ADI模式在高中化學課堂教學中的應用

一、問題提出

新課程改革強調教育者要積極探索以情境、問題為導向，提倡互動式、啟發式、探究式、體驗式的課堂教學模式。論證式探究教學模式（Argument-Driven Inquiry instructional Model）簡稱ADI。該教學模式建立在構建主義理論和認知學習理論的基礎上，將活動探究和教學實踐相結合，教師引導學生參與到論證和探究的過程中。Driver，Newton和Osborne認為學生在經歷論證中獲取了科學知識、本質原因、模型構建、猜想與主張等一系列過程的學習就是學習如何去思考，就是沉浸式學習的過程，有利于學生認知的發展。

在實際教學中教師往往急于傳授知識：給出電解池的工作原理、構成條件、放電順序，反復練習不同電解池裝置的電極反應式的書寫，學生學得枯燥乏味，教學效果也不盡如人意！ADI教學模式有助于學生深入理解科學概念、有效達成教學目標。該教學模式的步驟（見圖1）。

二、教學分析

（一）目標分析

認識電解裝置是實現物質轉化和儲存能量的具體應用。通過實驗自主探究構建電解池的工作原理、構成條件，建立相應的工作原理模型；利用構建的模型結合新電解裝置的實驗現象總結出離子放電順序的經驗規律；提升宏（實驗現象）、微（微粒的移動）、符（電極反應式和電解總反應式的書寫）三重表征能力。通過分析不同電壓下惰性電極電解FeCl2溶液的實驗現象，體會離子的放電順序、濃度和電解的電壓有關，培養學生變化觀念與平衡思想的化學核心素養，避免思維固化。

（二）學情分析

已具備的基礎：剛剛學習了原電池的工作原理，具備了利用氧化還原理論分析電極反應的能力，知道電池裝置中離子、電子的移動方向。在初中已學過電解水能生成氫氣和氧氣；在必修2第八章第一節自然資源的開發利用中已了解了工業上用電解法制備活潑的金屬鈉、鎂、鋁；知道氯化鈉溶液電解的產物是燒堿、氫氣和氯氣。以上僅處于淺層次的了解，缺少對電解本質原因的認識。另外，從情感上電解和生活離得太遠，電解主要用在工業上，難以引起學生情感的共鳴。

學習的疑難點：電解池的工作原理和兩極的放電順序比較抽象，學起來比較枯燥乏味，學習的主要困難在判斷放電順序，不能將氧化還原反應中的先后規律遷移到電解池的放電順序上。

能挖掘的優勢：高二的學生化學知識儲備較多，具備分析、解釋實驗現象的能力，具備一定的概括整理能力。教師可利用實驗探究激發學生的學習的興趣；利用教學模型的構建和完善，培養學生解決陌生的電解池的能力，培養模型認知能力。

三、ADI模式下的教學流程

（一）設計框架（見文末圖2）

（二）教學過程

▲環節一 引入情境定任務

實驗情境：凈化空氣，環境的消毒是一個重要環節，你知道用一根USB消毒液生成器（展示圖片）和廚房里的食鹽在家里就能輕松制作消毒劑嗎？

教師演示：考慮到電源比較大，學生使用不方便，用汽車充電寶作電源，用滴有酚酞的飽和食鹽水為電解質溶液，連接電路，觀察到溶液顏色先變紅然后褪色，過程中偶爾還會出現紅色但很快消失。

學生：很感興趣，看到現象比較興奮。

任務問題1：溶液變紅是什么原因？設計實驗證明。紅色為什么消失？設計實驗證明。

學生1：紅色消失可能是酚酞被氧化了。

學生2：NaOH被氯氣反應完了。

學生3：NaOH溶液太濃了。

教師追問：如何用實驗證明？

實驗驗證：向褪色后的溶液中滴加酚酞或NaOH溶液或加水稀釋，滴加酚酞時溶液恢復紅色，說明學生1的猜想正確。

（設計意圖：以消毒液為話題實驗自制消毒劑，激發學生的興趣和好奇心。從已知的電解NaCl溶液的反應猜想消毒液形成的原因，思考電解NaCl溶液的實驗裝置，激發學生思考現象背后的本質原因，建構新舊知識間的聯系。）

▲環節二 實驗探究得結論

分組探究：以2B鉛筆芯為電極，用水寶寶作固定電極的載體以保證兩電極間隔一定的距離，用小玻璃瓶盛裝約10 mL滴有酚酞的飽和食鹽水，用9 V干電池作電源。組內代表匯報實驗現象。

學生1：與電源正極相連的石墨棒上產生氣體，與電源負極相連的石墨棒上產生氣體且由電極附近變紅逐漸向水寶寶外擴散。

學生2：用濕潤的淀粉KI試紙靠近與電源正極相連的水寶寶附近，發現變藍。

任務問題2：①根據實驗現象書寫兩極的電極反應式和總反應式，思考能量轉化的形式？②構建裝置中電子和離子的移動方向和電極反應類型的模型。

學生：小組合作，組內代表匯報結果，組間評價糾正。總結歸納，得出結論：

①將電能轉化成化學能，這樣的裝置叫“電解池”。②繪制“電解池”工作原理及兩極的反應類型的簡化圖。

（設計意圖：改進課本實驗，使用學生熟悉的物品，既能調動學生的學習積極性，又能激起學生的探究意識，培養創新能力、發散思維。同時微型實驗節約資源，減少了污染物，培養學生的科學態度與社會責任。根據已有的電解食鹽水的反應開展論證與探究活動，任務引領明確目的，通過對宏觀現象的分析，加強學生的微粒觀、能量守恒及宏、微、符三重表征能力。通過組內討論、組間糾正，自主構建完善的知識模型，培養學生的證據推理與模型認知能力。）

▲環節三 實驗探究構知識

任務問題3：改變電解質的成份或改變電極材料，結果會變化嗎？請設計實驗匯報實驗現象。

提供的用品：石墨棒（2B鉛筆芯）、鐵釘、銅絲、CuCl2溶液、Na2SO4溶液、飽和的NaCl溶液、淀粉KI試紙、石蕊試液、酚酞試液。

學生1：陰極換成鐵釘現象無明顯變化。

學生2：陽極換成銅絲時，銅絲表面產生藍色并由水寶寶逐漸向外擴散。

學生3：陰極換成鐵釘時，溶液換成CuCl2溶液時，鐵釘上附著紅銅，陽極產生使濕潤的淀粉KI試紙變藍的氣體——Cl2。

學生4：溶液換成CuCl2溶液時，陰極石墨棒上附著紅銅，陽極產生使濕潤的淀粉KI試紙變藍的氣體——Cl2。

學生5：溶液換成Na2SO4溶液時，兩極石墨上均產生氣體。向陰陽兩極附近的溶液中分別滴加酚酞和石蕊，觀察到酚酞變紅，加石蕊顏色變化不明顯。

學生6：陽極換成鐵釘時，陽極不再產生氣體，陰極仍然產生氣體，一會兒后發現溶液顏色變淺綠色且有一些渾濁，等等。

任務問題4：①根據匯報的實驗現象組內討論、思考兩極的放電順序，匯報結果。②符號表征宏觀現象的本質原因，書寫電極反應式和總反應式。③分析歸納微粒放電的順序，構建思路（見圖3）。

（設計意圖：通過設計實驗方案、收集實驗證據、分析證據形成初步結論，根據組間的匯報，結合組內的探究結果，相互論證，進行反思性討論。）

情境引入：FeCl3酸性溶液可以去除H2S的污染。反應后的廢液，通過控制電壓，電解可以重新得到FeCl3。

▲環節四 深度再探得結論

實驗探究：使用石墨作電極，在不同電壓下，電解0.1 mol/L，pH=1的FeCl2溶液。實驗表明，當電壓低于5伏陽極石墨表面無氣泡產生，取少量陽極區域的溶液，滴加KSCN溶液，溶液變為血紅色，說明有Fe3+產生；當電壓加到5 V時，陽極石墨表面產生明顯的氣泡，用濕潤的淀粉KI試紙靠近，試紙立刻變藍，同時取少量陽極區域的溶液滴加KSCN溶液，也產生血紅色溶液，說明有Fe3+和Cl2產生。

任務問題5：①根據氧化還原知識判斷Cl-和Fe2+的還原性關系？②當電壓低于5 V陽極石墨表面雖然無氣泡，但Fe3+產生的原因也可能是Cl-在陽極放電，生成的Cl2將Fe2+氧化，所以需進一步驗證Cl-是否在陽極放電。

實驗探究：不同電壓下電解pH=1的0.2 mol/LNaCl溶液。

實驗表明當電壓低于3 V時陽極沒有檢驗到Cl2，當電壓加到5 V時陽極石墨上聚集了較多的氣泡，用濕潤的淀粉KI試紙靠近電極，試紙立刻變藍。

任務問題6：上述實驗事實說明了什么問題？

學生：組內討論，匯報。

（設計意圖：根據高一所學Cl2將Fe2+氧化得知Fe2+的還原性強于Cl-，按照構建的放電順序，應該是Fe2+優先放電，通過控制電壓，電解相同Cl-濃度的食鹽水驗證了Fe2+先于Cl-放電，同時意會到控制電壓或改變離子濃度能改變離子的放電情況。）

▲環節五 類比遷移測評價

任務問題7：①以Fe棒和Al棒為兩電極材料的水質電解器檢測自來水水質。自來水立刻變渾變色，還產生了絮狀物。說明水質很差，有科學道理嗎？②工業上，電解NO可制備NH4NO3生產氮肥，根據圖4分析制備NH4NO3的原理，寫出方框中微粒的符號。③以小組為單位撰寫電解相關的報告，總結實驗論據以書面形式展現。

（設計意圖：新課程十分重視課堂教學中的教學評價，教學評價是素養教學的核心環節。教學評價的問題設置要有意識地關注學生的學業質量，學業質量要求學生能運用化學原理和方法解釋或解決生產、生活中與化學有關的實際問題；能用數據、圖表、符號等描述實驗證據并據此進行分析、推理形成結論。）

四、教學反思

通過以上案例設計和實施可見，ADI教學模式提倡學生自主完成探究、分析現象、尋找規律、總結歸納形成文字報告，注重學生的輸出。在論證、探究過程中充分體現了以學生為主體，以任務問題驅動學生思考總結，引發學生深度思維，培養學生的自主學習能力和學習興趣。教師通過探究獲取知識結論，既培養了學生的合作學習能力，又培養了學生的邏輯推理能力和探究能力。

（一）適用的化學教學內容較廣泛

論證式的探究教學適用于多個高中化學課堂教學。如，元素化合物知識、探究反應速率的影響因素、有機物性質的探究、有機合成路線的選擇、探究影響平衡的因素、沉淀轉化的原理探究、電池放電效率的探究等。ADI教學模式可以有效改變灌輸式課堂，活躍課堂氣氛的同時發散學生的思維。

（二）有利于校本課程的開發和實施

目前，高中課堂時間約40～45min，有的論證式探究教學內容較為復雜，探究過程較長，教師選取這樣的教學內容，以ADI教學模式開展教學，一個學期安排幾個探究主題作為校本課程實施，挖掘學生的學科潛能，培養合作探究能力。

（三）有利于推動學習共同體的發展

ADI教學中的探究活動往往以小組為單位完成任務、尋找論證。學生輪流匯報，組間糾正，完善結論，教師及時給予評價，最后以小組的總結報告作為終極評價。探究活動中加強了合作學習、批判性學習，提高了學生的參與度和共同學習的能力。

ADI教學模式的實施有利于提高教學質量和學生的學科核心素養。但ADI教學模式在化學課堂中實施不夠廣泛，存在一些問題，如課時時長不夠、評價工具不全、學生的科學寫作水平不高、教師的教學觀念難扭轉等。在新課改的道路上，我們需要不斷創新，讓ADI教學模式更加完善地應用到化學教學中。