周健　胥躍廣

摘要：本文圍繞著初中化學(xué)“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，以初中化學(xué)教學(xué)“鐵與某物質(zhì)反應(yīng)生成的黑色固體含有哪些成分”為例，將“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)融到化學(xué)教學(xué)活動(dòng)中，嘗試在化學(xué)核心素養(yǎng)的背景下培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：初中化學(xué)核心素養(yǎng) 教學(xué)實(shí)踐

高效滲透化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的課堂教學(xué)不是教師激情地講、學(xué)生被動(dòng)地聽(tīng)，而是師為導(dǎo)、生為主，圍繞學(xué)生精心設(shè)計(jì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，讓學(xué)生在探究活動(dòng)中提出問(wèn)題，做出猜想與假設(shè)，觀察實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的現(xiàn)象，收集證據(jù)，根據(jù)證據(jù)分析推理建立模型，應(yīng)用模型解決問(wèn)題。這樣的課堂教學(xué)才能讓學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)得到培養(yǎng)。筆者在復(fù)習(xí)課題2“金屬化學(xué)性質(zhì)”時(shí)，以“鐵與某物質(zhì)反應(yīng)生成的黑色固體含有哪些成分”為例，緊緊圍繞黑色固體中是否有“單質(zhì)鐵和四氧化三鐵”開(kāi)展一系列科學(xué)實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，讓學(xué)生自己在實(shí)驗(yàn)中收集證據(jù)，進(jìn)行“證據(jù)推理和模型認(rèn)知”的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)。

一、教學(xué)過(guò)程

教學(xué)環(huán)節(jié)1：“金屬的化學(xué)性質(zhì)”復(fù)習(xí)

目的：鞏固金屬三類(lèi)化學(xué)反應(yīng)模型。

教師：同學(xué)已經(jīng)學(xué)習(xí)了金屬的哪些化學(xué)性質(zhì)？

學(xué)生活動(dòng)：研討、交流。

1.金屬與氧氣的反應(yīng)

4Al+3O₂2A₂O₃

2.金屬與鹽酸、稀硫酸的反應(yīng)

Mg+2HClMgCl₂+H₂↑

Zn+H₂SO₄ZnSO₄+H₂↑

3.金屬與金屬的鹽溶液反應(yīng)

Fe+CuSO₄FeSO₄+Cu

教師：你們能從做過(guò)的實(shí)驗(yàn)中總結(jié)出金屬的活動(dòng)性有什么不同嗎？具體有哪些規(guī)律呢？

學(xué)生活動(dòng)：研討、交流。

1.金屬與氧氣的反應(yīng)：不是所有的金屬都與氧氣反應(yīng)，“真金不怕火煉”說(shuō)明金在高溫時(shí)也不與氧氣反應(yīng)。

2.金屬與酸（鹽酸、稀硫酸）：不是所有的金屬都與之反應(yīng)，必須是在金屬活動(dòng)順序里位于氫前面的金屬才能置換出酸（鹽酸、稀硫酸）中的氫，而位于氫后面的金屬就不能置換出酸（鹽酸、稀硫酸）中的氫，例如金屬銅就不能置換出酸（鹽酸、稀硫酸）中的氫。

3.金屬與金屬的鹽溶液：不是所有的金屬都與之反應(yīng)，在金屬活動(dòng)順序表里，位于前面的金屬能把位于后面的金屬?gòu)乃鼈兊幕衔锶芤豪镏脫Q出來(lái)，但要除去特別活潑金屬（鉀、鈣、鈉）。

多媒體投影：金屬活動(dòng)順序判斷依據(jù)。（略）

教師：金屬有哪三類(lèi)化學(xué)反應(yīng)模型？

學(xué)生活動(dòng)：研討、交流。

1.金屬與氧氣反應(yīng)模型：金屬+氧氣=====金屬氧化物。

2.金屬與酸（鹽酸、稀硫酸）反應(yīng)模型：金屬+酸=====金屬化合物+氫氣。

3.金屬與金屬化合物的溶液反應(yīng)模型：金屬+金屬化合物=====金屬化合物+金屬。

教師：這節(jié)課討論金屬活動(dòng)順序判斷依據(jù)在科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中的具體運(yùn)用。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)回顧金屬化學(xué)性質(zhì)，鞏固金屬活動(dòng)性規(guī)律及金屬三類(lèi)化學(xué)反應(yīng)模型，為復(fù)習(xí)判斷金屬能否發(fā)生反應(yīng)奠定基礎(chǔ)。金屬活動(dòng)性及金屬三類(lèi)化學(xué)反應(yīng)模型的復(fù)習(xí)教學(xué)既有必要，也很重要，它將為這節(jié)化學(xué)課堂教學(xué)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

教學(xué)環(huán)節(jié)2：鐵絲燃燒生成的黑色固體含有哪些成分？

目的：培養(yǎng)證據(jù)推理，構(gòu)建認(rèn)知模型。

問(wèn)題2：老師做細(xì)鐵絲在氧氣中燃燒的實(shí)驗(yàn)時(shí)，觀察到細(xì)鐵絲在氧氣中燃燒，生成黑色固體物質(zhì)，那么這種黑色固體含有哪些成分？

教師引領(lǐng)學(xué)生分析：由實(shí)驗(yàn)觀察到，帶有燃著的火柴的細(xì)鐵絲伸入氧氣中，燃燒后有黑色固體生成。我們由教材結(jié)論可知道一定含有四氧化三鐵這種物質(zhì)。但集氣瓶中氧氣的量有限，隨著細(xì)鐵絲的燃燒而消耗，會(huì)不會(huì)有部分細(xì)鐵絲沒(méi)有與氧氣反應(yīng)，只是受熱熔融濺落，有可能黑色固體會(huì)含有單質(zhì)Fe？

猜想1：黑色固體只含F(xiàn)e₃O₄。

猜想2：黑色固體中化合物Fe₃O₄與單質(zhì)Fe兩種物質(zhì)共存。

分析推理：對(duì)于上述兩種猜想，只根據(jù)它們的物理性質(zhì)是無(wú)法證明的。由于兩者物理性質(zhì)相似——黑色固體，難溶于水，又都能被磁鐵吸引，所以驗(yàn)證它們是否共同存在只能利用它們的化學(xué)反應(yīng)特征。

教師：請(qǐng)你們根據(jù)提供的試劑，通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定黑色固體含有的成分具體是什么。

提供試劑：稀硫酸、硫酸銅溶液。

學(xué)生1：根據(jù)金屬+酸=====金屬化合物+氫氣。

實(shí)驗(yàn)1：取少許燃燒生成的黑色固體粉碎后裝入試管，加入足量的稀硫酸。

收集證據(jù)：觀察到試管內(nèi)有氣泡生成，黑色固體溶解消失，無(wú)色溶液變?yōu)辄S綠色。

學(xué)生2：根據(jù)金屬+金屬化合物=====金屬化合物+金屬。

實(shí)驗(yàn)2：取少許燃燒生成的黑色固體粉碎后裝入試管，加入足量的硫酸銅溶液。

收集證據(jù)：黑色固體只有部分變?yōu)榧t色物質(zhì)，仍有黑色固體存在。溶液由藍(lán)色變?yōu)闇\綠色。

證據(jù)推理：由實(shí)驗(yàn)1收集證據(jù)，若黑色固體只含有四氧化三鐵，只能看到黑色固體溶解消失，無(wú)色溶液逐漸變?yōu)辄S綠色。但在觀察時(shí)卻發(fā)現(xiàn)試管內(nèi)有氣泡生成，說(shuō)明黑色固體含有單質(zhì)鐵，與稀硫酸反應(yīng)生成氫氣。由實(shí)驗(yàn)2收集證據(jù)，若黑色固體只含有四氧化三鐵，只能看到黑色固體不溶解消失，藍(lán)色溶液無(wú)變化，仍為藍(lán)色。但在觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)卻發(fā)現(xiàn)黑色固體只有部分變?yōu)榧t色物質(zhì)，仍有部分黑色固體存在，溶液由藍(lán)色逐漸變?yōu)闇\綠色，說(shuō)明黑色固體含有單質(zhì)鐵，與硫酸銅反應(yīng)，有紅色物質(zhì)金屬銅生成。上述兩個(gè)實(shí)驗(yàn)收集到的證據(jù)足以證明猜想2是正確的。E1DED967-DD3A-4EB8-9231-50DDE54DC5DF

形成結(jié)論：黑色固體中化合物Fe₃O₄和單質(zhì)Fe兩種物質(zhì)共存。

設(shè)計(jì)意圖：教師引領(lǐng)學(xué)生對(duì)生成的黑色固體成分進(jìn)行分析，提出兩種猜想，根據(jù)復(fù)習(xí)的金屬反應(yīng)模型設(shè)計(jì)兩種實(shí)驗(yàn)方案，開(kāi)展實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)。通過(guò)黑色固體與稀硫酸反應(yīng)、黑色固體與硫酸銅反應(yīng)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，收集證據(jù)，分析推理，得出黑色固體中化合物Fe₃O₄與單質(zhì)Fe兩種物質(zhì)共存的結(jié)論。在引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合證據(jù)進(jìn)行分析推理的同時(shí)確立結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系，構(gòu)建探究實(shí)驗(yàn)的認(rèn)知模型，促進(jìn)學(xué)生證據(jù)推理能力和模型認(rèn)知能力的提升。

教學(xué)環(huán)節(jié)3：中考演練

目的：利用實(shí)驗(yàn)探究構(gòu)建認(rèn)知模型解決實(shí)際問(wèn)題，鞏固證據(jù)推理能力和利用模型解決問(wèn)題的能力。

教師：實(shí)驗(yàn)探究是培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”能力的重要手段?！拌F與某物質(zhì)反應(yīng)生成的黑色固體是否含有Fe與Fe₃O₄”，一直是中考實(shí)驗(yàn)探究試題命題的熱點(diǎn)。題干中適當(dāng)增加科學(xué)探究的若干步驟，考查學(xué)生觀察現(xiàn)象、尋找證據(jù)、進(jìn)行推理、構(gòu)建探究實(shí)驗(yàn)“認(rèn)知模型”、利用模型解決問(wèn)題的能力。

某地中考實(shí)驗(yàn)探究題（節(jié)選）：某同學(xué)用如圖所示裝置探究鐵粉在高溫下與水蒸氣能否發(fā)生反應(yīng)及反應(yīng)的產(chǎn)物。在硬質(zhì)玻璃管中放入還原鐵粉，對(duì)燒瓶加熱生成水蒸氣通入盛有鐵粉的玻璃中，并對(duì)其加強(qiáng)熱。

加熱一段時(shí)間后，觀察到B裝置玻璃管內(nèi)灰色鐵粉逐漸變成黑色，D裝置玻璃管內(nèi)黑色氧化銅逐漸變成紅色，右端導(dǎo)管有水滴流下。

請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

（1）D裝置中的黑色氧化銅變成紅色是________物質(zhì)與氧化銅反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)方程式是________________________。B裝置玻璃管內(nèi)黑色固體含有哪些成分？

（2）同學(xué)們討論后認(rèn)為：根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知，鐵與水蒸氣反應(yīng)生成氣體能使氧化銅由黑色變成紅色，B裝置玻璃管內(nèi)黑色固體一定有“鐵的一種氧化物”，還可能含有沒(méi)有反應(yīng)的“單質(zhì)鐵”。

資料：鐵有三種氧化物（FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄），其中黑色FeO接觸到空氣會(huì)變?yōu)榧t棕色;鐵的三種氧化物都不與硫酸銅溶液反應(yīng);鐵粉、Fe₃O₄均能被磁鐵吸引。

探究結(jié)論：鐵與水蒸氣發(fā)生________（反應(yīng)類(lèi)型），化學(xué)方程式是________________。

試題分析：雖然此題起點(diǎn)較高，有些學(xué)生感到茫然，但仔細(xì)觀察該試題可以發(fā)現(xiàn)，讓學(xué)生探究的主線沒(méi)有變化，仍是檢驗(yàn)鐵與水蒸氣反應(yīng)后黑色固體是否含有單質(zhì)Fe和Fe₃O₄。學(xué)生若能想到該題用到的與前面學(xué)習(xí)的是同一種解題模型，就能很快解答此題。因此要求學(xué)生獨(dú)立思考，同學(xué)之間可以互相交流如何解答試題，再全班展示。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中構(gòu)建實(shí)驗(yàn)探究認(rèn)知模型，在解決生產(chǎn)生活中遇到的各種問(wèn)題時(shí)從多角度考慮，讓思維在分析推理的過(guò)程中碰撞，形成證據(jù)意識(shí)，在答題思考中多維度鞏固認(rèn)知模型，在實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)中結(jié)出化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的碩果的。

二、教學(xué)反思

本節(jié)課教學(xué)，以“鐵與某物質(zhì)反應(yīng)生成的黑色固體含有哪些成分”作為科學(xué)探究活動(dòng)的明線，以培養(yǎng)學(xué)生模型認(rèn)知和證據(jù)推理能力作為暗線，進(jìn)行科學(xué)探究課堂教學(xué)，層次清晰，首尾呼應(yīng)，相互促進(jìn)。三個(gè)例題，既各自獨(dú)立，又層層遞進(jìn)，將“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)不斷向前推進(jìn)，使化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)背景下的教學(xué)融于學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)中、轉(zhuǎn)化于思維之間、變換于中考試題里，讓學(xué)生在解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中增強(qiáng)證據(jù)推理意識(shí)、提升模型認(rèn)知能力。

“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的思維核心，是初中化學(xué)探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)的“靈魂”。在核心素養(yǎng)指引下，教師要有智慧地引領(lǐng)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)收集證據(jù)，以互動(dòng)生成的先進(jìn)理念促使人人參與問(wèn)題討論，對(duì)在探究實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀察到的各種現(xiàn)象進(jìn)行有條不紊的分析推理，從多方面進(jìn)行探討論證，揭示現(xiàn)象的本質(zhì)或規(guī)律，對(duì)生產(chǎn)生活中遇到的各種問(wèn)題做出有理有據(jù)的合理解釋。學(xué)生通過(guò)證據(jù)推理和模型構(gòu)建，使頭腦中的模糊認(rèn)知逐漸清晰，享受豁然開(kāi)朗帶來(lái)的快感，不斷激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

總之，在落實(shí)“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生能在教師的引導(dǎo)下學(xué)會(huì)基于“證據(jù)”進(jìn)行推理、判斷、認(rèn)識(shí)、理解，建構(gòu)模型并利用模型處理問(wèn)題。學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)不能一蹴而就，要在學(xué)生已有認(rèn)知起點(diǎn)上，創(chuàng)設(shè)情境，以問(wèn)題為導(dǎo)向，以科學(xué)探究活動(dòng)為載體，真正落實(shí)在課堂教學(xué)中，實(shí)現(xiàn)科學(xué)育人的目的。教學(xué)要植根于課堂，從知識(shí)教學(xué)轉(zhuǎn)向?qū)W生素養(yǎng)培養(yǎng)，要著眼于學(xué)生能力的發(fā)展，讓每節(jié)課都為化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)的達(dá)成添磚加瓦。

參考文獻(xiàn)：

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[3]孟新新，張小燕.淺談基于證據(jù)推理和模型認(rèn)知的中學(xué)化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)案例研究[J].中學(xué)課程輔導(dǎo)，2018（32）.

責(zé)任編輯：黃大燦E1DED967-DD3A-4EB8-9231-50DDE54DC5DF