證據(jù)推理下的化學課堂教學
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摘要：物質性質的教學是初三化學教學內容中的重要部分。以探究二氧化碳性質為例，開展基于證據(jù)推理的物質性質教學，闡述了利用客觀事實、化學實驗等方式進行實證的化學課堂教學，對二氧化碳與水反應的實驗進行了較為深入的研究，促進了學生化學學科核心素養(yǎng)的提升。
關鍵詞：二氧化碳的性質；證據(jù)推理；化學學科核心素養(yǎng)
一、研究背景
證據(jù)推理是化學學科核心素養(yǎng)的重要內容?；瘜W實驗是培養(yǎng)學生證據(jù)推理意識的重要素材。筆者通過小組合作探究二氧化碳的性質，進行了基于證據(jù)推理的教學嘗試，使學生對二氧化碳的性質和用途有了科學的認識。通過學習，旨在讓學生能從識別物質的階段(即從混合物中識別出純凈物進行研究)過渡到具體物質的研究階段，建立多角度認識物質的方法：從組成、構成、用途、制備、性質、轉化等角度研究物質。基于此，課堂利用“汽水中的氣”創(chuàng)設問題情境，引入本節(jié)課的認識對象二氧化碳，然后結合課堂前測，讓學生對二氧化碳進行描述，有序梳理，幫助學生建立從多角度認識具體物質的方法，并在二氧化碳的性質和用途之間建立聯(lián)系，培養(yǎng)學生的證據(jù)推理意識。通過問題“為什么可樂被稱為碳酸飲料而不被稱為二氧化碳飲料？”引發(fā)學生思考，明確探究任務：二氧化碳溶于水的過程是否發(fā)生了化學反應？學生通過猜想、設計方案并實驗驗證，最后得出結論：二氧化碳與水生成了酸性物質。學生在解決問題過程中不斷為自己的猜想或結論尋找證據(jù)，從而推動探究活動順利進行。本節(jié)課系統(tǒng)學習了二氧化碳的知識，鍛煉了實驗探究能力，重點培養(yǎng)了學生證據(jù)推理的化學學科核心素養(yǎng)。
二、基于證據(jù)推理的主要教學環(huán)節(jié)
1.環(huán)節(jié)一：從真實情境出發(fā)展示打開可樂瓶蓋冒出大量泡沫的圖片，提出驅動性問題：汽水飲料中冒出來的氣體主要成分是什么？接著通過問題鏈，引發(fā)學生猜想并尋找證據(jù)支持，為后續(xù)二氧化碳性質的探究學習提供了基本思路和方法。問題1：你猜想它是什么？問題2：選擇什么試劑能證明它？問題3：其中發(fā)生的化學反應是什么？設計意圖：以學生熟悉的真實情境“汽水中的氣”設計問題，引發(fā)學生思考。搭建問題階梯，開展探究二氧化碳性質的課堂教學，引導學生初步建立猜想—方案—證據(jù)—結論之間的關聯(lián)認識。在通過實驗尋找證據(jù)的過程中，提高學生解決實際問題的興趣和能力。
2.環(huán)節(jié)二：梳理前測建立嚴謹?shù)目茖W認識投影展示課堂前測中學生對二氧化碳的各種描述，然后師生一起從二氧化碳的組成、構成、用途、制備、物理性質、化學性質等角度有序整理歸類，通過不斷追問“依據(jù)是什么？”引導學生進行證據(jù)推理，在二氧化碳的性質和用途之間建立關聯(lián)。設計意圖：通過處理前測問卷，把學生腦海中無序凌亂的物質性質知識進行有序組織和整理，避免了填空式的物質性質教學，幫助學生建立多角度認識具體物質的思路和方法。學生雖然能從生活中了解二氧化碳的性質和用途，但要在性質和用途之間建立科學嚴謹?shù)年P聯(lián)，還有一定難度。將二氧化碳性質、用途等知識與有趣、生動的問題情境相結合，可拓展學生思維的深度、廣度，同時也培養(yǎng)學生的證據(jù)推理意識。
3.環(huán)節(jié)三：實驗探究尋找實證(1)巧妙設問引發(fā)思維沖突通過設問“為什么可樂被稱為碳酸飲料而不被稱為二氧化碳飲料？”引發(fā)學生思考和猜測：可能是二氧化碳和水反應生成了碳酸。接著教師演示實驗：向紫色石蕊干花上滴加稀醋酸溶液，紫色石蕊干花變紅。然后，學生進行分組實驗，向裝有二氧化碳水溶液的塑料瓶中滴加紫色石蕊試液，可觀察到溶液變?yōu)榧t色。繼續(xù)設問：二氧化碳水溶液中哪種物質使紫色石蕊試液變成紅色？并指出“無明顯現(xiàn)象化學反應”發(fā)生的判斷思路和方法：一是證明反應物的減少或消失；二是證明生成物的增加或出現(xiàn)，即如果反應物減少或消失、新物質生成，就可以證明反應發(fā)生了。學生由此意識到，要從證明新物質產生的角度證明二氧化碳和水發(fā)生了化學反應。設計意圖：通過把氣泡飲料稱為碳酸飲料這一情境，引發(fā)認知沖突，讓學生思考“二氧化碳是否與水反應了？”引起學生的注意力，接著提出一系列問題，讓學生思考“無明顯現(xiàn)象化學反應”發(fā)生的判斷方法。設計的問題既有一定的開放性，又指向學生最容易產生困惑的地方，引導學生深度思考和尋找反應發(fā)生的證據(jù)。(2)探究實驗：干花實驗在教師的指導下，學生開始思考：使紫色石蕊變紅的物質是二氧化碳、水，還是二氧化碳和水生成的新物質？教師介紹紫色石蕊試液中含有水，紫色石蕊干花中沒有水。學生很快意識到：二氧化碳和紫色石蕊試液接觸會引起二氧化碳和水反應，但是用紫色石蕊干花就能避免這一問題。于是學生設計的實驗方案如下。第一步，把紫色石蕊干花放入二氧化碳集氣瓶中，觀察現(xiàn)象。第二步，把紫色石蕊干花用水噴濕，觀察現(xiàn)象。第三步，把噴濕的紫色石蕊干花放入二氧化碳集氣瓶中，觀察現(xiàn)象。接下來，學生分組實驗，觀察到二氧化碳不能使紫色石蕊干花變紅，水也不能使紫色石蕊干花變紅，而二氧化碳和水共同作用可使紫色石蕊干花變紅。實驗過程中發(fā)現(xiàn)一個意外現(xiàn)象：個別小組的二氧化碳集氣瓶中的紫色石蕊干花花瓣上有一小塊變紅，其他部分仍為紫色，經過小組學生反思實驗操作，發(fā)現(xiàn)原來是實驗過程中用濕鑷子夾取了干花造成的。小組討論、學生的分組實驗，以及出現(xiàn)的意外現(xiàn)象都能證明：是二氧化碳和水生成的新物質使紫色石蕊變成紅色，由此證明了二氧化碳和水發(fā)生化學反應并生成了酸性物質。教師提供資料：二氧化碳和水反應生成了碳酸。教師繼續(xù)進行演示實驗：將變紅的石蕊干花用吹風機烘干，可觀察到干花的顏色由紅色變回紫色。學生猜測是碳酸不穩(wěn)定，加熱后分解了。師生共同分析，得出結論：碳酸加熱分解生成了二氧化碳和水。設計意圖：在探究二氧化碳和水反應的過程中，引導學生猜想假設—設計實驗—實驗驗證—討論交流—反思總結—尋找證據(jù)—形成結論，通過分析推理并加以證實或證偽，建立猜想(觀點)、結論和證據(jù)之間的邏輯關系。學生從只關注實驗現(xiàn)象，到通過實驗探究認識化學反應的發(fā)生，深層次理解了“無明顯現(xiàn)象化學反應”發(fā)生的判斷方法，提高了學生設計對比實驗時控制變量的能力。
4.環(huán)節(jié)四：歸納整理引導總結通過設問，師生一起總結。問題1：本節(jié)課學習了二氧化碳的哪些性質？哪些是可觀察到的？哪些是通過用途可以推測的？問題2：通過這節(jié)課的學習，你獲得了哪些啟示？總結二氧化碳的物理性質、化學性質和檢驗方法，并引導學生為自己的認識尋找科學依據(jù)，培養(yǎng)學生的證據(jù)推理意識。方法小結：對于無明顯現(xiàn)象的化學反應，可以從檢驗生成物的角度證明其發(fā)生，驗證的時候需關注原混合體系中是否有干擾，如果有，則應注意通過對比實驗控制變量，排除干擾。設計意圖：加強學生自我總結的能力，區(qū)分知識的小結和方法的小結。在總結過程中，繼續(xù)強調如何結合已有的知識進行分析、解釋和推理，如何完善分析推理路徑，從而不斷提高基于實驗事實或實驗證據(jù)的分析推理能力，提高證據(jù)推理意識?！盀楦行哉J識和結論尋找實證”的思想，是學生學習物質性質過程中一種重要的思想方法和能力，這種能力將在之后的學習中繼續(xù)發(fā)展和深化。
三、結語
初三化學新授課二氧化碳性質的教學中，將知識認知與尋求實證相融合，有利于喚醒學生通過已有經驗對問題進行分析推理的意識；在設計實驗的過程中，讓學生充分表達自己的推理過程有利于發(fā)展學生的思維能力；在完成設計實驗的任務中，教師適時搭建階梯，讓學生逐步突破障礙，最終建構起思維模型，有利于學生學習方法的建立。從感知到理解，再從理解到設計，基于證據(jù)推理的課堂教學，引導學生由淺入深、循序漸進地掌握知識，有利于發(fā)展學生的各方面能力，培養(yǎng)學生的化學觀念、化學思維，真正使化學學科核心素養(yǎng)落地生根。
參考文獻
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作者：陳莉莉 單位：北京市一零一中學
