基于證據(jù)推理和模型認(rèn)知的課堂教學(xué)建構(gòu)

柳文龍

摘? 要：基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的證據(jù)推理的課堂教學(xué)建構(gòu)，以“SO2的性質(zhì)”為例實(shí)施課堂教學(xué)，使學(xué)生學(xué)會(huì)用證據(jù)推理等方法，并能運(yùn)用知識(shí)與能力的建構(gòu)模型去思考和解決問題。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);證據(jù)推理;模型建構(gòu);SO2的性質(zhì)

一、問題背景

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》，在高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的證據(jù)推理與模型認(rèn)知維度中，要求：知道可以通過分析、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，建立認(rèn)知模型，并能運(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。

基于此，在教學(xué)實(shí)施過程中，要求從化學(xué)事實(shí)出發(fā)，注重學(xué)生過程性教學(xué)，著力引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)從化學(xué)現(xiàn)象探究化學(xué)本質(zhì)、從實(shí)驗(yàn)證據(jù)到演繹推理、從感性認(rèn)知到模型建構(gòu)，這是高質(zhì)量化學(xué)課堂對(duì)我們提出的新要求，也是落實(shí)化學(xué)核心素養(yǎng)的重要途徑。

以化學(xué)必修（2）第五章《化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素》的“SO2的性質(zhì)”教學(xué)為例分析如下。

二、教學(xué)設(shè)計(jì)

1.教學(xué)基本思路

通過問題階梯設(shè)置，進(jìn)一步誘導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)猜想，進(jìn)而通過實(shí)驗(yàn)，尋找證據(jù)學(xué)會(huì)推理，從而發(fā)展學(xué)生的認(rèn)知能力，通過整理歸納，形成了知識(shí)和問題解決的認(rèn)知模型，最后在實(shí)踐應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)模型認(rèn)知，以達(dá)到提高學(xué)生化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)為目的。

2.通過類比和推理建構(gòu)認(rèn)知模型

通過類比思想，引導(dǎo)學(xué)生從已知的CO2聯(lián)想SO2的性質(zhì)，再通過類比和推理，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)SO2和CO2既有共性又各有其特性。引導(dǎo)學(xué)生分析SO2中的S為+4價(jià)，處于中間價(jià)態(tài)，以此誘導(dǎo)學(xué)生猜想，得出SO2必定具有原性同時(shí)又具有氧化性。這是本節(jié)教學(xué)的重點(diǎn)之一。

3.通過預(yù)測和實(shí)證與推理形成認(rèn)知模型

引導(dǎo)學(xué)生通過SO2的價(jià)類二維圖，猜測SO2的化學(xué)性質(zhì)，通過實(shí)驗(yàn)觀察、推理、判斷，讓學(xué)生掌握SO2性質(zhì)及其應(yīng)用，從而學(xué)會(huì)對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的認(rèn)知建構(gòu)，并形成認(rèn)知模型。

三、課堂實(shí)錄

環(huán)節(jié)一：

【播放新聞片段】湖北宜都曾發(fā)生SO2泄露事故，108人出現(xiàn)中毒癥狀。

（學(xué)生）思考和認(rèn)知：SO2有毒，能引起呼吸道疾病，濃度高時(shí)會(huì)令人死亡。

【演示實(shí)驗(yàn)】展示一試管SO2，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)5-1：把充滿SO2、塞有橡膠塞的試管倒立在水中，在水面下打開橡膠塞，觀察試管內(nèi)液面的上升。待液面高度不再明顯變化時(shí)，在水下用橡膠塞塞緊試管口，取出試管，用pH試紙測定試管中溶液的酸堿度。

（學(xué)生）觀察現(xiàn)象，歸納SO2的物理性質(zhì)——無色有刺激性氣味的氣體，易溶于水，密度比空氣大，有毒。

【過渡】實(shí)驗(yàn)5-1中用pH試紙測出溶液顯酸性，說明了什么？

（學(xué)生）SO2與水反應(yīng)，且生成酸。

【方法指導(dǎo)】研究物質(zhì)的一般方法：1.從物質(zhì)的分類角度;2.從氧化還原性的角度;3.從特性的角度;4.與環(huán)境的關(guān)系角度。

環(huán)節(jié)二：

【類比總結(jié)】師生一起：從CO2性質(zhì)推測SO2的性質(zhì)（有酸性氧化物的通性）

1.與水反應(yīng)（實(shí)驗(yàn)5-1）：把充滿SO2、塞有橡膠塞的試管倒立在水中，在水面下打開橡膠塞，觀察試管內(nèi)液面的上升。待液面高度不再明顯變化時(shí)，在水下用橡膠塞塞緊試管口，取出試管，用PH試紙測定溶液酸堿度。

【補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)】用試管取1mL在實(shí)驗(yàn)5-1中得到的溶液加熱，在試管口放一藍(lán)色濕潤石蕊試紙，觀察到試紙變紅。

【思考】CO2與水反應(yīng)生成的H2CO3不穩(wěn)定，容易分解生成二氧化碳和水。從上實(shí)驗(yàn)證據(jù)推理，寫出SO2與水作用的反應(yīng)方程式。強(qiáng)調(diào)“在同一條件下，既能向正反應(yīng)方向進(jìn)行，同時(shí)又能向逆反應(yīng)方向進(jìn)行的反應(yīng)，叫做可逆反應(yīng)”。

【深度思考】將實(shí)驗(yàn)5-1中得到的溶液放置一段時(shí)間，再測溶液的PH，發(fā)現(xiàn)PH減小。說明溶液酸性增強(qiáng)。為什么？根據(jù)實(shí)驗(yàn)獲得證據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生大膽猜測——亞硫酸被氧氣氧化為酸性更強(qiáng)的硫酸。（2H2SO3+O2=2H2SO4）

【任務(wù)】引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用類比思想，思考并寫出2和3反應(yīng)

2.與堿反應(yīng)

3.與堿性氧化物的反應(yīng)

（學(xué)生）書寫化學(xué)方程式

【思考】能否說明能令澄清石灰水變渾濁的氣體是CO2？

【任務(wù)】請(qǐng)畫出SO2相關(guān)的價(jià)類二維圖。

（學(xué)生）根據(jù)價(jià)態(tài)，推測SO2的性質(zhì)——既有氧化性又有還原性。如何驗(yàn)證？

【補(bǔ)充演示實(shí)驗(yàn)】將SO2通入氫硫酸中，觀察到溶液變渾濁。證明SO2有氧化性;將SO2通入酸性KMnO4溶液中，觀察到溶液褪色，證明SO2有還原性。

【發(fā)散思維】還有哪些證據(jù)？——SO2通入氯水中，SO2的催化氧化等。

（學(xué)生）書寫相關(guān)的化學(xué)方程式。

【演示實(shí)驗(yàn)】實(shí)驗(yàn)5-2：用試管取2mL在實(shí)驗(yàn)5-1中得到的溶液，向其中滴入1-2滴品紅溶液，振蕩，觀察溶液的顏色變化。然后加熱試管，注意通風(fēng)，再觀察溶液的變化。

【思考】SO2有漂白性，可令某些有色物質(zhì)褪色，但原理跟因發(fā)生氧化還原而使溶液褪色的原理是否一致？——深入思考（學(xué)生由褪色后的品紅溶液加熱后又恢復(fù)為紅色的現(xiàn)象產(chǎn)生新的認(rèn)知）——推出結(jié)論：SO2的漂白原理是直接與有色物質(zhì)結(jié)合生成無色物質(zhì)，該無色物質(zhì)不穩(wěn)定。

【發(fā)散思維】SO2的漂白作用與次氯酸的漂白作用有何差別？

（學(xué)生）搜集證據(jù)，歸納推理出兩者的差別。

環(huán)節(jié)三：

【資料卡片】食品中的SO2：食品中添加適量的SO2可以起到漂白、防腐和抗氧化的作用。

【展示動(dòng)畫圖】工業(yè)制硫酸的原理示意圖：指出工業(yè)中的SO2是如何生成的和凈化的，其作用是什么。

【展示動(dòng)畫圖】酸雨的形成示意圖：了解硫酸型酸雨的形成過程，并指出生成酸雨的反應(yīng)原理。

（學(xué)生）歸納總結(jié)SO2在食品、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、自然界中的作用，從它的用途到與環(huán)境的關(guān)系中加深對(duì)SO2的認(rèn)識(shí)。

四、教學(xué)思考

認(rèn)知模型有助于學(xué)生將感性認(rèn)識(shí)上升至理性認(rèn)知，能助力學(xué)生對(duì)具體知識(shí)的解釋和理解，認(rèn)知模型可為學(xué)生提供了解決新的陌生問題時(shí)的思維支撐點(diǎn)，使其能夠依據(jù)認(rèn)知模型所蘊(yùn)含的本質(zhì)規(guī)律，在正確的學(xué)科觀點(diǎn)指導(dǎo)下，科學(xué)合理地分析問題和解決問題。

學(xué)生通過模型的建立，具備了分析和解決問題的能力，從而深刻體會(huì)到工業(yè)上是如何利用這些轉(zhuǎn)化關(guān)系，通過控制條件等方法，遵循生態(tài)文明思想，獲得相應(yīng)的化工產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)與資源利用的和諧統(tǒng)一，讓學(xué)生更加深刻地理解如何用學(xué)科觀念分析問題和解決問題，使學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)在真實(shí)的學(xué)習(xí)情境中得到提高，真正做到從陳述性知識(shí)到觀念性知識(shí)的提升。

參考文獻(xiàn)：

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