基于“證據推理”的教學設計
——以“金屬防護和廢金屬回收”為例

高 敏

（常州市武進區湖塘實驗中學 江蘇 常州 213161）

新課標提出了“發展學生化學學科核心素養”的基本理念［1］，對學生基于實驗事實進行證據推理并推測物質及其變化的思維能力的培養提出了明確要求。“證據推理”是指基于證據提出可能的假設，運用推理思維證實或者證偽，最終形成合理的結論。“證據推理”是化學學習中的重要思維方式。筆者以滬教版初中化學教材第5章第3節“金屬防護和廢金屬回收”為例，嘗試設計相互關聯的、有層次的、系列化的教學活動，促進學生“證據推理”為主的素養發展。

一.教學設計思路

1.教材分析

本章是化學教科書中首次系統地介紹“金屬與金屬礦物”，教材圍繞“金屬的性質、金屬礦物存在的形態、金屬用途、金屬的冶煉、金屬腐蝕的防護”等問題進行了探究，在此之前，本冊教科書第二章已經安排了氧氣、水等相關知識的學習。教材對物質的研究從“單個”走向“一類”，難度螺旋上升。通過前面章節內容的學習，學生已經初步掌握了研究物質的基本思路和方法。本節課的知識內容與生活實際聯系緊密，如果充分挖掘生活素材，可以很好地體現趣味性和探究性。

2.學情分析

通過前面章節的學習，學生已經認識了“緩慢氧化”、知道金屬會與氧氣發生反應，已掌握學習關于元素化合物這個板塊的一般思路與方法，對金屬的性質有了充分的認識，對金屬在自然界的存在，金屬在生產、生活中的應用，金屬的冶煉方法有了明確的認知。通過化學以及物理學科的學習，學生也已建立微觀視角、對比、定量研究等學科思維，具備一定的實驗探究能力。金屬銹蝕現象在生活中也比較常見，相當一部分學生已經知道鐵生銹的條件是要有氧氣和水，學生的疑惑往往在于鐵生銹的復雜過程，學習重點在于學生對鐵生銹這一變化的辯證認識。

3.教學目標

依據2022年版新課標要求，聚焦學生化學學科核心素養的提升，滬教版“金屬防護和廢金屬回收”的課時教學目標設計［2］見圖1。

圖1 教學目標設計

4.教學思路

為達成教學目標，本節課設計了“識銹”“探銹”“防銹”“用銹”四個教學環節，用豐富的生活情境、真實的實驗活動、螺旋上升的問題鏈貫穿整個教學過程。如圖2。

圖2 教學設計思路

二、教學過程

1.實驗探究，感知鐵銹

［情境1］播放一組校園的精美照片，伴隨著悅耳動聽的音樂，將畫面遷移到部分生銹的水管上，不斷推動鏡頭，將視線聚焦到滴水管上的鐵銹。

［過渡］金屬銹蝕是生活中常見的現象，美麗的校園出現了銹跡，今天我們就以校園之“銹”展開學習。結合同學們生活中收集到的生銹物品，以小組為單位，觀察同伴們帶來的銹制品，利用桌上的儀器（自帶的生活用品、生銹的鐵圈、鐵釘、電路元件、磁鐵等），感知鐵銹與鐵的差異。

［問題1］鐵銹與鐵在性質上有哪些差異？

［學生］動手實驗并匯報實驗結果：

實驗1：戴手套觸摸鐵銹，感受鐵銹的疏松多孔。

實驗2：設計并聯電路測鐵與鐵銹的導電性（如圖3）。

圖3 驗證鐵與鐵銹導電性的電路圖

實驗3：利用磁鐵，檢驗鐵銹的磁性。

實驗4：鐵、鐵銹分別與稀鹽酸反應。

［問題2］鐵生銹有哪些危害？

［學生］觀看短視頻《脆弱的鐵銹》，交流分享自己所知道的鐵生銹的危害。

［學生甲］自來水管老化生銹，出來的水是黃色的，不利于人體健康。

［學生乙］天然氣管道生銹，導致天然氣泄漏。

［學生丙］空調支架如果生銹，會導致空調墜落。

設計意圖：通過設置源于生活的問題情境，引發學生利用化學知識解釋生活問題的深度思考，學生在解決問題的過程中訓練了證據推理能力，并進一步建立安全和環保意識。

2.證據推理，揭秘生銹

［情境2］校園中拍攝到的生銹物品照片中，發現這幾個地方銹蝕最嚴重：浴室外墻滴水管下面的鐵質害井蓋、宿舍樓北面欄桿、綠蔭長廊中椅子底下的鐵質凳腳。

［問題3］如何設計實驗證明鐵生銹的條件？

［學生］分組研討交流實驗成果，上臺展示說明每支試管中控制的變量，以及實驗現象。基于證據推理，科學對比，得出鐵生銹的條件（圖4）。

圖4 探究鐵生銹條件的實驗方案

［追問1］：設計的實驗中，為什么要用迅速冷卻的沸水?

［教師］演示實驗：用溶氧探測儀測定普通的自來水和迅速冷卻的沸水的含氧量，分別為6.9 mg/L 和

0.1 mg/L。

［追問2］實驗室存放酸液的柜門把手銹蝕嚴重，而存放汽油的柜門把手卻完好無損。食堂后廚存放鹽的調味框有生銹跡象，而存放其他調味品的盒子保存完好，這是什么原因呢？

［師生］演示實驗：將相同的鐵絲放入相同的錐形瓶中，瓶內分別放等量的水和食鹽水（圖5），將連接錐形瓶的導管放入同一杯水中。相同時間內，比較導管中水上升的高度（圖6）。

圖5 探究食鹽對生銹速度的影響

圖6 對比兩種生銹環境中水柱的上升情況

［追問3］鋁的性質更加活潑，為什么鋁不會生銹？

［教師］演示鋁箔加熱實驗，鋁箔很快熔化，但是不滴落，就像塑料袋里裝滿水的感覺，引導學生推理出鋁表面有一層致密而結實的氧化膜。展示圖7。

圖7 氧化鋁截面圖

設計意圖：鐵生銹條件探究完成后，設計一系列追問，將學生思維引向深處。利用氧傳感器測定數據，進一步證實了迅速冷卻的沸水可以更好地創造有水無氧氣的實驗環境。實驗室存放酸液的柜門把手銹蝕嚴重，而存放汽油的柜門把手卻完好無損。食堂后廚存放鹽的調味框有生銹跡象，而存放其他調味品的盒子保存完好。用化學學科思維去分析生活問題，學生經歷觀察、猜想、模擬環境探究、基于實證思考總結、得出結論這樣完整的探究環節［3］。過程中學生的實驗探究精神、證據推理能力得到強化。

3.模型建構，探識防銹

［情境3］校園中拍攝到的一組金屬制品照片：籃球架、鍍鋅管、鐵藝圍墻、餐盤、搪瓷盆、電風扇等。

［問題4］生銹會導致鐵制品損失嚴重，如何防止鐵生銹呢？

設計意圖：通過校園中拍攝到的一組金屬防銹的照片，讓學生總結出校園里使用到的防銹方法。類比之前學習燃燒和滅火的方法，領悟出防止生銹的原理就是隔絕氧氣或者水，進一步滲透證據推理與模型認知等化學學科核心素養。

4.總結提升，應用生銹

［問題5］鐵生銹的過程可以為人們服務嗎？

［過渡］生活中鐵生銹的用途：食品保鮮劑、暖寶寶，鐵銹可作藥品。同學們根據操作步驟自制暖寶寶。

［學生］分組實驗，自制暖寶寶。

［追問4］暖寶寶中，活性炭和食鹽的作用是什么？（見表1）

［方法提示］結合實驗目的找準變量，通過橫向縱向對比，找相同點和不同點，尋求自變量和因變量的關聯。利用列表的方法輔助分析，基于實證，合理推理，解釋暖寶寶中活性炭和食鹽的作用。

［追問5］實驗室中有許多鐵圈生銹，能直接丟棄嗎？

［資料］重金屬造成的污染、危害。校園廢金屬回收再利用的案例。

［總結］從鐵生銹反應的物質和能量兩個角度加以利用，服務生活。

設計意圖：學習本節知識的時間正處于冬季，暖寶寶正當使用。出于好奇，許多學生有過撕開暖寶寶探究其成分的經歷，這節課的探究學習恰好能解決學生曾經有過的疑惑。暖寶寶的使用體驗，又可以為表1數據對比得出的結論提供證據。通過不斷追問，引導學生建立“節約資源，綠色利用”的學科觀念，形成科學態度和社會責任。

表1 暖寶寶中成分不同配比

三、教學反思

整節課的設計，給足學生自主探究的時間和空間，學生的課堂主體地位得到保障。課堂設計的總體思路是圍繞“創設問題化的課堂，以實驗探究的方式，立足證據推理素養滲透”展開教學。具體可簡單描述為通過視頻導入，帶領學生漫步校園，以校園的鐵制品為線索設計系列問題情境，引發學生的思考由淺入深，層層遞進。結合實物情境，在探究學習中引導學生逐步建立組成決定性質、性質決定用途、元素種類守恒等化學觀念。探究過程中，不斷鼓勵學生積極推理、解釋實驗現象背后的化學原理，逐步引發學生深度學習。

精心推敲教學方式，通過獨立思考、小組討論、實驗探究、采訪校總務處主任等設計，讓學生感悟廢金屬對環境的影響和回收的重要性。教學過程中嘗試破“知識立意”、興“方法立意”，以實現“從基于知識的傳授到基于思想方法的體驗”新課程理念的轉變。較好地實現了“證據推理與模型認知”等素養的提升。