證據推理與模型認知的應用

摘 要：氧化還原反應是高中化學概念和化學基本理論的基石，也是歷年高考命題的重要的出發點.因此，從化學概念出發探究氧化還原反應可以揭示一類反應的內涵建構模型;從化學基本理論出發思考氧化還原反應可以使學生學會用辯證思考的觀點去認知、分析與推理化學反應在變化過程中的本質.由此可知，高中的氧化還原反應的教學與“證據推理與模型認知”核心素養是水乳交融的.以氧化還原反應課堂教學為例，剖析談談自己在教學實踐中如何應用證據推理與模型認知素養去落實構建學生的化學概念和發展思維能力的.

關鍵詞：氧化還原反應;化學概念;基本理論;高中化學

中圖分類號：G632文獻標識碼：A文章編號：1008-0333（2021）06-0088-02

收稿日期：2020-11-25

作者簡介：黃云鵬（1972.9-），男，福建省莆田人，本科，中學高級教師，從事高中化學教學研究.基金項目：本文系福建省教育科學“十三五”規劃2019年度立項課題《學習進階視角下培育“證據推理與模型認知”的教學實踐研究》（立項批準號：FJJKXB19-406）的研究成果

高中化學有五項核心素養，深刻反映了化學思維品質的五個維度的功能和導向，其中“證據推理與模型認知”是高中化學概念和化學基本理論的基石，也是學生在建構知識體系過程中所表現出來的化學思維品質和推理應用能力.因此，幫助學生理解化學概念、發展化學核心能力運用化學基本理論、建構化學核心價值觀，是與“證據推理與模型認知”核心素養融為一體的.

一、從已有的知識情景建構氧化還原反應的模型認知

情景1 用媒體播放初中氫氣還原氧化銅的實驗.讓學生思考該實驗要注意哪些問題.接下來再思考實驗名稱為氫氣還原氧化銅的實驗，這里所說的“還原”是什么道理呢？實驗最后的重要環節是持續通入氫氣，待反應管的溫度降為室溫后再停止，目的是為了防止空氣中的氧氣氧化單質銅，這里所說的“氧化”又是什么意思？

導學1 通過氫氣還原氧化銅、銅被氧氣氧化的兩個反應認知氧化還原反應的特征

（1）建構氧化反應的概念：分析銅被氧氣氧化過程“2Cu+O22CuO”，銅元素的化合價變化特征是由0價變為+2價，說明了反應物到生成物的過程中銅元素的價態升高了，建構氧化反應的概念模型認知，強調銅元素化合價升高，物質Cu發生了氧化反應.

（2）建構還原反應的概念：分析氫氣還原氧化銅“CuO+H2Cu+H2O”，銅元素的化合價變化特征是由+2價變為0價，說明了反應物到生成物的過程中銅元素的價態降低了，建構還原反應的概念模型認知，強調銅元素化合價降低，物質CuO發生了還原反應.

（3）建構氧化還原反應概念：具體分析化學反應2KBr+Cl22KCl+Br2是否也是氧化還原反應？說明判斷理由.

（4）建構從元素化合價是否變化的角度對化學反應進行分類，反思氧化還原反應和非氧化還原反應的判斷基本依據，學會應用證據進行推理.

[設置目的]通過學生在初中學過的實驗的視頻喚醒學生對已有的知識的記憶，同時產生新的質疑，在實驗過程中應用的的兩個化學概念“氧化”與“還原”.然后通過元素的化合價的變化情況的分析建構“氧化還原反應的特征———化合價升降”模型認知，并通過以反應2KBr+Cl22KCl+Br2為例讓學生應用模型進行證據收集和分析推理，從而達成建構從元素化合價是否變化對化學反應進行新的角度的分類的目的.

二、用化學基本理論挖掘氧化還原反應的本質內涵

情景2 通過反應2KBr+Cl22KCl+Br2的分析，你們能否從外觀粒子的角度解讀這個反應真正的內涵嗎？

用媒體展示反應過程中氯原子：，然后通過提問分析在Cl→Cl-的過程中元素的化合價變化與元素原子的得失電子的關系.

導學1 通過反應2KBr+Cl22KCl+Br2實例分析建構氧化還原反應的本質——電子的轉移的模型認知：

（1）建構氧化反應的概念：如反應2KBr+Cl22KCl+Br2中KBr失去電子，就可以說是KBr發生氧化反應.

（2）建構還原反應的概念：如反應2KBr+Cl22KCl+Br2中Cl2得到電子，說明Cl2發生還原反應.

（3）建構氧化還原反應的概念：強調電子轉移的概念具有的兩個方面，一是電子得失（就是得到與失去），二是電子偏移（即偏向與偏離）.

[設置目的]通過元素化合價的變化的宏觀辨識上升的化學基本理論的微觀探析層面是對學科核心素養的升華.學生在不知不覺中通過收集宏觀的證據，運用化學基本理論探析了化學反應的微觀世界，在推理過程中形成了解讀氧化還原反應的本質，豐富了化學反應的內涵.

三、在熟知的知識框架中豐滿化學概念體系

情景3 讓學生思考在日常生活中，熱水和冷水是用什么樣的生活體驗證明的.在學生回答用手觸摸感覺溫度后抓住關鍵詞“相對溫度”，然后提出氧化、還原的能力強弱有沒有一個方法進行度量呢？

導學3 幫助學生氧化劑和還原劑這對化學概念.

（1）建構氧化劑的模型認知：（由教師講解）從微觀角度分析物質的氧化性特征是得到電子（或電子對偏向），從宏觀角度理解元素化合價的變化特征在于元素的化合價降低.

（2）建構還原劑的模型認知：讓學生模仿建構氧化劑的模型認知來思考得出本概念的內涵.

[設置目的]通過新課新知氧化還原反應的概念抽絲剝繭得出氧化劑和還原劑這對化學概念，教師引導與學生模仿相結合，讓學生學會知識遷移，舉一反三，從而達到在熟知的知識框架中豐滿化學概念體系的目的.

情景4 氧化還原反應可以用化合價變化的方法體驗電子轉移的本質.這種體驗在化學術語中是如何用文字畫圖來表達呢？

導學4 感悟氧化還原反應中電子轉移的化學術語的表達方式.

（1）結構雙線橋法的模型認知：從反應中的同一元素原子得到或失去電子的情況進行說明.

（2）建構單線橋法的模型認知：通過反應物間的元素原子間得到或失去電子的情況來說明的表達方式.強調線橋上只有電子轉移的數目，勿標“得到”、“失去”.同樣給出示例.

（3）總結氧化還原反應電子轉移的化學術語的表達步驟：①變成變價元素的化合價、②畫出線橋（注意箭頭）、③標出轉移電子的數目.然后練習用所學方法表達CH4+2O2CO2+2H2O反應的電子轉移情況.

[設置目的]通過挖掘氧化還原反應的概念的內涵建構氧化劑、還原劑的模型認知，讓學生在認知層面再次發展，表達豐滿了化學知識體系，也培養了學生敢于質疑，勇于解疑的思維能力，是形成學科素養必須親歷的過程.

四、用科學實驗證明收集證據來體驗化學理論的源頭

情景4 有一類非金屬單質Cl2、Br2、I2，被稱為鹵素單質，實驗證明它們都具有氧化，但強弱是不相同的.化學原理認為“性強可以生成性弱”.

導學4 通過分組實驗讓學生來證明Cl2、Br2、I2氧化性的強弱.

給出試劑：新制的氯水、四氯化碳、溴化鉀溶液、碘化鉀溶液等.

通過自己設計實驗操作完成下列幾項任務：

①實驗操作;

②實驗現象及相關的化學方程式;

③單質的氧化性比較.

[思考]在一個反應中物質的氧化性或還原性的強弱由什么決定？

電子白板展示 （用所學概念來表達一個氧化還原反應）：

性質強弱都是：××劑（反應物）強于××產物（××指的是氧化或還原）.

[設置目的]通過實驗解除學生學習過程的疲勞感，讓課堂充滿一種合作探究的活躍氛圍，可以燃燒學生求知的激情，讓智慧在合作中迸發，讓能力在探究中成長.學生的操作設計可以不同，但結果是異曲同工了，這一分組實驗環節可以達成科學探究與創新意識的核心素養層面的建構之效了.

總之，證據推理與模型認知是上好一節新課，如氧化還原反應課堂教學的主心骨.通過教學實踐過程中的體驗、感悟發現證據推理與模型認知是課程設計的最基本要求，它貫穿于學生對新知的認識過程，是學生的情感、態度、價值觀在學科素養上整合的產物.筆者相信在課堂上只要做到從已有的知識情景建構新知的模型認知;用化學基本理論挖掘新知的本質內涵;在熟知的知識框架中豐滿化學概念體系;用科學實驗證明收集證據來體驗化學理論的源頭，那么，幫助學生建構化學核心素養一定是水到渠成，馬到成功.

參考文獻：

[1]倪霞.基于證據推理與模型認知視角下的教學實踐——以“配合物的形成和應用”為例[J].化學教與學，2018（7）：21-23.

[2]孫宇紅.生活即教育——“生活中的氧化還原反應”教學實錄及反思[J].化學教與學，2014（12）：66-67.

[3]周玉娟.《氧化還原反應》的教學反思[J].中學教學參考，2012（14）：81.

[責任編輯：季春陽]