指向“證據推理與模型認知”的高中化學教學案例研究

陳春發 鄭柳萍

（1.福建省莆田第二中學，福建莆田 351100；2.福建師范大學化學與材料學院，福建福州 350117）

引 言

《普通高中化學課程標準（2017年版）》指出：證據推理與模型認知是高中化學五大核心素養的思維核心。在教學實踐中，核心素養是制定教學設計中三維目標的方向，也是課堂教學效果的反映之一。作為一線教師，筆者深深體會到在課堂上幫助學生建構核心素養的艱辛，為此，本文以“含硫化合物的性質和應用”中硫酸的性質為例，談談在教學實踐中如何深化教學方法與知識思維之間的聯系，如何通過學情和生活素材拓展化學核心素養建構的途徑。

【案例】蘇教版教材必修1專題四“硫、氮和可持續發展”第一單元“含硫化合物的性質和應用”中的第二課時——硫酸的制備和性質。

一、以“證據推理與模型認知”為標準，總體設計教學思路

基礎教育必須遵循“自主、合作、探究”的課堂教學設計原則，為此，筆者在本課題教學前預設了具體的教學思路。

（1）通過復習初中硫酸的“酸性”內容，與即將要學習的濃硫酸的性質建立聯系，開門見山地表明教學重點。

（2）通過濃硫酸與蔗糖、與鐵和銅等金屬硫單質、與碳和硫等非金屬單質反應進行實驗探究，并利用反應產物特有的信息做出判斷，得出證據，從而推理出必須掌握的濃硫酸的五個性質特點。

（3）通過濃硫酸與金屬銅反應的原理和實驗探究模型的建構，讓學習者更清楚濃硫酸具有氧化性的本質規律，幫助學生建構化學核心素養，從而達到內化濃硫酸性質的學習目的[1]。

二、以“證據推理與模型認知”為標高，透視課堂教學實情

（1）教學內容分析：“含硫化合物的性質和應用”是專題四“硫、氮和可持續發展”第一單元的內容，是該章知識的重點、難點。在本課題之前，學生已熟悉了氧化還原反應的概念和酸的通性等內容，這是本節課教學的基礎和依據，而在本節內容的基礎上，又為繼續本專題硝酸的氧化性等知識的學習起到了承上啟下的作用。

（2）學生學情分析：在學習該內容之前，學生已經掌握了部分內容，一是從氧化還原反應的概念出發認知了反應的本質與判斷方法；二是在初中階段學習過硫酸具有酸的五大通性。

（3）教學重點、難點：對濃硫酸氧化性的認知是本節課的重點；通過濃硫酸的性質實驗建構探究“證據推理與模型認知”是本節課的難點。

三、以“證據推理與模型認知”為目標，確定課堂知識目標

以掌握濃硫酸的重要化學性質為本節課的知識與技能目標；通過三個實驗探究，把掌握探究化學實驗的一般方法作為本節課過程與方法目標；通過濃硫酸性質實驗探究，在觀察實驗現象和反應原理推理中建構“證據推理與模型認知”，這一點作為本節課內容的情感態度與價值觀目標[2]。

四、以“證據推理與模型認知”為核心，引導課堂教學過程

（一）復習舊識，導入新課

教師提問：同學們在初中已經學習了硫酸具有酸的五大通性，酸性的五大特征的具體內容是什么？請舉例說明（小組交流）。

學生回答：①能夠使酸堿指示劑發生顏色變化，如將紫色石蕊溶液滴加到稀硫酸中顯紅色；②與活潑金屬反應產生氫氣，如Zn+H2SO4= ZnSO4+H2↑；③與金屬氧化物反應生成鹽和水，如CuO+ H2SO4= CuSO4+H2O；④與堿發生中和反應，如2KOH+ H2SO4= K2SO4+2H2O；⑤與弱酸鹽反應制備弱酸，如Na2CO3+ H2SO4= Na2SO4+H2O+CO2↑。

教師提問：前面學習了氧化還原反應的概念，那么同學們知道氧化還原反應的本質與判斷方法是什么嗎？（同桌交流）

學生回答：從本質上講，氧化還原反應中反應物發生了電子轉移，判斷是否屬于此類反應的方法是觀察“=”前后是否有元素發生了價態變化。

預設目的：一方面讓學生對稀硫酸的性質有全面的認知，便于在課堂開展過程中區分濃硫酸的氧化性的本質特征；另一方面是將氧化還原反應的原理應用到本節濃硫酸的氧化性的反應中，讓學生掌握理論指導應用這一“證據推理與模型認知”過程。

（二）創設實驗，展開新課

師：同學們的預習都非常到位，接下來我們一起重點認知一下濃硫酸的性質，首先我們一起進行實驗探究。

教師展示一瓶盛放的濃硫酸，讓學生觀察其性狀，強調濃硫酸的吸水性，然后讓學生填寫：純凈的硫酸為____色____狀的液體……

演示1：濃硫酸的稀釋過程（特別強調操作方法），讓學生觸摸小燒杯的外壁，感覺燒杯外壁的溫度。

填寫：溶解性是能與水以____________，溶解時放出大量的熱。

演示2：在小燒杯里盛放少量的蔗糖，向燒杯中加入濃硫酸，觀察實驗現象。

預設結果：觀察到蔗糖變黑，體積膨脹，變成疏松多孔海綿狀的碳，并放出刺激性的氣味，實驗現象如圖1所示。

圖1

教師解釋脫水的含義，即濃硫酸可以使有機化合物中的氫、氧元素按水的組成“脫離”出來，結合成水分子的過程，但不一定都生成碳。之后請學生寫出蔗糖脫水的相關化學方程式。

學生書寫化學方程式： C12H22O11（蔗糖）12C+11H2O

預設目的：讓學生明確吸水與脫水之間的區別。濃硫酸脫水是將有機物中的H和O按1∶2的比例脫去水，發生化學反應，達到建構濃硫酸吸水性與脫水性的概念模型的目的。

濃H2SO4在加熱后可以與絕大多數的金屬（除金、鉑外）反應，金屬變成最高價的硫酸鹽，一般的硫酸被還原成SO2。

演示3：按圖2裝置演示濃硫酸與金屬銅的反應。

圖2

教師出示導學案，讓學生觀察實驗現象，通過分析得出相應的結論（見表1）。

表1

續表

化學方程式為________________________________。

預設目的：讓學生通過Cu與濃硫酸在加熱條件下的實驗觀察得出反應的產物，推斷反應的方程式為Cu+2H2SO4（濃）CuSO4+SO2↑+ 2H2O，并由此感悟濃硫酸的氧化性表現在S元素得到電子上，而酸性表現在H+得到電子。

分組實驗：①在常溫與加熱兩個條件下探究金屬Fe、Al與濃硫酸的反應情況；②在常溫與加熱兩個條件下探究木炭與濃硫酸的反應情況。

預設目的：通過實驗①讓學生認知在常溫下，鐵、鋁等金屬在濃硫酸中可發生“鈍化”的概念，“鈍化”是金屬的表面上會生成一層致密的氧化物薄膜，從而阻止酸與內層金屬進一步反應的過程，屬于化學反應的范疇。通過實驗②讓學生認知木炭與濃硫酸在加熱條件下反應C+2H2SO4（濃）CO2↑+2SO2↑+2H2O，再次明確蔗糖與濃硫酸的脫水實驗中，聞到刺激性氣味的原因。

（三）課堂小結，深化知識

教師在展示建模過程中，即在加熱條件下，Cu與濃硫酸的反應：Cu+2H2SO4（濃）CuSO4+SO2↑+ 2H2O；木炭與濃硫酸反應：C+2H2SO4（濃）CO2↑+2SO2↑+2H2O；濃硫酸的氧化性是（濃）→……

結 語

總之，在化學課堂上幫助學生建構化學核心素養的過程是一個復雜而又艱辛的過程。唯有教師心中存有“證據推理與模型認知”的核心素養理念，才能做到以此為標準，總體設計教學思路；以此為標高，透視課堂教學實情；以此為目標，確定課堂知識目標；以此為核心，引導課堂教學過程。學生通過實驗觀察，才能夠通過已有的證據分析推理出反應的實質，才能夠運用化學反應的原理感受到運用模型解決陌生的高難度問題的成就感。