基于證據推理和模型認知的課堂教學建構

柳文龍

摘? 要：基于化學學科核心素養的證據推理的課堂教學建構，以“SO2的性質”為例實施課堂教學，使學生學會用證據推理等方法，并能運用知識與能力的建構模型去思考和解決問題。

關鍵詞：核心素養;證據推理;模型建構;SO2的性質

一、問題背景

《普通高中化學課程標準（2017年版）》，在高中化學學科核心素養的證據推理與模型認知維度中，要求：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，建立認知模型，并能運用模型解釋化學現象，揭示現象的本質和規律。

基于此，在教學實施過程中，要求從化學事實出發，注重學生過程性教學，著力引導學生學會從化學現象探究化學本質、從實驗證據到演繹推理、從感性認知到模型建構，這是高質量化學課堂對我們提出的新要求，也是落實化學核心素養的重要途徑。

以化學必修（2）第五章《化工生產中的重要非金屬元素》的“SO2的性質”教學為例分析如下。

二、教學設計

1.教學基本思路

通過問題階梯設置，進一步誘導學生學會猜想，進而通過實驗，尋找證據學會推理，從而發展學生的認知能力，通過整理歸納，形成了知識和問題解決的認知模型，最后在實踐應用中實現模型認知，以達到提高學生化學學科素養為目的。

2.通過類比和推理建構認知模型

通過類比思想，引導學生從已知的CO2聯想SO2的性質，再通過類比和推理，讓學生發現SO2和CO2既有共性又各有其特性。引導學生分析SO2中的S為+4價，處于中間價態，以此誘導學生猜想，得出SO2必定具有原性同時又具有氧化性。這是本節教學的重點之一。

3.通過預測和實證與推理形成認知模型

引導學生通過SO2的價類二維圖，猜測SO2的化學性質，通過實驗觀察、推理、判斷，讓學生掌握SO2性質及其應用，從而學會對物質性質的認知建構，并形成認知模型。

三、課堂實錄

環節一：

【播放新聞片段】湖北宜都曾發生SO2泄露事故，108人出現中毒癥狀。

（學生）思考和認知：SO2有毒，能引起呼吸道疾病，濃度高時會令人死亡。

【演示實驗】展示一試管SO2，進行實驗5-1：把充滿SO2、塞有橡膠塞的試管倒立在水中，在水面下打開橡膠塞，觀察試管內液面的上升。待液面高度不再明顯變化時，在水下用橡膠塞塞緊試管口，取出試管，用pH試紙測定試管中溶液的酸堿度。

（學生）觀察現象，歸納SO2的物理性質——無色有刺激性氣味的氣體，易溶于水，密度比空氣大，有毒。

【過渡】實驗5-1中用pH試紙測出溶液顯酸性，說明了什么？

（學生）SO2與水反應，且生成酸。

【方法指導】研究物質的一般方法：1.從物質的分類角度;2.從氧化還原性的角度;3.從特性的角度;4.與環境的關系角度。

環節二：

【類比總結】師生一起：從CO2性質推測SO2的性質（有酸性氧化物的通性）

1.與水反應（實驗5-1）：把充滿SO2、塞有橡膠塞的試管倒立在水中，在水面下打開橡膠塞，觀察試管內液面的上升。待液面高度不再明顯變化時，在水下用橡膠塞塞緊試管口，取出試管，用PH試紙測定溶液酸堿度。

【補充實驗】用試管取1mL在實驗5-1中得到的溶液加熱，在試管口放一藍色濕潤石蕊試紙，觀察到試紙變紅。

【思考】CO2與水反應生成的H2CO3不穩定，容易分解生成二氧化碳和水。從上實驗證據推理，寫出SO2與水作用的反應方程式。強調“在同一條件下，既能向正反應方向進行，同時又能向逆反應方向進行的反應，叫做可逆反應”。

【深度思考】將實驗5-1中得到的溶液放置一段時間，再測溶液的PH，發現PH減小。說明溶液酸性增強。為什么？根據實驗獲得證據，引導學生大膽猜測——亞硫酸被氧氣氧化為酸性更強的硫酸。（2H2SO3+O2=2H2SO4）

【任務】引導學生運用類比思想，思考并寫出2和3反應

2.與堿反應

3.與堿性氧化物的反應

（學生）書寫化學方程式

【思考】能否說明能令澄清石灰水變渾濁的氣體是CO2？

【任務】請畫出SO2相關的價類二維圖。

（學生）根據價態，推測SO2的性質——既有氧化性又有還原性。如何驗證？

【補充演示實驗】將SO2通入氫硫酸中，觀察到溶液變渾濁。證明SO2有氧化性;將SO2通入酸性KMnO4溶液中，觀察到溶液褪色，證明SO2有還原性。

【發散思維】還有哪些證據？——SO2通入氯水中，SO2的催化氧化等。

（學生）書寫相關的化學方程式。

【演示實驗】實驗5-2：用試管取2mL在實驗5-1中得到的溶液，向其中滴入1-2滴品紅溶液，振蕩，觀察溶液的顏色變化。然后加熱試管，注意通風，再觀察溶液的變化。

【思考】SO2有漂白性，可令某些有色物質褪色，但原理跟因發生氧化還原而使溶液褪色的原理是否一致？——深入思考（學生由褪色后的品紅溶液加熱后又恢復為紅色的現象產生新的認知）——推出結論：SO2的漂白原理是直接與有色物質結合生成無色物質，該無色物質不穩定。

【發散思維】SO2的漂白作用與次氯酸的漂白作用有何差別？

（學生）搜集證據，歸納推理出兩者的差別。

環節三：

【資料卡片】食品中的SO2：食品中添加適量的SO2可以起到漂白、防腐和抗氧化的作用。

【展示動畫圖】工業制硫酸的原理示意圖：指出工業中的SO2是如何生成的和凈化的，其作用是什么。

【展示動畫圖】酸雨的形成示意圖：了解硫酸型酸雨的形成過程，并指出生成酸雨的反應原理。

（學生）歸納總結SO2在食品、工農業生產、自然界中的作用，從它的用途到與環境的關系中加深對SO2的認識。

四、教學思考

認知模型有助于學生將感性認識上升至理性認知，能助力學生對具體知識的解釋和理解，認知模型可為學生提供了解決新的陌生問題時的思維支撐點，使其能夠依據認知模型所蘊含的本質規律，在正確的學科觀點指導下，科學合理地分析問題和解決問題。

學生通過模型的建立，具備了分析和解決問題的能力，從而深刻體會到工業上是如何利用這些轉化關系，通過控制條件等方法，遵循生態文明思想，獲得相應的化工產品，實現環境保護與資源利用的和諧統一，讓學生更加深刻地理解如何用學科觀念分析問題和解決問題，使學生的學科素養在真實的學習情境中得到提高，真正做到從陳述性知識到觀念性知識的提升。

參考文獻：

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[3]鮑文亮.由“硫氮在自然界的循環”談學科知識和核心素養的有機融合，2021（1）.16-19

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