基于证据推理视角的教学设计初探

韩萍

一、问题的提出

2016年9月《中国学生发展核心素养》发布，标志着以核心素养为导向的新一轮基础教育课程改革启动。化学核心素养是学生核心素养的重要组成部分，它包括宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认识、实验探究与创新意识、科学精神与社会责任等五个方面①。证据推理的具体要求：能初步学会收集各种证据，对物质的性质及其变化提出可能的假设；基于证据进行分析推理，证实或证伪假设；能解释证据与结论之间的关系，确定形成科学结论所需要的证据和寻找证据的途径。

我认为，化学核心素养的培养应立足于具体的课堂教学展开，而优质的教学设计则是充分落实教学目标的保障。下面结合本人开设的一节市级公开课，谈谈基于证据推理视角确定教学思路、整合教学资源、进行教学设计的粗浅体会。

二、“铝的氧化物与氢氧化物”教学设计案例

（一）设计思路

在这一节内容之前，学生已学习了典型非金属氯、溴等和典型金属钠、镁等有关元素及其化合物的知识，对离子反应的实质及离子方程式的书写也有一定的认识。关于铝的氧化物与氢氧化物（两性化合物）的探究学习，将进一步丰富学生关于元素化合物的知识，积累各类物质之间转化关系的事实材料，为后续学习其它元素化合物知识打好基础，并为形成元素周期律的系统性知识做好铺垫。

我决定以铝土矿中提取铝的工艺流程为背景，采用“学生活动单”的形式，每个活动环节都围绕一个命题展开，给学生明确的目标导向；对活动主题的预设充分关注到学生的已有基础，以学生的“最近发展区”为目标，运用视频、图片、资料卡片、小实验等多种方式创设学习情境，引导学生逐步认识几种重要的含铝化合物，明确各类物质之间的转化关系，并据此构建知识网络模型；通过组织学生探究活动，帮助学生形成自主学习、合作探究的意识，提高依据目标设计实验、基于证据推理做出判断和解决实际化学问题的能力。

基于本校高一学生的实际情况及本人对教学重难点的认识，我还考虑对教材呈现的素材进行重组：本节教材是先介绍氧化铝，中间给出偏铝酸钠溶液通入二氧化碳生成氢氧化铝的反应，再介绍氢氧化铝；而我将氢氧化铝的制备及两性的学习前置，用课堂上学习效率最高的时间段来解决教学重点，充分保证学生实验探究活动的顺利开展。另外，教材中“从铝土矿提取铝的工业流程图”呈现在下一节课题中，但我将其作为证据通过凸显图中片段在课堂中进行展示，让学生根据信息推断相关反应，自主建构证据链，充分发挥插图的教学功能。

（二）教学设计与过程分析

1.确定内容，收集证据

本课时的教学重点是氧化铝和氧氧化铝的两性、铝的化合物之间的转化关系，教学难点是氢氧化铝的两性。证据的收集就围绕此重难点展开。通过深入研究教材，查阅各种资料并进行比較、筛选，最终确定用于收集证据的素材主要有：（1）起引入课题作用：斯达舒广告视频和药物说明书；（2）对教材内容改进，用于突出重点：三组学生实验；（3）用于突破本课难点：氢氧化铝的两种电离；（4）用作课堂主线：从铝土矿中提取铝的工艺流程图；（5）作为类比法依据、用于自然过渡：铝的化学性质（既能与酸反应又能与碱反应）等。

2.基于证据，进行推理

（1）创设情境，引入证据

【教师】播放视频：斯达舒广告。PPT投影：斯达舒的产品成分及药理说明书。请思考：斯达舒作为抗酸药，其作用原理是什么？

【学生】斯达舒中含有一种成分：氢氧化铝，它能中和胃酸（盐酸），从而缓解胃酸分泌过多引起的疾病。

设计意图：由一段简短的“斯达舒”胃药广告视频引入氢氧化铝，在药理说明书中介绍了它能中和胃酸，学生根据已有知识基础并结合此证据推理出：其主要成分氢氧化铝能与盐酸反应，使症状得到缓解。

（2）设计活动，运用证据

学生活动一：实验探究，突出教学重点

【教师】设问：现有试剂：

（1）2mol·L-1AlCl3溶液

（2）6mol·L-1盐酸

（3）6mol·L-1NaOH溶液

（4）6mol·L-1氨水

请思考可选择哪些试剂制备少量Al（OH）3？

【学生】有两种组合：（1）AlCl3 溶液和NaOH溶液；（2）AlCl3溶液和氨水。

【教师】1.完成下列探究活动，观察实验现象并记录：

（1）将1mL 2 mol·L-1 AlCl3溶液滴入试管①中，逐滴加入6mol·L-1氨水至过量。

（2）将1mL 2 mol·L-1 AlCl3溶液注入试管②中，逐滴加入6mol·L-1 NaOH溶液至过量。

2.思考并讨论两个实验现象说明什么？氢氧化铝有怎样的化学性质？

【学生】讨论交流得出结论：由铝盐与碱溶液可制备Al（OH）3；

Al（OH）3能与NaOH溶液反应，但不溶解于氨水。

【教师】既能与酸反应又能与碱反应生成盐和水的氢氧化物称为两性氢氧化物。

【学生】Al（OH）3是两性氢氧化物。

设计意图：精心优化实验、合理预设生成，让学生自主建构知识、发展基于实验证据推理得出结论的思维方法。通过小组合作完成探究由铝盐溶液制备Al（OH）3的实验，引导学生根据现象推理Al（OH）3能与NaOH溶液反应，从而得出Al（OH）3是两性氢氧化物的结论。

学生活动二：微观探析，突破教学难点

【教师】试写出Al（OH）3分别与盐酸、氢氧化钠溶液反应的相关化学方程式。

【学生】思考、讨论。（考虑与氢氧化钠溶液的反应时遇到困难）

【教师】PPT投影提示：

Al（OH）3 Al3++3OH-（碱式电离）

Al（OH）3 AlO2-+H++H2O（酸式电离）

请根据以上信息，推测Al（OH）3与氢氧化钠溶液的反应产物。

【学生】讨论交流：Al（OH）3与盐酸反应时，电离出的OH-与盐酸电离出的H+反应生成水，同时产生氯化铝；那么，Al（OH）3与NaOH溶液反应产物应是水和NaAlO2。

设计意图：Al（OH）3与NaOH溶液反应方程式的书写是学生的难点，提供Al（OH）3的两种电离方式这一证据，引导学生从微观层面、平衡移动角度分析得出反应的产物应为NaAlO2和水。

学生活动三：自主探究，巩固重难点

【教师】设问：实验室有哪些方法可以制备少量的Al（OH）3？

【学生】铝盐与碱溶液混合，最好用AlCl3溶液和氨水。

【教师】还有别的方法吗？请利用现有试剂，验证你的想法是否可行？

PPT提示：氢氧化铝的两种电离方式。

【学生】自主探究：向试管②溶液中逐滴加入盐酸至过量，观察实验现象。

讨论交流：也可由NaAlO2溶液与盐酸得到Al（OH）3，但需要控制盐酸的用量。

【教师】PPT展示：从铝土矿中提取铝的工艺流程图。介绍：在实际工业生产中，常采用向NaAlO2溶液中通入过量CO2的方法得到氫氧化铝。

【学生】归纳：氢氧化铝的实验室制法：

（1）AlCl3溶液中加入足量氨水；

（2）NaAlO2溶液中通入足量二氧化碳。

设计意图：这个活动环节将教学内容进行合理重组，通过设置问题链，引导学生从微粒观、转化观、平衡观等角度思考氢氧化铝的制备方法，自主设计实验进行探究，再结合流程图上的工业事实片段印证所得结论，使学生的实验能力和思维能力得到充分发展。

（3）归纳提升，解释证据

【教师】从物质分类来看，氧化铝属于什么类别？

【学生】氧化铝属于金属氧化物。

【教师】PPT展示：从铝土矿中提取铝的工艺流程图，凸显向铝土矿中加NaOH溶液过滤残渣后得到NaAlO2溶液的片段。

提问：这体现了氧化铝怎样的性质？

【学生】思考、回答：Al2O3也能与NaOH溶液反应。

【教师】根据以上信息：写出Al2O3分别与盐酸、NaOH溶液反应的化学方程式。

【学生】思考、答题。

【教师】介绍：既能与酸又能与碱反应生成盐和水的氧化物称为两性氧化物。

【学生】Al2O3属于两性氧化物。

【教师】试列出本堂课涉及的几种重要的含铝化合物，完善其转化关系图。

设计意图：学生已了解铝、氢氧化铝均能与酸、碱溶液发生反应，运用证据类比的方法大胆猜想氧化铝也有类似性质，再结合铝土矿中提取铝的工艺流程片段，进一步用工业事实证明氧化铝也能与碱溶液发生反应，从而认识到Al2O3是两性氧化物。本课为元素化合物知识，引导学生画出重要化合物之间的转化关系图，将所学知识结构化、网络化、系统化。

三、反思与结论

1.建构主义学习理论认为：学习是学生主动地将原有经验和新信息进行对比、分析、批判、选择和重建知识结构的过程，是观念的发展或改变，而不是新信息的简单积累。高中化学教学不能停留在收集、记住事实这一层面上，更应该通过科学探究帮助学生形成自主学习、合作学习、探究学习的意识，提高学生依据目标设计实验、基于证据分析做出推理判断和解决实际化学问题的能力。

2.我们需要提供丰富的素材帮助学生从不同角度建构知识，如依据实验现象、物质的结构特征等证据理解知识，尝试运用模型的方法掌握知识，学会从宏观与微观、变化与平衡相结合的角度解释知识。探究物质及其变化时还常常需要借助模型，依据物质及其变化与模型之间的内在联系，帮助学生建立解决化学问题的基本框架②。本节课中，我通过整合各种教学资源，提供信息（即证据），引导学生从物质类别的通性、离子反应的微观层次、实验现象的宏观层面等多角度分析问题，用符号如化学方程式、转化关系图的形式表征，并解释证据与结论之间的关系。

3.通过实践，本人认为收集与教学课题相关的证据重在积累。要做有心人，平时就注重教学素材的收集、整理，再加以选择、重组，为今后的教学服务。收集证据的途径有多方面：关注与化学有关的社会热点、重要事件，从日常生活中挖掘证据；利用现有教材实验进行合理的改进或创新，收集相关实验现象作为证据；查阅各种化学文献资料，寻找化学事实作为证据；开展调查研究，以调查结果为证据等等。总之，教师要及时更新教学观念，不断改变教学方式，在教学中积极创设真实的问题情境，引导学生自主建构知识体系，发展学生的核心素养。

【注释】

① 王云生. 基础教育阶段学科核心素养及其确定——以化学学科核心素养为例[J]. 福建基础教育研究，2016（2）：7-9.

② 陈进前. 核心素养导向下的化学教学[J]. 中学化学教学参考，2017（1/2）：1-4.

（作者单位：江苏张家港市乐余高级中学）