基于“证据推理和模型认知”的元素化学教学

杜博

摘要：以氨和铵盐的教学为例，探讨元素化学中培育“證据推理和模型认知”的教学实践;通过关联性问题和任务的设置，培育学生发现证据，逻辑推理，实验验证，建立模型，完善模型能力，并尝试建立“证据推理和模型认知”的教学流程。

关键词：核心素养;氨和铵盐;证据推理;模型认知

文章编号：1008-0546（2020）10-0077-04

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j.issn.1008-0546.2020.10.020

高中化学学科核心素养包括“宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知、实验探究与创新意识、科学精神与社会责任”共五项素养[1]。但是核心素养的培育从来都不是一蹴而就，需要贯穿到整个高中化学学习的始终。五大核心素养是相辅相成的整体，这需要一线的教师从学生全面发展角度综合思考，如何在不同的阶段、不同的教学内容上实施策略。有的教学内容侧重于某一核心素养在不同水平的培育[2]，有的则需要综合考虑各个核心素养培育。元素化学是落实“证据推理和模型认知”素养的重要载体，本文以氨和铵盐性质学习为例探讨在元素化学学习中着重落实“证据推理和模型认知”素养。

一、基于“证据推理和模型认知”素养的教学目标分析

“氨和铵盐”是人教版必修l第四章第四节内容，课程标准要求：能结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解氮及其重要化合物的主要性质，认识这些物质在生产中的应用和对生态环境的影响。在进行氨和铵盐的学习之前，学生已经学习了氯、硫及其化合物，具备基本的微粒观念;也学习了氮的氧化物的性质，对于氮元素不同价态物质之间的转化具备一定的认知水平;初中已经完成了铵盐化肥的学习，对于铵盐的性质有一定了解。然而受限于学科知识和学习经验，学生对于氨态氮元素的存在感知不足，综合以上分析，氨和铵盐知识和素养分析如表l所示。

二、证据推理和模型认知教学设计思路

证据推理和模型认知的实施，往往离不开科学探究，需要以具体的化学问题的解决为载体。在解决具体化学问题的任务中，发现证据线索，提出猜想，设计实验并得出结论，从而建立认知模型，并运用模型。然而对于物质的认识从来都不是一步到位的，学生在应用模型的过程中，发现新的证据，完善模型，从而实现认知水平的螺旋上升。学生主体的活动及其能力素养目标关系如图1所示：

三、教学实施——基于证据推理和模型认知

1.真实情景——基于生活经验的素材

【情境导入】老师刚刚从卫生间路过，发现里面的气味似乎不太好闻。不知道大家留意到了没有？

【学生】热烈积极响应，纷纷表示印象深刻，特别是夏天更加明显。

【提出问题】①依据生物知识，尿液的主要成分有哪些？

②该成分和刺激性气味有何关系？为何夏天更加突出？

③有什么方法可以减少或消除这种气味？

【素材展示】这个尿液中的一种成分——尿素的性质。

【学生讨论】学生具备基本的生物学知识，容易得出①的结论为水和尿素等;依据元素组成，推测问题②的成因可能是：温度升高容易分解，而生成含CO2和NH3，进一步推断出该刺激性气味可能为氨气。对于问题③则不容易得出结论。

设计意图：青春期的学生具有强烈的好奇心，基于生活的真实情景往往更能够吸引他们的注意力。这个情景虽然“不雅”，但是对于生活中的现象的研究和解释却是重要的科学精神。

2.证据推理——科学认知氨气

【教师引导】问题1：如何用简单的方法证明该刺激性气味就是氨气导致？

【学生讨论】直接闻氨气的气味，相对比就可以了。

【实验证据】分组实验，分别煽闻浓氨水，发现该气味和厕所刺激性气味的一致。

【教师引导】问题2：那为何厕所里该气味久久不能散去？

【学生讨论】分组讨论，提出猜想：①通风不好;②水（尿液）中有较多的氨气，不利于扩散;

【教师追问】若猜想②正确，其可能原因是什么？

【学生推理】氨气的溶解度比较大。

【实验证据】用矿泉水瓶收集一瓶氨气，将吸有少量水（5mL）的注射器插入瓶盖中，将注射器内的水注入其中，学生观察并记录实验现象。

【学生汇报】矿泉水瓶发出“咔咔”的声音，并剧烈收缩。

【学生推理】矿泉水瓶收缩→瓶内压强减小→瓶内气体减少→气体溶解于少量水→氨气极易溶于水。

【数据支持】查阅溶解度信息，发现l体积水最多能溶解700体积的氨气。

【小结】可见，厕所刺激性气味不易散尽，氨气在水中溶解很大是主要原因之一。将氨气溶于水，便可制得肥效高于有机农肥的氨水。

【认知迁移】演示喷泉实验如图2：

学生观察并记录、汇报实验现象：①烧杯中液面倒吸人烧瓶中，②液体变为红色。

【教师引导】问题3：使酚酞变红的微粒是什么？原理是什么？

【学生推理】该物质能电离出氢氧根→有碱性物质生成。

【学生质疑】氨气的分子式中并无氧元素，那氢氧根从何而来？

【学生推理】所得水溶液中水分子有氧元素，推测可能是与水反应生成碱，电离出氢氧根。

【教师追问】能否设计进一步的实验，证实上述推断？

【设计实验】可以和铁盐、铝盐作用。

【学生实验】分组实验，交流汇报。

【教师引导】已知氨气与水反应得到一种一元弱碱，写出该弱碱的化学式，并写出其电离方程式。

【认知建模】NH3+H2O=NH3·H2O=NH4+OH-

设计意图：从了解厕所刺激性气味到研究刺激性气体成因——“氨气”的性质，从生活经验到科学探析。通过探究厕所刺激性气味久久不能散去的原因，认知氨气的物理性质。在研究溶解性的过程中，发现了新的线索，从物理性质（气味、溶解性等）自然过渡到化学性质。并通过理论分析、设计实验并验证等认知氨水（主要成分NH3·H2O）具有碱性的本质特征，宏观和微观相结合，初步运用模型，迁移认知其化学性质。