孫遠(yuǎn)菊 劉公園

摘要：基于新課改提出的培育學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的要求，對(duì)培養(yǎng)“證據(jù)推理”核心素養(yǎng)的高中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行了探索，提出了“厘清情境、提取證據(jù)一作出假設(shè)、建立觀點(diǎn)一分析推理、驗(yàn)證假設(shè)一獲得結(jié)論、形成概念”的證據(jù)推理模式。在此基礎(chǔ)上以“鈉和水反應(yīng)”知識(shí)點(diǎn)為例進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，融入三重表征以及定性分析、定量分析的思維方式，對(duì)證據(jù)的提取和結(jié)論的獲得進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：證據(jù)推理;鈉和水反應(yīng);教學(xué)設(shè)計(jì)

文章編號(hào)：1008-0546（2020）03-0064-06

中圖分類號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2020.03.018

一、關(guān)于“證據(jù)推理”概述

1.含義

“證據(jù)推理”（ Evidential Reasoning）是指通過觀察問題情境，提取物質(zhì)及其變化的相關(guān)證據(jù)，運(yùn)用分析推理、抽象概括等方式，形成科學(xué)結(jié)論的過程。其對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)提出了相應(yīng)的要求[1]，要求學(xué)生能通過進(jìn)行分析推理形成結(jié)論，能解釋證據(jù)與結(jié)論之間的關(guān)系，確定形成科學(xué)結(jié)論所需要的證據(jù)和尋找證據(jù)的途徑。

2.特征

2017版課標(biāo)對(duì)“證據(jù)推理”規(guī)定達(dá)到的目標(biāo)是[2]：“具有證據(jù)意識(shí)，能基于證據(jù)對(duì)物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及其變化提出可能的假設(shè)，通過分析推理加以證實(shí)或證偽;建立觀點(diǎn)、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系”。其中提及的“觀點(diǎn)、結(jié)論、證據(jù)”等詞，體現(xiàn)了“證據(jù)推理”的特征，即有證據(jù)意識(shí)，能運(yùn)用“宏觀、微觀、符號(hào)”（三重表征）和定性、定量分析等思維進(jìn)行分析推理。

用流程圖（見圖1）來表征“證據(jù)推理”的過程：（注：S1、S2指融人的化學(xué)思想，A1、A2、A3指各個(gè)環(huán)節(jié)所發(fā)揮的功能。）

前端分析包含厘清情景、提取證據(jù)和作出假設(shè)、建立觀點(diǎn)兩個(gè)步驟，即從素材中獲取信息，并作出猜想假設(shè)的過程;后端分析包含分析推理、驗(yàn)證假設(shè)和獲得結(jié)論、形成概念兩個(gè)模塊，即用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證假設(shè)，并得到結(jié)論，從而構(gòu)建知識(shí)的邏輯系統(tǒng)，形成概念。前端分析、后端分析及融入的思維方式共同構(gòu)成“證據(jù)推理”的教學(xué)模式。

二、基于“證據(jù)推理”視角下教學(xué)設(shè)計(jì)——以必修模塊“鈉與水反應(yīng)”為例

筆者以素養(yǎng)之一“證據(jù)推理”的形式進(jìn)行了高一知識(shí)點(diǎn)“鈉與水反應(yīng)”（人教版，必修1）的教學(xué)設(shè)計(jì)，探索新課標(biāo)（2017版）背景下培育學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的高中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)。

1.教學(xué)目標(biāo)

（1）通過“滴水點(diǎn)燈”的小魔術(shù)和“沈陽工廠發(fā)生爆炸”的新聞小視頻創(chuàng)設(shè)真實(shí)問題情境。

（2）通過演示實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證假設(shè)，獲得結(jié)論。從現(xiàn)象、元素種類、化合價(jià)以及氣體的性質(zhì)等方面對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行分析，得到最終的結(jié)論。

（3）通過實(shí)驗(yàn)方案的選擇以及學(xué)生實(shí)驗(yàn)的方式，初步掌握選擇儀器及檢驗(yàn)物質(zhì)裝置等實(shí)驗(yàn)技能，并從中體會(huì)學(xué)習(xí)化學(xué)的樂趣，增加學(xué)習(xí)興趣。

（4）學(xué)習(xí)實(shí)際生產(chǎn)中“鈉著火撲救”的方法，掌握生活常識(shí)，知道面對(duì)緊急事故時(shí)的處理方法，拓展知識(shí)視野，感受化學(xué)與生產(chǎn)生活的密切聯(lián)系。

2.設(shè)計(jì)思路

3.教學(xué)過程

本教學(xué)設(shè)計(jì)的過程主要是通過兩條線索展開，即明線索和暗線索。明線索是以“問題”形式進(jìn)行，通過“交流討論、演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)以及角色扮演”等方式來掌握知識(shí)，并能學(xué)以致用，促進(jìn)知識(shí)的遷移。暗線索是通過表演“滴水點(diǎn)燈”的小魔術(shù)和新聞素材的導(dǎo)人，初步獲得金屬鈉的某些性質(zhì)，并營(yíng)造一個(gè)個(gè)教學(xué)情境，層層遞進(jìn)，啟發(fā)誘導(dǎo)，進(jìn)一步獲得金屬鈉的性質(zhì)。

（1）教學(xué)環(huán)節(jié)I：創(chuàng)設(shè)情境，推測(cè)性質(zhì)

【情景導(dǎo)人】水通常用來滅火，那水是否能用來生火呢？表演“滴水點(diǎn)燈”的小魔術(shù)。用鑷子取事先準(zhǔn)備好的一小塊金屬鈉，包裹于干燥的酒精燈燈芯處，再用滴管在燒杯中取水，滴一滴水于燈芯上?？捎^察到酒精燈的燈芯燃了起來（見圖3）。（注：實(shí)驗(yàn)儀器及藥品有酒精燈、金屬鈉、鑷子、蒸餾水、燒杯、滴管。）

【問題】為什么酒精燈的燈芯藏有一小塊金屬鈉滴水后燃了起來呢？（要求：前后兩排為一個(gè)小組進(jìn)行交流討論。）

【學(xué)生】金屬鈉可能和水發(fā)生了反應(yīng)。

【教師】為了初步推測(cè)大家的猜想，我們來觀看一小段新聞視頻。

【視頻播放】播放“沈陽廠房發(fā)生爆炸”的新聞小視頻，同樣思考下面三個(gè)問題。（新聞內(nèi)容：沈陽市沈北新區(qū)百龍生物有限公司廠房在中午12：50左右突然發(fā)生爆炸，當(dāng)時(shí)是火光沖天，爆炸的聲音巨大，廠房的外墻和玻璃已經(jīng)被燒毀。究其爆炸原因，廠房存有大約200公斤的金屬鈉，經(jīng)調(diào)查，該工廠已經(jīng)停產(chǎn)10個(gè)月。由于下雨，廠房的頂部漏水，金屬鈉遇水發(fā)生了爆炸，當(dāng)時(shí)場(chǎng)景十分驚險(xiǎn)。這種鈉產(chǎn)生的火災(zāi)，并不能用傳統(tǒng)噴灑的方式進(jìn)行滅火，現(xiàn)場(chǎng)的消防隊(duì)員是用于粉和水泥覆蓋，采用隔絕氧氣的方式來進(jìn)行滅火，等天晴或者更合適的方式再來對(duì)金屬鈉進(jìn)行處理。據(jù)了解，高純度的金屬鈉，通常保存在實(shí)驗(yàn)室和工廠中，遇水產(chǎn)生的物質(zhì)對(duì)人體有一定傷害。）

【問題】①通過觀看視頻，描述廠房著火的原因。②工廠著火后，消防員是怎樣滅火的？③消防員滅火之后，為什么不立即對(duì)工廠進(jìn)一步處理？

【學(xué)生】①房廠內(nèi)存放大約200公斤的金屬鈉，由于下雨，廠房頂部漏水，雨水遇上金屬鈉發(fā)生了反應(yīng)，從而導(dǎo)致火災(zāi)。②用干粉和水泥覆蓋，采用隔絕氧氣的方式來滅火。③保存在廠房中的高純度的金屬鈉遇水產(chǎn)生的物質(zhì)，對(duì)人有一定傷害。

【角色扮演】能稱之為“偵探”的人都非常善于從所獲得的線索中尋找關(guān)鍵點(diǎn)，通過分析推理，偵破案件。若現(xiàn)在我們都是偵探，大家思考一下，可以從“滴水點(diǎn)燈”的魔術(shù)和這則新聞中提取有關(guān)金屬鈉性質(zhì)的哪些關(guān)鍵信息呢？

【學(xué)生1】金屬鈉能和水發(fā)生反應(yīng)，并放出大量的熱。

【學(xué)生2】金屬鈉著火不能用水滅火，要用干粉或者水泥覆蓋，隔絕氧氣，從而達(dá)到滅火的目的。

【學(xué)生3】金屬鈉和水反應(yīng)，能產(chǎn)生對(duì)人有一定傷害的物質(zhì)。

【板書】一、獲取信息

（1）鈉能和水反應(yīng)，放出熱量。

（2）鈉著火不能用水撲滅。

（3）鈉和水反應(yīng)，生成對(duì)人有一定傷害的物質(zhì)。

【提問】從獲取的這三條信息中，同學(xué)們嘗試著推測(cè)一下金屬鈉具有什么性質(zhì)呢？

【學(xué)生】金屬鈉的性質(zhì)很活潑，能和水發(fā)生反應(yīng)。

【追問】金屬鈉性質(zhì)的活潑性，我們可以通過對(duì)什么的分析得出？

【學(xué)生】從初中所學(xué)的金屬活動(dòng)順序表可以看出，金屬鈉排在第三位，所以它的性質(zhì)非?；顫?。

【啟發(fā)】除此之外，還可以通過什么來進(jìn)行判斷呢？可以聯(lián)系一下我們一直所說的學(xué)習(xí)化學(xué)的一條重要線索：“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)、性質(zhì)決定用途”。

【學(xué)生】還可以通過原子結(jié)構(gòu)示意圖來進(jìn)行分析，鈉的最外層只有一個(gè)電子，容易失去，所以它的性質(zhì)非?；顫姟?/p>

【板書】二、鈉的性質(zhì)

②性質(zhì)非?；顫?/p>

設(shè)計(jì)意圖：以魔術(shù)和新聞素材創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境，從感性認(rèn)識(shí)入手，激發(fā)學(xué)生的好奇心和探究意識(shí)，通過一系列問題，引導(dǎo)學(xué)生從問題情境中提取信息，分組交流討論，找出關(guān)鍵點(diǎn)，得到金屬鈉性質(zhì)非?；顫姷慕Y(jié)論。再?gòu)奈⒂^的角度，用金屬鈉的原子結(jié)構(gòu)示意圖闡述所獲得的結(jié)論，最終上升為理性認(rèn)識(shí)。

（2）教學(xué)環(huán)節(jié)Ⅱ：實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，獲得結(jié)論

【疑問】金屬鈉與水反應(yīng)生成的對(duì)人體有傷害的物質(zhì)會(huì)是什么呢？下面老師為大家演示課本上的實(shí)驗(yàn)3-3，大家將自己觀察到的現(xiàn)象寫在草稿紙上。

【提問】同學(xué)們觀察到了什么現(xiàn)象呢？

【學(xué)生1】從試劑瓶中取金屬鈉時(shí)，鈉是沉在煤油底部（見圖4）。

【學(xué)生2】將切好的鈉粒投入水中時(shí)，鈉浮在水面。然后熔化為球狀游來游去，并聽見擴(kuò)音器中有“嘶嘶”的聲音，最后，鈉小球消失了。培養(yǎng)皿中的溶液隨著鈉球的游動(dòng)而慢慢變紅（見圖5）。

【提問】觀察到的這些現(xiàn)象，體現(xiàn)了金屬鈉具有哪些性質(zhì)呢？

【學(xué)生】①金屬鈉沉在煤油底部和浮在水面上，說明金屬鈉的密度比煤油的大，比水的小。②切好的鈉粒在水中能熔化成小球，說明它的熔點(diǎn)低。③滴有酚酞的水溶液變紅，說明反應(yīng)生成了堿性物質(zhì)。

【查閱資料】金屬鈉的密度為0.97g-cm^-3，水的密度為1g·cm^-3，煤油的密度為0.8g.cm^-3。

【討論】金屬鈉和水反應(yīng)生成的產(chǎn)物是什么呢？我們可以從哪些方面來分析呢？（學(xué)生分組討論，然后總結(jié)。）

【學(xué)生】可以從現(xiàn)象、元素種類、化合價(jià)以及氣體的性質(zhì)等方面進(jìn)行分析。（經(jīng)過學(xué)生之間的交流討論，以及教師的提醒，學(xué)生總結(jié)得出結(jié)論。）

【產(chǎn)物分析】

現(xiàn)象分析：滴加酚酞的溶液變紅——有堿性物質(zhì)產(chǎn)生

四處游動(dòng)——有氣體產(chǎn)生

元素種類分析：金屬鈉與水反應(yīng)，里面所涉及到的元素有Na、O、H。所以生成的堿性物質(zhì)只能是NaOH。在此可以看出生成的氣體可能是02，也有可能是H2，到底是什么我們可以從氣體的性質(zhì)和化合價(jià)兩個(gè)角度進(jìn)行分析。

氣體的性質(zhì)：①化學(xué)性質(zhì)：H2具有可燃性，O2具有助燃性。（可通過燃燒的方式檢驗(yàn)）

②物理性質(zhì)：H2的密度小于0：的密度。（用吹肥皂泡的方式檢驗(yàn)，H2吹的肥皂泡飄向天空，O2吹的肥皂泡向下空飄）

化合價(jià)分析：鈉和水反應(yīng)生產(chǎn)NaOH，化合價(jià)升高，在同一個(gè)反應(yīng)體系中化合價(jià)有升，必有降。（通過分析H+是+1價(jià)，可以得電子，形成H2;0是-2價(jià)，不能再得電子。所以產(chǎn)生的氣體只能是H2。）

（從定性分析以及定量分析的角度對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行分析，從而獲得結(jié)論。）

【板書】三、結(jié)論

（1）實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：浮、熔、游、響、紅。

（2）化學(xué)反應(yīng)方程式：

2Na+2H2O—2NaOH+H2 ↑

（3）離子反應(yīng)方程式：

2Na+2H20=2Na++20H+H2 ↑

【闡述】“浮”說明了鈉的密度比水的小，“熔”說明了鈉的熔點(diǎn)低，而“游”和“響”則是因?yàn)樵诜磻?yīng)的過程中生成了氣體，推動(dòng)鈉小球的游動(dòng)，反應(yīng)放出大量的熱，所以才聽到響聲。

【討論】大家思考一下，老師做的演示實(shí)驗(yàn)的裝置存在著哪些問題？

【學(xué)生】這個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置無法判斷產(chǎn)生的氣體是什么？

【追問】那怎樣對(duì)裝置進(jìn)行改進(jìn)，收集到氣體，并能驗(yàn)證此氣體就是H2呢？大家相互間思考交流。

【學(xué)生】……

【教師】老師準(zhǔn)備了幾個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)的方案，大家一起來判斷是否可行。

【PPT展示】

（通過教師和學(xué)生們對(duì)這三個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行觀察、分析，總結(jié)出這三個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置在操作方面所存在的問題，并針對(duì)不足的地方，再進(jìn)一步對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行改進(jìn)。）

【討論】大家思考一下，怎樣進(jìn)行改進(jìn)，以便知道H2的量是多少？

【學(xué)生】若要測(cè)定H2的量，要用帶有刻度的儀器來收集。

【追問】那可以用什么儀器呢？

【學(xué)生】…….（思考交流之后，不能想出合適的儀器。）

【教師】其實(shí)，收集氣體的儀器可以用醫(yī)院里最常見的注射器，將其拔掉針頭，就可以收集。注射器由于它便宜易得等優(yōu)點(diǎn)，成為很多作實(shí)驗(yàn)改進(jìn)研究人員首選的改進(jìn)儀器。

【討論】大家思考一下，若用圖6所示的裝置圖，是否可行？（同樣，分組討論）

【學(xué)生】不可行，試管中的水應(yīng)該裝滿。若水沒有裝滿，注射器收集到的氣體里混有空氣，因空氣里含有氧氣，用點(diǎn)燃的方式進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，易發(fā)生爆炸，存在安全隱患。

【追問】是不是只要把試管中的水裝滿就行了呢？

【學(xué)生】不行，若把試管中的水裝滿，觀察不到鈉浮在水面上等實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，且實(shí)驗(yàn)操作起來也比較困難。

（通過教師和學(xué)生們的討論，得出最終的實(shí)驗(yàn)方案來定量收集H2（見圖7），并以此改進(jìn)實(shí)驗(yàn)作為學(xué)生實(shí)驗(yàn)。）

【視頻播放】為了更加清楚地觀看鈉和水反應(yīng)的劇烈程度，老師特意剪切了“美麗化學(xué)”中“放熱反應(yīng)”有關(guān)鈉和水反應(yīng)的視頻。（視頻內(nèi)容：將鈉放入水中，加快2倍、3倍和1.5倍，可以清晰地看到鈉的游動(dòng)速度和消失的速度。）

設(shè)計(jì)意圖：多方面進(jìn)行分析，得出相應(yīng)的產(chǎn)物，運(yùn)用定性、定量及三重表征的思維，去粗取精，去偽存真，由表及里地認(rèn)知金屬鈉的性質(zhì)，學(xué)生不僅明白反應(yīng)原理和掌握分析實(shí)驗(yàn)原理的思維方法，也學(xué)會(huì)從多角度去分析問題，播放“美麗化學(xué)”視頻，展現(xiàn)化學(xué)世界的美好與和諧。

（3）教學(xué)環(huán)節(jié)Ⅲ：動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，建構(gòu)知識(shí)

【要求】5個(gè)人為一個(gè)小組。

【學(xué)生實(shí)驗(yàn)】藥品及儀器：鈉粒、煤油、酚酞水溶液、肥皂水、試管、帶孔的橡皮塞、橡皮管、導(dǎo)管、長(zhǎng)頸漏斗、拔掉針頭的注射器。（裝置圖如圖7所示）

步驟：（注：事先將鈉保存在裝有煤油的試管中）

①將導(dǎo)管和長(zhǎng)頸漏斗插入帶孔的橡皮塞中（如圖7所示）。

②塞緊橡膠塞，將長(zhǎng)頸漏斗的頂端插入煤油里面，接近試管底部。在導(dǎo)管處連接上注射器。

③往長(zhǎng)頸漏斗里面加入酚酞水溶液。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：①鈉會(huì)沉在酚酞水溶液和煤油的分界線，隨著反應(yīng)的進(jìn)行鈉球往上升，然后又掉下來，再上升，如此反復(fù)直到消失。溶液也隨著鈉球的上下游動(dòng)而逐漸變?yōu)榧t色。②注射器的活塞向上移動(dòng)。將注射器的頂端沾肥皂水，并移動(dòng)活塞吹泡，可觀察到肥皂泡飄向上空。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，真正地參與教學(xué)活動(dòng)中，培養(yǎng)合作精神和與人溝通、分享的能力，并從中體會(huì)學(xué)習(xí)化學(xué)的樂趣，展示學(xué)生的主體地位和教師的主導(dǎo)作用。

（4）教學(xué)環(huán)節(jié)IV：“角色”總結(jié)，遷移運(yùn)用

【角色扮演1】若我們是沈陽百龍生物有限公司的老板，工廠停工，我們?cè)摬扇≡鯓拥拇胧┎拍艽_保金屬鈉不會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)事故呢？

【學(xué)生1】可以將其裝在一個(gè)大桶里面，把桶里的空氣抽干，以真空的形式保存。

【學(xué)生2】可以把它保存在一個(gè)裝有煤油的大桶里。

【學(xué)生3】可以用一層?xùn)|西覆蓋在金屬鈉的表面。

【學(xué)生4】要確保廠房不漏水….

【角色扮演2】鈉和水反應(yīng)非常劇烈，且反應(yīng)的過程中有堿性物質(zhì)生成，因此新聞中消防員沒有立即對(duì)廠房進(jìn)行處理。若我們是附近的居民，我們不能做什么？應(yīng)該怎樣做才能更好的保護(hù)自己呢？（前后兩排為一個(gè)小組，交流討論。）

【學(xué)生1】面對(duì)這樣危險(xiǎn)的時(shí)候，要鎮(zhèn)定，趕緊撥打報(bào)警電話119，然后遠(yuǎn)離廠房。

【學(xué)生2】不能魯莽，在不清楚火災(zāi)發(fā)生原因的前提下，切不可用水去滅火……

具體的事故應(yīng)對(duì)策略見圖9。

【提問】結(jié)合今天所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)，根據(jù)金屬鈉的性質(zhì)，大家推測(cè)一下金屬鈉在實(shí)際的生產(chǎn)生活中有哪些用途？

【學(xué)生】因?yàn)槟芎退l(fā)生劇烈的反應(yīng)，所以可以用作“強(qiáng)除水劑”。

【討論】在初中的時(shí)候我們就知道滅火的方式有許多，如用水滅火、用沙子或者泡沫滅火器等方式來滅火，大家思考一下，如果是金屬鈉著火，能用泡沫滅火器滅火嗎？

【學(xué)生】不能，因?yàn)榕菽瓬缁鹌骼锩嬗蠧02和水分，它能與金屬鈉發(fā)生反應(yīng)，從而使火勢(shì)加大。因此，不能用泡沫滅火器進(jìn)行滅火。

設(shè)計(jì)意圖：用“角色扮演”的方式進(jìn)行教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生發(fā)散性思維的發(fā)展和培養(yǎng)換位思考的能力。在獲得知識(shí)的同時(shí)，也讓學(xué)生明白遇見緊急事故時(shí)的處理方法。

三、結(jié)語

鈉和水反應(yīng)是培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、分析推理以及抽象概括能力很典型的知識(shí)點(diǎn)，這與“證據(jù)推理模式”相契合。因此在教學(xué)的過程中，有意識(shí)的進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的“證據(jù)推理”化，幫助學(xué)生形成多方面的能力，并將核心素養(yǎng)的思想滲透到各個(gè)環(huán)節(jié)中，促進(jìn)學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的發(fā)展。但也要注意[3]“學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展是一個(gè)自我建構(gòu)、不斷提升的過程，教師要緊緊圍繞化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生積極開展建構(gòu)學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)和問題解決學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變”。

參考文獻(xiàn)

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