基于“證據(jù)推理”的教學(xué)設(shè)計(jì)
——以“金屬防護(hù)和廢金屬回收”為例

高 敏

（常州市武進(jìn)區(qū)湖塘實(shí)驗(yàn)中學(xué) 江蘇 常州 213161）

新課標(biāo)提出了“發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)”的基本理念［1］，對(duì)學(xué)生基于實(shí)驗(yàn)事實(shí)進(jìn)行證據(jù)推理并推測(cè)物質(zhì)及其變化的思維能力的培養(yǎng)提出了明確要求?！白C據(jù)推理”是指基于證據(jù)提出可能的假設(shè)，運(yùn)用推理思維證實(shí)或者證偽，最終形成合理的結(jié)論?！白C據(jù)推理”是化學(xué)學(xué)習(xí)中的重要思維方式。筆者以滬教版初中化學(xué)教材第5章第3節(jié)“金屬防護(hù)和廢金屬回收”為例，嘗試設(shè)計(jì)相互關(guān)聯(lián)的、有層次的、系列化的教學(xué)活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生“證據(jù)推理”為主的素養(yǎng)發(fā)展。

一.教學(xué)設(shè)計(jì)思路

1.教材分析

本章是化學(xué)教科書中首次系統(tǒng)地介紹“金屬與金屬礦物”，教材圍繞“金屬的性質(zhì)、金屬礦物存在的形態(tài)、金屬用途、金屬的冶煉、金屬腐蝕的防護(hù)”等問題進(jìn)行了探究，在此之前，本冊(cè)教科書第二章已經(jīng)安排了氧氣、水等相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)。教材對(duì)物質(zhì)的研究從“單個(gè)”走向“一類”，難度螺旋上升。通過前面章節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)初步掌握了研究物質(zhì)的基本思路和方法。本節(jié)課的知識(shí)內(nèi)容與生活實(shí)際聯(lián)系緊密，如果充分挖掘生活素材，可以很好地體現(xiàn)趣味性和探究性。

2.學(xué)情分析

通過前面章節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)認(rèn)識(shí)了“緩慢氧化”、知道金屬會(huì)與氧氣發(fā)生反應(yīng)，已掌握學(xué)習(xí)關(guān)于元素化合物這個(gè)板塊的一般思路與方法，對(duì)金屬的性質(zhì)有了充分的認(rèn)識(shí)，對(duì)金屬在自然界的存在，金屬在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用，金屬的冶煉方法有了明確的認(rèn)知。通過化學(xué)以及物理學(xué)科的學(xué)習(xí)，學(xué)生也已建立微觀視角、對(duì)比、定量研究等學(xué)科思維，具備一定的實(shí)驗(yàn)探究能力。金屬銹蝕現(xiàn)象在生活中也比較常見，相當(dāng)一部分學(xué)生已經(jīng)知道鐵生銹的條件是要有氧氣和水，學(xué)生的疑惑往往在于鐵生銹的復(fù)雜過程，學(xué)習(xí)重點(diǎn)在于學(xué)生對(duì)鐵生銹這一變化的辯證認(rèn)識(shí)。

3.教學(xué)目標(biāo)

依據(jù)2022年版新課標(biāo)要求，聚焦學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的提升，滬教版“金屬防護(hù)和廢金屬回收”的課時(shí)教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)［2］見圖1。

圖1 教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)

4.教學(xué)思路

為達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，本節(jié)課設(shè)計(jì)了“識(shí)銹”“探銹”“防銹”“用銹”四個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，用豐富的生活情境、真實(shí)的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)、螺旋上升的問題鏈貫穿整個(gè)教學(xué)過程。如圖2。

圖2 教學(xué)設(shè)計(jì)思路

二、教學(xué)過程

1.實(shí)驗(yàn)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(dòng)聽的音樂，將畫面遷移到部分生銹的水管上，不斷推動(dòng)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(xiàn)象，美麗的校園出現(xiàn)了銹跡，今天我們就以校園之“銹”展開學(xué)習(xí)。結(jié)合同學(xué)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(zhì)上有哪些差異？

［學(xué)生］動(dòng)手實(shí)驗(yàn)并匯報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

實(shí)驗(yàn)1：戴手套觸摸鐵銹，感受鐵銹的疏松多孔。

實(shí)驗(yàn)2：設(shè)計(jì)并聯(lián)電路測(cè)鐵與鐵銹的導(dǎo)電性（如圖3）。

圖3 驗(yàn)證鐵與鐵銹導(dǎo)電性的電路圖

實(shí)驗(yàn)3：利用磁鐵，檢驗(yàn)鐵銹的磁性。

實(shí)驗(yàn)4：鐵、鐵銹分別與稀鹽酸反應(yīng)。

［問題2］鐵生銹有哪些危害？

［學(xué)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(xué)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(xué)生乙］天然氣管道生銹，導(dǎo)致天然氣泄漏。

［學(xué)生丙］空調(diào)支架如果生銹，會(huì)導(dǎo)致空調(diào)墜落。

設(shè)計(jì)意圖：通過設(shè)置源于生活的問題情境，引發(fā)學(xué)生利用化學(xué)知識(shí)解釋生活問題的深度思考，學(xué)生在解決問題的過程中訓(xùn)練了證據(jù)推理能力，并進(jìn)一步建立安全和環(huán)保意識(shí)。

2.證據(jù)推理，揭秘生銹

［情境2］校園中拍攝到的生銹物品照片中，發(fā)現(xiàn)這幾個(gè)地方銹蝕最嚴(yán)重：浴室外墻滴水管下面的鐵質(zhì)害井蓋、宿舍樓北面欄桿、綠蔭長廊中椅子底下的鐵質(zhì)凳腳。

［問題3］如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明鐵生銹的條件？

［學(xué)生］分組研討交流實(shí)驗(yàn)成果，上臺(tái)展示說明每支試管中控制的變量，以及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。基于證據(jù)推理，科學(xué)對(duì)比，得出鐵生銹的條件（圖4）。

圖4 探究鐵生銹條件的實(shí)驗(yàn)方案

［追問1］：設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)中，為什么要用迅速冷卻的沸水?

［教師］演示實(shí)驗(yàn)：用溶氧探測(cè)儀測(cè)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(shí)驗(yàn)室存放酸液的柜門把手銹蝕嚴(yán)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(diào)味框有生銹跡象，而存放其他調(diào)味品的盒子保存完好，這是什么原因呢？

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

圖5 探究食鹽對(duì)生銹速度的影響

圖6 對(duì)比兩種生銹環(huán)境中水柱的上升情況

［追問3］鋁的性質(zhì)更加活潑，為什么鋁不會(huì)生銹？

［教師］演示鋁箔加熱實(shí)驗(yàn)，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(dǎo)學(xué)生推理出鋁表面有一層致密而結(jié)實(shí)的氧化膜。展示圖7。

圖7 氧化鋁截面圖

設(shè)計(jì)意圖：鐵生銹條件探究完成后，設(shè)計(jì)一系列追問，將學(xué)生思維引向深處。利用氧傳感器測(cè)定數(shù)據(jù)，進(jìn)一步證實(shí)了迅速冷卻的沸水可以更好地創(chuàng)造有水無氧氣的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。實(shí)驗(yàn)室存放酸液的柜門把手銹蝕嚴(yán)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(diào)味框有生銹跡象，而存放其他調(diào)味品的盒子保存完好。用化學(xué)學(xué)科思維去分析生活問題，學(xué)生經(jīng)歷觀察、猜想、模擬環(huán)境探究、基于實(shí)證思考總結(jié)、得出結(jié)論這樣完整的探究環(huán)節(jié)［3］。過程中學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究精神、證據(jù)推理能力得到強(qiáng)化。

3.模型建構(gòu)，探識(shí)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(fēng)扇等。

［問題4］生銹會(huì)導(dǎo)致鐵制品損失嚴(yán)重，如何防止鐵生銹呢？

設(shè)計(jì)意圖：通過校園中拍攝到的一組金屬防銹的照片，讓學(xué)生總結(jié)出校園里使用到的防銹方法。類比之前學(xué)習(xí)燃燒和滅火的方法，領(lǐng)悟出防止生銹的原理就是隔絕氧氣或者水，進(jìn)一步滲透證據(jù)推理與模型認(rèn)知等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

4.總結(jié)提升，應(yīng)用生銹

［問題5］鐵生銹的過程可以為人們服務(wù)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(xué)們根據(jù)操作步驟自制暖寶寶。

［學(xué)生］分組實(shí)驗(yàn)，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(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼覝?zhǔn)變量，通過橫向縱向?qū)Ρ?，找相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，尋求自變量和因變量的關(guān)聯(lián)。利用列表的方法輔助分析，基于實(shí)證，合理推理，解釋暖寶寶中活性炭和食鹽的作用。

［追問5］實(shí)驗(yàn)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(jié)］從鐵生銹反應(yīng)的物質(zhì)和能量兩個(gè)角度加以利用，服務(wù)生活。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)習(xí)本節(jié)知識(shí)的時(shí)間正處于冬季，暖寶寶正當(dāng)使用。出于好奇，許多學(xué)生有過撕開暖寶寶探究其成分的經(jīng)歷，這節(jié)課的探究學(xué)習(xí)恰好能解決學(xué)生曾經(jīng)有過的疑惑。暖寶寶的使用體驗(yàn)，又可以為表1數(shù)據(jù)對(duì)比得出的結(jié)論提供證據(jù)。通過不斷追問，引導(dǎo)學(xué)生建立“節(jié)約資源，綠色利用”的學(xué)科觀念，形成科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任。

表1 暖寶寶中成分不同配比

三、教學(xué)反思

整節(jié)課的設(shè)計(jì)，給足學(xué)生自主探究的時(shí)間和空間，學(xué)生的課堂主體地位得到保障。課堂設(shè)計(jì)的總體思路是圍繞“創(chuàng)設(shè)問題化的課堂，以實(shí)驗(yàn)探究的方式，立足證據(jù)推理素養(yǎng)滲透”展開教學(xué)。具體可簡單描述為通過視頻導(dǎo)入，帶領(lǐng)學(xué)生漫步校園，以校園的鐵制品為線索設(shè)計(jì)系列問題情境，引發(fā)學(xué)生的思考由淺入深，層層遞進(jìn)。結(jié)合實(shí)物情境，在探究學(xué)習(xí)中引導(dǎo)學(xué)生逐步建立組成決定性質(zhì)、性質(zhì)決定用途、元素種類守恒等化學(xué)觀念。探究過程中，不斷鼓勵(lì)學(xué)生積極推理、解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象背后的化學(xué)原理，逐步引發(fā)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。

精心推敲教學(xué)方式，通過獨(dú)立思考、小組討論、實(shí)驗(yàn)探究、采訪校總務(wù)處主任等設(shè)計(jì)，讓學(xué)生感悟廢金屬對(duì)環(huán)境的影響和回收的重要性。教學(xué)過程中嘗試破“知識(shí)立意”、興“方法立意”，以實(shí)現(xiàn)“從基于知識(shí)的傳授到基于思想方法的體驗(yàn)”新課程理念的轉(zhuǎn)變。較好地實(shí)現(xiàn)了“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”等素養(yǎng)的提升。