巧用证据推理建构认知模型

李锦英

摘要：从物质组成、价态变化和物质特性三个维度提出二氧化硫学习的认知模型，进而使学生认识到模型在元素及其化合物学习中的重要作用及其发展性特征。学生通过自主探究，实验验证建构模型。

关键词：自主探究;证据推理;三维模型

文章编号：1008-0546（ 2019）07-0065-03

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2019.07.019

一、问题提出

元素化合物课堂中教师多以提问和讲授为主，自问自答偏多[1]。对元素化合物的教学缺乏实验探究，对教材中的实验进行食谱式教学。因此学生不会去寻求证据，不会去思考和表达自己的见解，更不会去深入思考实验背景中的学科问题。在这样的教学过程中，学生缺乏对元素化合物的自主学习、自主探究、自主思考交流、归纳总结四个环节。在课堂学习结束后，不會主动进行及时有效的复习，出现了知识掌握不牢，无法自主回忆然后慢慢遗忘。使学生在做题和接下来的新知识学习中难以顺利运用知识，进而把失败归结为自身能力不足，使学生产生习得性无助，形成较低学习成就感，逐渐丧失学习兴趣[2]。

科学探究普遍遵循提出问题、做出假设、设计实验、收集整理数据、得出结论这一程序化的步骤。本堂课让学生学会根据已有的知识储备和学习方法，自己设计实验验证结论，牢固建构元素化合物的三维模型。培养学生学习能力，整个过程中通过老师引导不断为学生创造成功机会，使学生达到自主成功，从而大大提升学生的自我效能感，建立起强大的学习成就感。

二、教学设计

本课希望通过二氧化硫的学习，帮助学生形成元素及其化合物的三维模型。完成教学设计后在高一年级2个班实施了新课教学。出于时间考虑，酸雨及其防治作为第二课时完成。

1.教学目标

通过实验探究二氧化硫的主要化学性质，初步形成基于物质类别、元素价态和物质特性对元素化合物化学教与学2019年第7期的性质进行预测和检验的模型。

通过实验验证二氧化硫的主要化学性质，能从物质的类别和元素价态变化的视角说明物质转化的途径。

2.评价目标[3]

通过对二氧化硫实验设计方案的交流点评，发展学生对物质性质的实验探究的水平。

通过学生实验诊断并发展学生实验操作能力和证据意识，建立观点、结论和证据之间的逻辑关系的能力。

通过二氧化硫三维模型的建立发展学生应用模型学习物质性质，解释化学现象和本质的能力。

3.教学程序

本课以设计型任务为主，学生为主体，小组合作。教师给出三维模型，学生提出假设，设计优化实验方案，根据实验现象验证结论，学生根据模型图整理二氧化硫性质。建构元素及其化合物学习的三维目标（见图1）[4]。最后解决难点由师生共同完成。

三、教学实施

环节1：教学导入

【学习任务1】简单回想氯、钠、镁、铁、铜的性质和学习方法，初步猜测二氧化硫的性质。

【评价任务1】诊断学生知识迁移能力，对简单化学问题的解决提出可能假设的能力。

环节2：模型介绍

【学习任务2】能从物质类别、元素价态和特性的角度，依据复分解反应和氧化还原反应原理，预测二氧化硫化学性质和变化，学生根据教师给出的三个维度填写表l。

【评价任务2】诊断并初步发展学生建立观点、结论和证据间的逻辑关系的能力。

环节3：证据推理

（1）科学探究，方案设计

【学习任务3】预测二氧化硫化学性质和变化，设计实验进行初步验证，并能分析、解释有关实验现象。能从物质类别和元素价态变化的视角说明物质的转化路径。请学生先自主完成，再小组讨论完善方案设计。根据材料填写表格2（尽可能多补充表格）。

提供材料：Na2S03、浓H2SO4、品红、NaOH、酚酞、BaCI2、H202、FeCI3、KMn04/H+、H2S、稀盐酸、碘水、蓝色石蕊试纸、淀粉碘化钾试纸。

【评价任务3】诊断学生依据假设设计实验方案的能力。发展学生证据意识，能基于证据，通过分析推理加以证实或证伪，建立观点、结论和证据之间的逻辑关系的能力。小组讨论互评展示，教师评价补充，得出优化后的方案。

（2）实验操作，证据验证

【学习任务4】学生组装实验仪器，与同学合作完成实验操作，观察并记录实验现象，通过实验现象验证自己的猜想。

[教师实验1]=氧化硫制备：用浓硫酸与亚硫酸钠反应制备二氧化硫，用矿泉水瓶收集二氧化硫，气体集满后加1/4水，盖住瓶塞用力振荡，矿泉水瓶快速变瘪，将溶液倒入试剂瓶中供学生实验使用。实验过程中简单回顾气体制备装置及验满和尾气处理相关内容。

[学生实验1-5]小组实验，4位同学一组。每次取5mL左右二氧化硫水溶液，完成具体实验（①一④，⑥），观察实验现象并做好记录。

[视频演示]具体实验⑤

【评价任务4】诊断学生实验操作能力，诊断并发展学生通过收集实验证据，分析推理加以证实或证伪，建立观点、结论和证据之间的逻辑关系的能力。

环节4：模型建构

【学习任务5】完成二氧化硫的三维认知模型。解决三个难点：漂白与褪色，氧化性强弱比较，亚硫酸盐性质，完善二氧化硫相关知识。

（1）三维度性质整理

学生从三个维度整理归纳二氧化硫性质，完成表3填写。老师展示几位填写完整的同学的资料卡供其他同学参考。

（2）延续性知识补充

①漂白性：二氧化硫、氯水.活性炭漂白性原理介绍;漂白与褪色对比及成因分析。

②常见物质间氧化性强弱比较：回顾氧化性强弱判断方法，根据所给物质设计方案并实验验证。

[学生实验6] BaC12加S02水溶液，无现象。再加FeCl3，溶液变浑浊，加稀盐酸沉淀不溶解。证明Fe3+氧化性比S02强。

[学生实验7]S02水溶液滴到淀粉碘化钾试纸上，无现象。再将S02水溶液滴到碘水里，褪色。证明I2氧化性比S02强。整理得出结论：氧化性Cl2>Br2>Fe3+>12>S02。

③亚硫酸钠性质介绍

[教师实验2]学生实验②有一组还没完全褪色时停止加S02水溶液，此时拿起来发现已经褪色，加Ba—C12，再加盐酸，沉淀不能完全溶解。证明Na2S03有堿性和还原性。

【评价任务5】诊断学生依据证据推理得出认知模型的能力。发展学生应用模型解释化学现象，解释现象本质和规律的能力。

四、教学评价

为了了解教学效果，在本课前后分别对学生代表（各班随机抽10人，共20人）进行访谈测试[5]。访谈问题设计见表4。访谈问题依据二氧化硫性质的三个维度模型设置。回答情况统计见图2。

（1）物质组成维度：二氧化硫是酸性氧化物，性质与二氧化碳类似，问题1和问题2回答正确率课前和课后都比较好。有几个同学在问题1时先回答错，看到问题2时也能纠正。

（2）价态变化维度：问题3和问题4回答的不理想，问题4课前正确率是5%，只有一个同学回答正确。询问学生后发现主要是三方面原因：一是氯有关内容遗忘，二是过量没注意或没掌握，三是惯性思维。

（3）物质特性维度：问题5和6考查识记型知识，比较简单，但也容易遗忘。学生课前课后差别比较大，课后正确率都是100%，说明学生上课都很认真。

五、教学反思

1.素养得到发展，自主探究落到实处

本课通过学生自主探究二氧化硫的性质，旨在培养学生证据推理和模型认知的能力。学生通过教师提供的模型结合之前的学习经验提出假设，通过小组讨论和教师评价优化设计方案，组装实验仪器，与同学合作完成实验操作。能运用多种方式收集实验证据，基于实验事实得出结论。能对实验中的“异常”现象和已有结论进行反思、提出质疑和新的实验设想，并进一步付诸实施。能建立观点、结论和证据之间的逻辑关系。能对复杂的化学问题情境中的关键要素进行分析以建构相应的模型。并体会到三维模型对于元素及其化合物性质是行之有效的学习模型。

2.实验贯彻始终，证据推理深入人心

（1）通过大量实验现象提高学生证据意识。“二氧化硫的性质与应用”这块内容，课本安排了3个实验，本课设计了10个实验。让学生的每一个猜想都能通过实验得到验证，增强学生证据推理能力。

（2）本课变验证性实验为探究性实验，既能培养学生的科学探究能力，又能激发学生的学习主动性。通过小组讨论和教师评价完善学生的设计方案，搭建成功的台阶鼓励学生展示自己。坚持以学生自身发展为主线呈现课堂。满足学生的学习成就感。进而加强学生学习动力，提高学习兴趣。

3.新课抛砖引玉，模型认知开始建构

学习元素化合物最大的难点就是知识点多、杂、散，要记忆的知识很多。学生掌握不够扎实，考前复习没有头绪。模型是学习元素化合物比较有效的方法，不但提供了整理方案，而且使知识变得有条理易掌握。本课通过二氧化硫的三维模型，从物质类别、价态变化和物质特性三个角度提供了其他元素及其化合物的学习模型。

本课指导学生通过自主探究建构二氧化硫的三维认知模型，可以延伸到其他元素和化合物学习。帮助学生学会用理论模型解释或推测物质的组成、结构、性质与变化。但由于学生个体差异，自主探究过程部分同学参与度不太够，期待下次有所改进。

参考文献

[1]温云富，高汪军，窦学红，贫困地区高中化学课堂教学行为现状调查[J].化学教育，2018（23）：75-81

[2]李志华.学生学习成就感缺乏的原因分析及对策[J].上海教育科研，2017（11）：77-82

[3] 中华人民共和国教育部，普通高中化学课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018

[4][5]朱妍蓉，包朝龙.基于认识模型建构的电解池复习教学[J].化学教育，2017（23）：23-28