基于化學微課培養“證據推理”的學科素養

蔣玉華

摘要：以“硝酸的性質”為例介紹以微課提供證據，創設真實而復雜的情境，通過化學問題解決學習，以形成和發展“證據推理”的化學學科核心素養。

關鍵詞：化學微課;證據推理;化學學科核心素養

文章編號：1008-0546（2020）02-0068-03 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.02.021

一、問題的提出

《普通高中化學課程標準（2017年版）》在課程內容的教學提示中增加了情境素材建議，要求結合真實情境中的應用實例或通過實驗探究，了解物質的主要性質，認識其在生產、生活中的應用和對生態環境的影響，認識物質性質及轉化在自然資源綜合利用和環境保護中的重要價值，培養問題的解決能力、科學精神與社會責任，從而形成化學學科核心素養…。由于化學科學廣泛應用在人類生活、生產活動和科學研究中，在生命科學、材料科學、能源科學等領域應用中，在解決人類所面臨的糧食生產、資源利用、環境保護等社會熱點問題中，化學科學的廣泛應用性決定了化學問題具有真實的情境性。通過在真實而復雜的情境中提出問題、開展體驗和探究活動，學生的化學學科核心素養在此過程中得以形成和發展。

隨著信息技術與課程的整合日漸深入，利用微課來創設豐富多樣的真實問題情境，提供直接證據和間接證據，應該是培養學生基于證據推理認知的很好的手段。

二、微課的價值

蘇州大學王偉群教授把證據分為直接證據和間接證據。認為直接證據包括化學實驗現象、自然現象觀察、日常生活經驗;間接證據包括權威文獻的數據資料、化學發展的重要史實、化學學科的最新成就、影響社會的重大事件。

我們制作使用的微課有以下幾類：（1）某些課堂演示實驗因班級人數多不便于學生觀察，或者因自然條件如上課期間當地溫度、濕度等因素的影響導致實驗達不到預期效果，或者因實驗產生有毒氣體需要在通風櫥中完成、現場演示有危險性需要適當保護才能完成的實驗，對于上述這幾類不適合在班級演示的實驗，我們將其制作成微課。通過微課不僅能使這些課堂演示有困難的實驗和學生觀察有困難的實驗在課堂內展示，還能利用快放或慢放、局部放大等手段將反應緩慢耗時比較長的實驗，更好地把直接證據展示在學生面前。（2）化學教學中適時適度地使用微課，提供常規教學難以獲得的證據，如展示有機分子結構特點和有機反應的過程，把抽象的反應機理、斷鍵與成鍵過程直觀地展現在學生面前，有效地降低了結構抽象思維的難度，使復雜變簡單、使深奧變淺顯;化學知識更新快，教材更新速度落后于知識更新速度，使用微課可以將前沿知識及時帶到課堂，如2019年化學諾貝爾獲獎信息——鋰電池的研究應用，我們可以將鋰電池的發展做成微課，在原電池教學中加以應用。（3）網絡上的教學視頻，因其播放時間長、知識點多、內容繁雜、針對性不強等問題，在課堂中直接使用，可能出現耗時長、效率低、沒有針對性等問題。制作微課可以根據學生的認知水平和課堂的實際需要對實際問題進行篩選、剪輯、配音等進行處理，既能緊密聯系生產和生活實際等社會熱點問題，又能突出課堂重點。

通過微課向學生提供證據，把不易帶入課堂的直接證據用視頻形式再現，把間接證據進行篩選加工制作成微課，達到更好的效果。

三、以“硝酸的性質”為例介紹微課的設計和應用

1.教材與學情分析

硝酸的性質在必修一教材的專題四第二單元的最后一節內容，在初中已經學習了鹽酸的性質和硫酸的性質，在專題四第一單元進一步學習了濃硫酸的特性。因此本節課的重點在于濃、稀硝酸氧化性的研究。通過復習濃、稀硫酸表現氧化性的微粒和還原產物的不同，引發學生對濃、稀硝酸的性質差異的猜測。學生通過專題二和專題三對元素化合物的學習，已經積累了對具體物質的研究方法，能很好地通過觀察、假設、實驗等方法來開展研究。

2.教學目標

通過展示硝酸在生產和生活實際中的應用，了解硝酸的性質;通過硝酸和銅、木炭的實驗分析，學習基于證據推理的方法，理解硝酸的氧化性和酸的濃度對氧化性的影響。

3.教學過程

環節1：以新聞報道《硝酸泄漏》為情境（微課1），組織學生聆聽、觀察，分析歸納出硝酸的部分性質。由視頻中黃色“煙”，讓學生猜測可能的原因，通過實驗模擬來驗證學生的猜測。歸納出濃度不同，硝酸分解的難易程度不同，樹立量變到質變的觀念。

環節2：從物質的類別、元素價態的角度，依據氧化還原反應原理，預測硝酸的化學性質和變化。根據學生預測硝酸具有酸性，展示濃、稀硝酸遇紫色石蕊試液變色的實驗（微課2），學生觀察石蕊試液遇濃、稀硝酸后的現象，請學生思考濃硝酸使石蕊試液褪色可能的原因，并請學生設計實驗方案來證明濃硝酸的漂白原理，再展示實驗結果。

環節3：由漂白原理得出濃硝酸具有強氧化性，讓學生來觀看銅和濃、稀硝酸的反應的實驗視頻（微課3），對比銅和濃、稀硝酸反應的實驗裝置，請學生對比評價兩種實驗裝置的優缺點。抓住銅和稀硝酸反應的產物到底是氫氣還是一氧化氮，由學生設計實驗方案，并用微課來展示。微課4展示濃硝酸和木炭反應的實驗，由實驗現象歸納出反應產物。通過觀察、討論，對硝酸的氧化性進行分析，總結出濃度不同對氧化性強弱的影響，幫助學生建立質變到量變的觀念。

4.微課的設計思路

微課設計主要參考盛群力等提出的設計原則，包含四個階段——激活階段，即情景引入、知識回顧;展示階段，即引導啟發、呈現新知;應用階段，即鞏固提升、靈活應用;整合階段，即思維方法、知識整合。在微課設計和課件制作中將上述核心思想融入微課中，并利用多媒體技術將之實現。

微課1——初識硝酸。挑選了硝酸泄漏事故的新聞報道，視頻中通過旁白介紹了硝酸的一般性質，學生通過聆聽便可以了解。視頻中的槽罐車泄漏處先有白霧后有明顯的黃色“煙”，為引出硝酸的不穩定性埋下伏筆。微課中提出問題“請思考黃色‘煙是怎么產生的”，請學生猜測可能的原因。因為實驗室的濃硝酸濃度一般為69%，加熱使其分解需要一段時間，且加熱時容易沖出試管，考慮到現場演示耗時較長且有一定的危險性，產生的氣體又有毒性，所以在實驗室完成實驗并拍成視頻，處理加工后制成微課1的后半段。和新聞中的黃色“煙”對比，可以幫助學生了解硝酸濃度越大越容易分解。

微課2——濃硝酸的漂白性。探究濃硝酸遇紫色石蕊試液的變色原理，由于紫色石蕊試液遇到濃硝酸很快變紅，但是褪色需要時間較長，用視頻的好處是可以快速播放，也可以選取幾個時間點拍攝后連接起來播放，用近景放大試管便于對比觀察濃、稀硝酸的變化。微課中提出問題“濃硝酸使石蕊褪色的原因，是類似于氯水還是二氧化硫的漂白原理”，請學生根據假設提出實驗方案。微課后半段就是加熱褪色后的濃硝酸實驗，一段時間后顏色不能恢復。錄制視頻的好處是可以加熱更長時間，實驗結果更有說服力。

微課3——硝酸與銅的反應。銅和濃、稀硝酸反應的實驗雖然在書本上有實驗方法，但是因為實驗效果不佳，且產生的氣體有毒性，所以我們最終選擇了網上找到的銅和濃硝酸反應的視頻，銅和稀硝酸的實驗則在實驗室拍攝并進行后期加工制作完成。銅和濃硝酸的實驗選用圓底燒瓶作為反應容器（圖1），銅屑和濃硝酸用量比演示實驗大，且實驗中及時導出二氧化氮氣體并吸收，反應后溶液呈現藍色，學生容易觀察、判斷得出產物。銅和稀硝酸的反應，因為沒有在網上找到合適的高清視頻，我們也對實驗進行了改進（圖2），實驗前打算到教室進行演示實驗，但在實驗室試驗之后還是決定拍攝視頻，主要原因是上課的季節溫度低，反應慢，且產生的氣泡不明顯后排學生難以觀察到，拍成視頻后可以把等待的時間縮短，且可以放大針筒部位更清晰的觀察實驗現象。從環保的角度來講，也可以減少有毒氣體在教室內的排放。微課能幫助學生更好的觀察實驗現象，通過分析反應產物完成反應方程式的書寫，提出問題“請對比前后兩套實驗裝置，討論實驗裝置設計的意圖并評論兩套裝置的優缺點”。

微課4——濃硝酸與木炭的反應。濃硝酸和木炭反應的實驗在課本中沒有任何描述，我們在查閱資料后設計了實驗（圖3），將紅熱的木炭投入左側盛有濃硝酸的試管中，右側試管中盛有氫氧化鋇溶液，以達到便于觀察產物的效果。考慮到課時原因在課堂上這個實驗沒有深入研究，但是實驗還是有漏洞的，我們就進一步改進，用數字傳感儀測定二氧化碳濃度，在反應溫度較低的情況下可以說明二氧化氮的產生不是濃硝酸因溫度較高分解產生而是碳和濃硝酸反應產生的，將實驗也拍攝制作成了微課（圖4）供學有余力的同學課后自主學習研究。

在課堂上使用微課，我們通常呈現激活階段和展示階段，而應用階段和整合階段則在課堂上通過互動活動完成。完整的微課則可以供學生在課后自主學習使用。

四、微課制作的建議

知識的情境化是知識活化并轉化為素養的必經途徑，通過情境化能解決知識與背景、理論與實踐、文字符號與實際事務之間的關系問題。借助微課提供證據，用真實的學習背景和整體性學習來代替去情境化和碎片化的教學，利用真實的、有意義的、引發學生興趣的探究問題，培養學生的“證據推理”的素養。

在微課制作中需要注意以下幾點：（1）在選題和設計時，我們需要根據課堂教學需要來選題，與傳統的演示實驗、模型教學不重復，設計微課時我們根據學生的認知水平，爭取做到每個微課著力解決一個問題，逐步消解學生可能遇到的認知障礙，提高學習活動的質量。（2）制作微課時，我們需要和以往的以課堂教學實錄為主的微視頻加以區分，充分利用媒體技術將視頻設計成類似電影、電視形式，突出“激活、展示”兩個環節，加入吸引學習者興趣的元素，使得學習者能輕松、愉快、高效率地進行學習。（3）為了避免微課“零散”、不利于系統學習的問題，我們嘗試采用將完整的難點部分、抽象部分，分開成幾個知識點來設計，難度逐步加深。我們設計系列化、層次化的微課，有效達成微目標，支撐學習者的深度學習;設計具有體系性和靈活性的微課，每一個微課都能獨立應用，內容可以聚合與擴散，更加開放、靈活，能支持教師按需使用。微課是課堂學習的有益輔助，我們將微課制作成資源庫以方便教師使用。