷并發(fā)展學(xué)生通過(guò)收集實(shí)驗(yàn)證據(jù)，分析推理加以證實(shí)或證偽，建立觀點(diǎn)、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系的能力。

環(huán)節(jié)4：模型建構(gòu)

【學(xué)習(xí)任務(wù)5】完成二氧化硫的三維認(rèn)知模型。解決三個(gè)難點(diǎn)：漂白與褪色，氧化性強(qiáng)弱比較，亞硫酸鹽性質(zhì)，完善二氧化硫相關(guān)知識(shí)。

（1）三維度性質(zhì)整理

學(xué)生從三個(gè)維度整理歸納二氧化硫性質(zhì)，完成表3填寫(xiě)。老師展示幾位填寫(xiě)完整的同學(xué)的資料卡供其他同學(xué)參考。

（2）延續(xù)性知識(shí)補(bǔ)充

①漂白性：二氧化硫、氯水.活性炭漂白性原理介紹;漂白與褪色對(duì)比及成因分析。

②常見(jiàn)物質(zhì)間氧化性強(qiáng)弱比較：回顧氧化性強(qiáng)弱判斷方法，根據(jù)所給物質(zhì)設(shè)計(jì)方案并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

[學(xué)生實(shí)驗(yàn)6] BaC12加S02水溶液，無(wú)現(xiàn)象。再加FeCl3，溶液變渾濁，加稀鹽酸沉淀不溶解。證明Fe3+氧化性比S02強(qiáng)。

[學(xué)生實(shí)驗(yàn)7]S02水溶液滴到淀粉碘化鉀試紙上，無(wú)現(xiàn)象。再將S02水溶液滴到碘水里，褪色。證明I2氧化性比S02強(qiáng)。整理得出結(jié)論：氧化性Cl2>Br2>Fe3+>12>S02。

③亞硫酸鈉性質(zhì)介紹

[教師實(shí)驗(yàn)2]學(xué)生實(shí)驗(yàn)②有一組還沒(méi)完全褪色時(shí)停止加S02水溶液，此時(shí)拿起來(lái)發(fā)現(xiàn)已經(jīng)褪色，加Ba—C12，再加鹽酸，沉淀不能完全溶解。證明Na2S03有堿性和還原性。

【評(píng)價(jià)任務(wù)5】診斷學(xué)生依據(jù)證據(jù)推理得出認(rèn)知模型的能力。發(fā)展學(xué)生應(yīng)用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象，解釋現(xiàn)象本質(zhì)和規(guī)律的能力。

四、教學(xué)評(píng)價(jià)

為了了解教學(xué)效果，在本課前后分別對(duì)學(xué)生代表（各班隨機(jī)抽10人，共20人）進(jìn)行訪談測(cè)試[5]。訪談問(wèn)題設(shè)計(jì)見(jiàn)表4。訪談問(wèn)題依據(jù)二氧化硫性質(zhì)的三個(gè)維度模型設(shè)置。回答情況統(tǒng)計(jì)見(jiàn)圖2。

（1）物質(zhì)組成維度：二氧化硫是酸性氧化物，性質(zhì)與二氧化碳類(lèi)似，問(wèn)題1和問(wèn)題2回答正確率課前和課后都比較好。有幾個(gè)同學(xué)在問(wèn)題1時(shí)先回答錯(cuò)，看到問(wèn)題2時(shí)也能糾正。

（2）價(jià)態(tài)變化維度：?jiǎn)栴}3和問(wèn)題4回答的不理想，問(wèn)題4課前正確率是5%，只有一個(gè)同學(xué)回答正確。詢(xún)問(wèn)學(xué)生后發(fā)現(xiàn)主要是三方面原因：一是氯有關(guān)內(nèi)容遺忘，二是過(guò)量沒(méi)注意或沒(méi)掌握，三是慣性思維。

（3）物質(zhì)特性維度：?jiǎn)栴}5和6考查識(shí)記型知識(shí)，比較簡(jiǎn)單，但也容易遺忘。學(xué)生課前課后差別比較大，課后正確率都是100%，說(shuō)明學(xué)生上課都很認(rèn)真。

五、教學(xué)反思

1.素養(yǎng)得到發(fā)展，自主探究落到實(shí)處

本課通過(guò)學(xué)生自主探究二氧化硫的性質(zhì)，旨在培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理和模型認(rèn)知的能力。學(xué)生通過(guò)教師提供的模型結(jié)合之前的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)提出假設(shè)，通過(guò)小組討論和教師評(píng)價(jià)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，組裝實(shí)驗(yàn)儀器，與同學(xué)合作完成實(shí)驗(yàn)操作。能運(yùn)用多種方式收集實(shí)驗(yàn)證據(jù)，基于實(shí)驗(yàn)事實(shí)得出結(jié)論。能對(duì)實(shí)驗(yàn)中的“異常”現(xiàn)象和已有結(jié)論進(jìn)行反思、提出質(zhì)疑和新的實(shí)驗(yàn)設(shè)想，并進(jìn)一步付諸實(shí)施。能建立觀點(diǎn)、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系。能對(duì)復(fù)雜的化學(xué)問(wèn)題情境中的關(guān)鍵要素進(jìn)行分析以建構(gòu)相應(yīng)的模型。并體會(huì)到三維模型對(duì)于元素及其化合物性質(zhì)是行之有效的學(xué)習(xí)模型。

2.實(shí)驗(yàn)貫徹始終，證據(jù)推理深入人心

（1）通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提高學(xué)生證據(jù)意識(shí)。“二氧化硫的性質(zhì)與應(yīng)用”這塊內(nèi)容，課本安排了3個(gè)實(shí)驗(yàn)，本課設(shè)計(jì)了10個(gè)實(shí)驗(yàn)。讓學(xué)生的每一個(gè)猜想都能通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到驗(yàn)證，增強(qiáng)學(xué)生證據(jù)推理能力。

（2）本課變驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為探究性實(shí)驗(yàn)，既能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，又能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。通過(guò)小組討論和教師評(píng)價(jià)完善學(xué)生的設(shè)計(jì)方案，搭建成功的臺(tái)階鼓勵(lì)學(xué)生展示自己。堅(jiān)持以學(xué)生自身發(fā)展為主線(xiàn)呈現(xiàn)課堂。滿(mǎn)足學(xué)生的學(xué)習(xí)成就感。進(jìn)而加強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)力，提高學(xué)習(xí)興趣。

3.新課拋磚引玉，模型認(rèn)知開(kāi)始建構(gòu)

學(xué)習(xí)元素化合物最大的難點(diǎn)就是知識(shí)點(diǎn)多、雜、散，要記憶的知識(shí)很多。學(xué)生掌握不夠扎實(shí)，考前復(fù)習(xí)沒(méi)有頭緒。模型是學(xué)習(xí)元素化合物比較有效的方法，不但提供了整理方案，而且使知識(shí)變得有條理易掌握。本課通過(guò)二氧化硫的三維模型，從物質(zhì)類(lèi)別、價(jià)態(tài)變化和物質(zhì)特性三個(gè)角度提供了其他元素及其化合物的學(xué)習(xí)模型。

本課指導(dǎo)學(xué)生通過(guò)自主探究建構(gòu)二氧化硫的三維認(rèn)知模型，可以延伸到其他元素和化合物學(xué)習(xí)。幫助學(xué)生學(xué)會(huì)用理論模型解釋或推測(cè)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與變化。但由于學(xué)生個(gè)體差異，自主探究過(guò)程部分同學(xué)參與度不太夠，期待下次有所改進(jìn)。

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