“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”引領(lǐng)下的教學(xué)實(shí)踐

華麗芬

摘要：通過(guò)建構(gòu)氧化還原反應(yīng)認(rèn)知模型，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)可通過(guò)氧化還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)含有不同價(jià)態(tài)同種元素的物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)化。通過(guò)創(chuàng)設(shè)情境一提出假設(shè)一實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一收集證據(jù)一論證推理一得出結(jié)論的方式，知道通過(guò)氧化還原反應(yīng)可以探索物質(zhì)性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化，認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化在促進(jìn)社會(huì)文明進(jìn)步中的重要價(jià)值。

關(guān)鍵詞：證據(jù)推理;模型認(rèn)知;氧化還原反應(yīng);脫氧劑

文章編號(hào)：1008-0546（2019）06-0034-03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.06.010

一、研究背景

人們?yōu)榱搜娱L(zhǎng)食品的保存期限，在食品包裝上采用了很多方法，例如真空、充氣、防潮（干燥劑）、氣調(diào)（脫氧劑）等。脫氧劑的研制最初是為了防止變壓器等設(shè)備的起火和爆炸，日本脫氧劑發(fā)展迅速，1943年就成功研制食品用鐵系脫氧劑。我國(guó)脫氧劑開發(fā)、研究和應(yīng)用起步較晚，但近年來(lái)發(fā)展迅速，目前研制出無(wú)機(jī)和有機(jī)兩大類脫氧劑，其中無(wú)機(jī)系列包括鐵系脫氧劑、亞硫酸鹽系脫氧劑等，有機(jī)系列包括抗壞血酸類、兒茶酚類、葡萄糖氧化酶和維生素E類等。

鐵系脫氧劑是目前使用較為廣泛的一類脫氧劑，其主要成分是活性鐵粉，去除包裝袋內(nèi)的游離氧和溶解氧效果顯著，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，1g鐵粉理論上可以脫除約1500mL空氣中的氧。鐵系脫氧劑的輔料有鹽、活性炭等，輔料的種類和用量都會(huì)影響鐵系脫氧劑的脫氧效果，比較適宜的配方是：還原鐵粉（1g）、氯化鈉（0 5g）、結(jié)晶碳酸鈉（0.4g）、無(wú)水氯化鈣（0.1g）、活性炭（0.1g）。鐵系脫氧劑脫氧的原理類似鐵在潮濕的空氣中發(fā)生的吸氧腐蝕，使用過(guò)的脫氧劑有結(jié)塊現(xiàn)象，顏色由黑變紅。

化學(xué)學(xué)科歷來(lái)十分重視實(shí)證研究，高中化學(xué)課程中所涉及的化學(xué)理論和原理，都是建立在對(duì)大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)（證據(jù)）進(jìn)行比較分析、歸納概括的基礎(chǔ)上的，之后還需要通過(guò)抽象和簡(jiǎn)化的方法建構(gòu)模型，再現(xiàn)物質(zhì)及其變化的基本規(guī)律。將脫氧劑這類物質(zhì)應(yīng)用到高一“氧化還原反應(yīng)”的教學(xué)中，一方面通過(guò)創(chuàng)設(shè)真實(shí)的情境，使學(xué)生親身體會(huì)到化學(xué)學(xué)科知識(shí)與生活的密切聯(lián)系，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)過(guò)程的趣味性，從而激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;另一方面，將食品包裝袋內(nèi)的脫氧劑變廢為寶，運(yùn)用到課堂教學(xué)中，有利于培養(yǎng)學(xué)生綠色化學(xué)的理念。

二、設(shè)計(jì)思路

“氧化還原反應(yīng)”內(nèi)容教學(xué)可安排三課時(shí)：第一課時(shí)，明確化學(xué)反應(yīng)有不同的分類方法，能夠從化合價(jià)升降角度判斷氧化還原反應(yīng)，能夠從電子得失角度理解氧化還原反應(yīng)，能夠關(guān)注化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的本質(zhì)原因。第二課時(shí)，建立氧化劑與還原劑的概念，了解氧化劑與還原劑有強(qiáng)弱之分，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究物質(zhì)的氧化性與還原性。第三課時(shí)，通過(guò)建構(gòu)氧化還原反應(yīng)認(rèn)知模型，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)可通過(guò)氧化還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)含有不同價(jià)態(tài)同種元素的物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)化。通過(guò)創(chuàng)設(shè)情境一提出假設(shè)一實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)一收集證據(jù)一論證推理一得出結(jié)論的方式，知道通過(guò)氧化還原反應(yīng)可以探索物質(zhì)性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化，認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化在促進(jìn)社會(huì)文明進(jìn)步，提高人民群眾生活質(zhì)量中的重要價(jià)值。

本文以“氧化還原反應(yīng)”第三課時(shí)“脫氧劑的應(yīng)用與研究”為例，探討“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”引領(lǐng)下的教學(xué)實(shí)施與評(píng)價(jià)。

三、教學(xué)實(shí)施與評(píng)價(jià)

環(huán)節(jié)一：教學(xué)導(dǎo)入

[情境1]生活中我們經(jīng)常會(huì)購(gòu)買一些零食，同學(xué)們有沒有關(guān)注過(guò)它的生產(chǎn)日期和保質(zhì)期？為什么要關(guān)注？為了防止食品變質(zhì)，延長(zhǎng)保存期限，生產(chǎn)商在食品的包裝上想了不少方法，看一看這些食品，采用了哪些方法？請(qǐng)你打開包裝，看看里面還有什么？

[學(xué)生活動(dòng)]積極回答，課堂氣氛活躍。

[學(xué)生表現(xiàn)]能準(zhǔn)確說(shuō)出真空、充氣兩種食品包裝的方法，但是干燥劑與脫氧劑會(huì)混淆。

[設(shè)計(jì)意圖]將生活中熟悉又陌生的“脫氧劑”引入教學(xué)，既激發(fā)了學(xué)生的好奇心，又為氧化還原反應(yīng)模型的建構(gòu)奠定了認(rèn)知基礎(chǔ)。

環(huán)節(jié)二：建構(gòu)模型

[學(xué)生活動(dòng)]閱讀資料卡，了解脫氧劑的種類與應(yīng)用。

[學(xué)生表現(xiàn)]知道氧氣是常見的氧化劑，脫氧劑能除去氧氣，所以它們是還原劑，具有還原性，在反應(yīng)中失電子，化合價(jià)上升，被氧化，發(fā)生氧化反應(yīng)，得到氧化產(chǎn)物。

[設(shè)計(jì)意圖]通過(guò)脫氧劑除去氧氣，建構(gòu)氧化還原反應(yīng)認(rèn)知模型：氧化劑+還原劑一氧化產(chǎn)物+還原產(chǎn)物。

[教師活動(dòng)]在黑板上寫下脫氧劑：氫氣、鐵、硫酸亞鐵、亞硫酸鈉。

[學(xué)生活動(dòng)]判斷脫氧劑工作后的產(chǎn)物（氧化產(chǎn)物）。

[學(xué)生表現(xiàn)]能準(zhǔn)確說(shuō)出氫氣、硫酸亞鐵、亞硫酸鈉的產(chǎn)物，鐵的氧化產(chǎn)物有氧化亞鐵、氧化鐵、四氧化三鐵三種答案。

[設(shè)計(jì)意圖]形成認(rèn)知沖突，為后續(xù)的證據(jù)推理提供素材。

環(huán)節(jié)三：證據(jù)推理

[情境2]有兩袋鐵系脫氧劑，一袋由于沒有妥善保管，在空氣中暴露時(shí)問(wèn)過(guò)長(zhǎng)，如何將它快速鑒別出來(lái)？

[學(xué)生活動(dòng)]提出假設(shè)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

[學(xué)生表現(xiàn)]學(xué)生已有的認(rèn)知水平使他們具備了一定的科學(xué)探究能力。

[學(xué)生活動(dòng)]收集證據(jù)，論證推理，得出結(jié)論。

[設(shè)計(jì)意圖]能從物質(zhì)及其變化的事實(shí)中提取證據(jù)，對(duì)有關(guān)化學(xué)問(wèn)題提出假設(shè)，能依據(jù)證據(jù)證明假設(shè)。

[情境3]食品廠生產(chǎn)的一批蛋糕在運(yùn)輸過(guò)程中，發(fā)生個(gè)別包裝袋破損漏氣的情況，如果袋內(nèi)脫氧劑失效，則食品極易變質(zhì)?，F(xiàn)工廠緊急召回這批產(chǎn)品，對(duì)袋內(nèi)脫氧劑進(jìn)行檢測(cè)，若脫氧劑還有效，則這批產(chǎn)品可回收，否則將銷毀。有哪些方法可以鑒別？

[學(xué)生活動(dòng)]提出假設(shè)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，收集證據(jù)，論證推理，得出結(jié)論。

[學(xué)生表現(xiàn)]對(duì)脫氧劑變質(zhì)到哪種程度，學(xué)生沒有判斷經(jīng)驗(yàn)，所以大多數(shù)學(xué)生還是采取了上一實(shí)驗(yàn)的方法，但部分學(xué)生已經(jīng)能從微觀角度進(jìn)行分析。由于用吸鐵石這種物理方法效果不明顯，加稀硫酸后由于雜質(zhì)較多又難以觀察現(xiàn)象，學(xué)生提出需要過(guò)濾后再進(jìn)一步驗(yàn)證。

[設(shè)計(jì)意圖]能從宏觀和微觀結(jié)合上收集證據(jù)，能依據(jù)證據(jù)從不同視角分析問(wèn)題，推出合理真實(shí)的結(jié)論。

環(huán)節(jié)四：提升認(rèn)知

[情境4]某檢測(cè)員加稀硫酸也沒有看到明顯的氣泡，查閱資料后發(fā)現(xiàn)一條信息：在含有Fe³⁺的溶液中加入1滴硫氰化鉀（KSCN）溶液，立即變成血紅色，若Fe³⁺濃度增大，則顏色會(huì)變深。

[學(xué)生活動(dòng)]過(guò)濾后，取兩滴濾液，滴加硫氰化鉀溶液，看到血紅色。

[學(xué)生表現(xiàn)]學(xué)生獲得新知識(shí)后能很快運(yùn)用，并積極思考如何獲得更多的硫酸鐵。

[教師活動(dòng)]引導(dǎo)學(xué)生回顧氧化還原反應(yīng)認(rèn)知模型：氧化劑+還原劑=氧化產(chǎn)物+還原產(chǎn)物

[學(xué)生活動(dòng)]如果有鐵粉，加稀硫酸后就有硫酸亞鐵，只要找個(gè)氧化劑，就能將硫酸亞鐵轉(zhuǎn)化為硫酸鐵，顏色就會(huì)變深。氧氣是常見氧化劑，但是反應(yīng)慢。

[教師活動(dòng)]PPT展示九年級(jí)化學(xué)教材關(guān)于實(shí)驗(yàn)室制取氧氣的反應(yīng)：過(guò)氧化氫二氧化錳→水+氧氣

[學(xué)生活動(dòng)]滴加1滴雙氧水后，溶液顏色明顯加深，得出結(jié)論，脫氧劑中還有鐵粉，所以有效。

[學(xué)生表現(xiàn)]學(xué)生通過(guò)應(yīng)用氧化還原反應(yīng)認(rèn)知模型，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到氧化劑（過(guò)氧化氫）的氧化性比氧化產(chǎn)物（氧氣）強(qiáng)，運(yùn)用氧化還原原理可以實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化。

[設(shè)計(jì)意圖]能依據(jù)各類物質(zhì)及其反應(yīng)的不同特征尋找充分的證據(jù)，能對(duì)復(fù)雜的化學(xué)問(wèn)題情境中的關(guān)鍵要素進(jìn)行分析以建構(gòu)相應(yīng)的模型，并運(yùn)用模型解決關(guān)鍵問(wèn)題。

四、實(shí)踐感悟

“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”引領(lǐng)下的教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)踐是要培養(yǎng)學(xué)生通過(guò)真實(shí)的探究活動(dòng)具有證據(jù)意識(shí)，知道可以通過(guò)分析、推理等方法認(rèn)識(shí)研究對(duì)象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系;通過(guò)建立認(rèn)知模型，并運(yùn)用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象，揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律。

化學(xué)日常學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)應(yīng)與課堂教與學(xué)活動(dòng)有機(jī)融合在一起，本節(jié)課通過(guò)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究、小組討論、方案設(shè)計(jì)等活動(dòng)中的表現(xiàn)，運(yùn)用提問(wèn)、點(diǎn)評(píng)、小組加分等方式，對(duì)學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的質(zhì)量和化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展水平給予及時(shí)的把握。