基于“證據(jù)推理和模型認(rèn)知”的元素化學(xué)教學(xué)

杜博

摘要：以氨和銨鹽的教學(xué)為例，探討元素化學(xué)中培育“證據(jù)推理和模型認(rèn)知”的教學(xué)實(shí)踐;通過關(guān)聯(lián)性問題和任務(wù)的設(shè)置，培育學(xué)生發(fā)現(xiàn)證據(jù)，邏輯推理，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，建立模型，完善模型能力，并嘗試建立“證據(jù)推理和模型認(rèn)知”的教學(xué)流程。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);氨和銨鹽;證據(jù)推理;模型認(rèn)知

文章編號(hào)：1008-0546（2020）10-0077-04

中圖分類號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi： 10.3969/j.issn.1008-0546.2020.10.020

高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括“宏觀辨識(shí)與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知、實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識(shí)、科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任”共五項(xiàng)素養(yǎng)[1]。但是核心素養(yǎng)的培育從來都不是一蹴而就，需要貫穿到整個(gè)高中化學(xué)學(xué)習(xí)的始終。五大核心素養(yǎng)是相輔相成的整體，這需要一線的教師從學(xué)生全面發(fā)展角度綜合思考，如何在不同的階段、不同的教學(xué)內(nèi)容上實(shí)施策略。有的教學(xué)內(nèi)容側(cè)重于某一核心素養(yǎng)在不同水平的培育[2]，有的則需要綜合考慮各個(gè)核心素養(yǎng)培育。元素化學(xué)是落實(shí)“證據(jù)推理和模型認(rèn)知”素養(yǎng)的重要載體，本文以氨和銨鹽性質(zhì)學(xué)習(xí)為例探討在元素化學(xué)學(xué)習(xí)中著重落實(shí)“證據(jù)推理和模型認(rèn)知”素養(yǎng)。

一、基于“證據(jù)推理和模型認(rèn)知”素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)分析

“氨和銨鹽”是人教版必修l第四章第四節(jié)內(nèi)容，課程標(biāo)準(zhǔn)要求：能結(jié)合真實(shí)情境中的應(yīng)用實(shí)例或通過實(shí)驗(yàn)探究，了解氮及其重要化合物的主要性質(zhì)，認(rèn)識(shí)這些物質(zhì)在生產(chǎn)中的應(yīng)用和對生態(tài)環(huán)境的影響。在進(jìn)行氨和銨鹽的學(xué)習(xí)之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了氯、硫及其化合物，具備基本的微粒觀念;也學(xué)習(xí)了氮的氧化物的性質(zhì)，對于氮元素不同價(jià)態(tài)物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化具備一定的認(rèn)知水平;初中已經(jīng)完成了銨鹽化肥的學(xué)習(xí)，對于銨鹽的性質(zhì)有一定了解。然而受限于學(xué)科知識(shí)和學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生對于氨態(tài)氮元素的存在感知不足，綜合以上分析，氨和銨鹽知識(shí)和素養(yǎng)分析如表l所示。

二、證據(jù)推理和模型認(rèn)知教學(xué)設(shè)計(jì)思路

證據(jù)推理和模型認(rèn)知的實(shí)施，往往離不開科學(xué)探究，需要以具體的化學(xué)問題的解決為載體。在解決具體化學(xué)問題的任務(wù)中，發(fā)現(xiàn)證據(jù)線索，提出猜想，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并得出結(jié)論，從而建立認(rèn)知模型，并運(yùn)用模型。然而對于物質(zhì)的認(rèn)識(shí)從來都不是一步到位的，學(xué)生在應(yīng)用模型的過程中，發(fā)現(xiàn)新的證據(jù)，完善模型，從而實(shí)現(xiàn)認(rèn)知水平的螺旋上升。學(xué)生主體的活動(dòng)及其能力素養(yǎng)目標(biāo)關(guān)系如圖1所示：

三、教學(xué)實(shí)施——基于證據(jù)推理和模型認(rèn)知

1.真實(shí)情景——基于生活經(jīng)驗(yàn)的素材

【情境導(dǎo)入】老師剛剛從衛(wèi)生間路過，發(fā)現(xiàn)里面的氣味似乎不太好聞。不知道大家留意到了沒有？

【學(xué)生】熱烈積極響應(yīng)，紛紛表示印象深刻，特別是夏天更加明顯。

【提出問題】①依據(jù)生物知識(shí)，尿液的主要成分有哪些？

②該成分和刺激性氣味有何關(guān)系？為何夏天更加突出？

③有什么方法可以減少或消除這種氣味？

【素材展示】這個(gè)尿液中的一種成分——尿素的性質(zhì)。

【學(xué)生討論】學(xué)生具備基本的生物學(xué)知識(shí)，容易得出①的結(jié)論為水和尿素等;依據(jù)元素組成，推測問題②的成因可能是：溫度升高容易分解，而生成含CO2和NH3，進(jìn)一步推斷出該刺激性氣味可能為氨氣。對于問題③則不容易得出結(jié)論。

設(shè)計(jì)意圖：青春期的學(xué)生具有強(qiáng)烈的好奇心，基于生活的真實(shí)情景往往更能夠吸引他們的注意力。這個(gè)情景雖然“不雅”，但是對于生活中的現(xiàn)象的研究和解釋卻是重要的科學(xué)精神。

2.證據(jù)推理——科學(xué)認(rèn)知氨氣

【教師引導(dǎo)】問題1：如何用簡單的方法證明該刺激性氣味就是氨氣導(dǎo)致？

【學(xué)生討論】直接聞氨氣的氣味，相對比就可以了。

【實(shí)驗(yàn)證據(jù)】分組實(shí)驗(yàn)，分別煽聞濃氨水，發(fā)現(xiàn)該氣味和廁所刺激性氣味的一致。

【教師引導(dǎo)】問題2：那為何廁所里該氣味久久不能散去？

【學(xué)生討論】分組討論，提出猜想：①通風(fēng)不好;②水（尿液）中有較多的氨氣，不利于擴(kuò)散;

【教師追問】若猜想②正確，其可能原因是什么？

【學(xué)生推理】氨氣的溶解度比較大。

【實(shí)驗(yàn)證據(jù)】用礦泉水瓶收集一瓶氨氣，將吸有少量水（5mL）的注射器插入瓶蓋中，將注射器內(nèi)的水注入其中，學(xué)生觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

【學(xué)生匯報(bào)】礦泉水瓶發(fā)出“咔咔”的聲音，并劇烈收縮。

【學(xué)生推理】礦泉水瓶收縮→瓶內(nèi)壓強(qiáng)減小→瓶內(nèi)氣體減少→氣體溶解于少量水→氨氣極易溶于水。

【數(shù)據(jù)支持】查閱溶解度信息，發(fā)現(xiàn)l體積水最多能溶解700體積的氨氣。

【小結(jié)】可見，廁所刺激性氣味不易散盡，氨氣在水中溶解很大是主要原因之一。將氨氣溶于水，便可制得肥效高于有機(jī)農(nóng)肥的氨水。

【認(rèn)知遷移】演示噴泉實(shí)驗(yàn)如圖2：

學(xué)生觀察并記錄、匯報(bào)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：①燒杯中液面倒吸人燒瓶中，②液體變?yōu)榧t色。

【教師引導(dǎo)】問題3：使酚酞變紅的微粒是什么？原理是什么？

【學(xué)生推理】該物質(zhì)能電離出氫氧根→有堿性物質(zhì)生成。

【學(xué)生質(zhì)疑】氨氣的分子式中并無氧元素，那氫氧根從何而來？

【學(xué)生推理】所得水溶液中水分子有氧元素，推測可能是與水反應(yīng)生成堿，電離出氫氧根。

【教師追問】能否設(shè)計(jì)進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)，證實(shí)上述推斷？

【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】可以和鐵鹽、鋁鹽作用。

【學(xué)生實(shí)驗(yàn)】分組實(shí)驗(yàn)，交流匯報(bào)。

【教師引導(dǎo)】已知氨氣與水反應(yīng)得到一種一元弱堿，寫出該弱堿的化學(xué)式，并寫出其電離方程式。

【認(rèn)知建?！縉H3+H2O=NH3·H2O=NH4+OH-

設(shè)計(jì)意圖：從了解廁所刺激性氣味到研究刺激性氣體成因——“氨氣”的性質(zhì)，從生活經(jīng)驗(yàn)到科學(xué)探析。通過探究廁所刺激性氣味久久不能散去的原因，認(rèn)知氨氣的物理性質(zhì)。在研究溶解性的過程中，發(fā)現(xiàn)了新的線索，從物理性質(zhì)（氣味、溶解性等）自然過渡到化學(xué)性質(zhì)。并通過理論分析、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并驗(yàn)證等認(rèn)知氨水（主要成分NH3·H2O）具有堿性的本質(zhì)特征，宏觀和微觀相結(jié)合，初步運(yùn)用模型，遷移認(rèn)知其化學(xué)性質(zhì)。