指向“证据推理与模型认知”的高中化学教学案例研究

陈春发 郑柳萍

（1.福建省莆田第二中学，福建莆田 351100；2.福建师范大学化学与材料学院，福建福州 350117）

引 言

《普通高中化学课程标准（2017年版）》指出：证据推理与模型认知是高中化学五大核心素养的思维核心。在教学实践中，核心素养是制定教学设计中三维目标的方向，也是课堂教学效果的反映之一。作为一线教师，笔者深深体会到在课堂上帮助学生建构核心素养的艰辛，为此，本文以“含硫化合物的性质和应用”中硫酸的性质为例，谈谈在教学实践中如何深化教学方法与知识思维之间的联系，如何通过学情和生活素材拓展化学核心素养建构的途径。

【案例】苏教版教材必修1专题四“硫、氮和可持续发展”第一单元“含硫化合物的性质和应用”中的第二课时——硫酸的制备和性质。

一、以“证据推理与模型认知”为标准，总体设计教学思路

基础教育必须遵循“自主、合作、探究”的课堂教学设计原则，为此，笔者在本课题教学前预设了具体的教学思路。

（1）通过复习初中硫酸的“酸性”内容，与即将要学习的浓硫酸的性质建立联系，开门见山地表明教学重点。

（2）通过浓硫酸与蔗糖、与铁和铜等金属硫单质、与碳和硫等非金属单质反应进行实验探究，并利用反应产物特有的信息做出判断，得出证据，从而推理出必须掌握的浓硫酸的五个性质特点。

（3）通过浓硫酸与金属铜反应的原理和实验探究模型的建构，让学习者更清楚浓硫酸具有氧化性的本质规律，帮助学生建构化学核心素养，从而达到内化浓硫酸性质的学习目的[1]。

二、以“证据推理与模型认知”为标高，透视课堂教学实情

（1）教学内容分析：“含硫化合物的性质和应用”是专题四“硫、氮和可持续发展”第一单元的内容，是该章知识的重点、难点。在本课题之前，学生已熟悉了氧化还原反应的概念和酸的通性等内容，这是本节课教学的基础和依据，而在本节内容的基础上，又为继续本专题硝酸的氧化性等知识的学习起到了承上启下的作用。

（2）学生学情分析：在学习该内容之前，学生已经掌握了部分内容，一是从氧化还原反应的概念出发认知了反应的本质与判断方法；二是在初中阶段学习过硫酸具有酸的五大通性。

（3）教学重点、难点：对浓硫酸氧化性的认知是本节课的重点；通过浓硫酸的性质实验建构探究“证据推理与模型认知”是本节课的难点。

三、以“证据推理与模型认知”为目标，确定课堂知识目标

以掌握浓硫酸的重要化学性质为本节课的知识与技能目标；通过三个实验探究，把掌握探究化学实验的一般方法作为本节课过程与方法目标；通过浓硫酸性质实验探究，在观察实验现象和反应原理推理中建构“证据推理与模型认知”，这一点作为本节课内容的情感态度与价值观目标[2]。

四、以“证据推理与模型认知”为核心，引导课堂教学过程

（一）复习旧识，导入新课

教师提问：同学们在初中已经学习了硫酸具有酸的五大通性，酸性的五大特征的具体内容是什么？请举例说明（小组交流）。

学生回答：①能够使酸碱指示剂发生颜色变化，如将紫色石蕊溶液滴加到稀硫酸中显红色；②与活泼金属反应产生氢气，如Zn+H2SO4= ZnSO4+H2↑；③与金属氧化物反应生成盐和水，如CuO+ H2SO4= CuSO4+H2O；④与碱发生中和反应，如2KOH+ H2SO4= K2SO4+2H2O；⑤与弱酸盐反应制备弱酸，如Na2CO3+ H2SO4= Na2SO4+H2O+CO2↑。

教师提问：前面学习了氧化还原反应的概念，那么同学们知道氧化还原反应的本质与判断方法是什么吗？（同桌交流）

学生回答：从本质上讲，氧化还原反应中反应物发生了电子转移，判断是否属于此类反应的方法是观察“=”前后是否有元素发生了价态变化。

预设目的：一方面让学生对稀硫酸的性质有全面的认知，便于在课堂开展过程中区分浓硫酸的氧化性的本质特征；另一方面是将氧化还原反应的原理应用到本节浓硫酸的氧化性的反应中，让学生掌握理论指导应用这一“证据推理与模型认知”过程。

（二）创设实验，展开新课

师：同学们的预习都非常到位，接下来我们一起重点认知一下浓硫酸的性质，首先我们一起进行实验探究。

教师展示一瓶盛放的浓硫酸，让学生观察其性状，强调浓硫酸的吸水性，然后让学生填写：纯净的硫酸为____色____状的液体……

演示1：浓硫酸的稀释过程（特别强调操作方法），让学生触摸小烧杯的外壁，感觉烧杯外壁的温度。

填写：溶解性是能与水以____________，溶解时放出大量的热。

演示2：在小烧杯里盛放少量的蔗糖，向烧杯中加入浓硫酸，观察实验现象。

预设结果：观察到蔗糖变黑，体积膨胀，变成疏松多孔海绵状的碳，并放出刺激性的气味，实验现象如图1所示。

图1

教师解释脱水的含义，即浓硫酸可以使有机化合物中的氢、氧元素按水的组成“脱离”出来，结合成水分子的过程，但不一定都生成碳。之后请学生写出蔗糖脱水的相关化学方程式。

学生书写化学方程式： C12H22O11（蔗糖）12C+11H2O

预设目的：让学生明确吸水与脱水之间的区别。浓硫酸脱水是将有机物中的H和O按1∶2的比例脱去水，发生化学反应，达到建构浓硫酸吸水性与脱水性的概念模型的目的。

浓H2SO4在加热后可以与绝大多数的金属（除金、铂外）反应，金属变成最高价的硫酸盐，一般的硫酸被还原成SO2。

演示3：按图2装置演示浓硫酸与金属铜的反应。

图2

教师出示导学案，让学生观察实验现象，通过分析得出相应的结论（见表1）。

表1

续表

化学方程式为________________________________。

预设目的：让学生通过Cu与浓硫酸在加热条件下的实验观察得出反应的产物，推断反应的方程式为Cu+2H2SO4（浓）CuSO4+SO2↑+ 2H2O，并由此感悟浓硫酸的氧化性表现在S元素得到电子上，而酸性表现在H+得到电子。

分组实验：①在常温与加热两个条件下探究金属Fe、Al与浓硫酸的反应情况；②在常温与加热两个条件下探究木炭与浓硫酸的反应情况。

预设目的：通过实验①让学生认知在常温下，铁、铝等金属在浓硫酸中可发生“钝化”的概念，“钝化”是金属的表面上会生成一层致密的氧化物薄膜，从而阻止酸与内层金属进一步反应的过程，属于化学反应的范畴。通过实验②让学生认知木炭与浓硫酸在加热条件下反应C+2H2SO4（浓）CO2↑+2SO2↑+2H2O，再次明确蔗糖与浓硫酸的脱水实验中，闻到刺激性气味的原因。

（三）课堂小结，深化知识

教师在展示建模过程中，即在加热条件下，Cu与浓硫酸的反应：Cu+2H2SO4（浓）CuSO4+SO2↑+ 2H2O；木炭与浓硫酸反应：C+2H2SO4（浓）CO2↑+2SO2↑+2H2O；浓硫酸的氧化性是（浓）→……

结 语

总之，在化学课堂上帮助学生建构化学核心素养的过程是一个复杂而又艰辛的过程。唯有教师心中存有“证据推理与模型认知”的核心素养理念，才能做到以此为标准，总体设计教学思路；以此为标高，透视课堂教学实情；以此为目标，确定课堂知识目标；以此为核心，引导课堂教学过程。学生通过实验观察，才能够通过已有的证据分析推理出反应的实质，才能够运用化学反应的原理感受到运用模型解决陌生的高难度问题的成就感。