基于证据推理和模型认知的课堂教学建构

柳文龙

摘  要：基于化学学科核心素养的证据推理的课堂教学建构，以“SO2的性质”为例实施课堂教学，使学生学会用证据推理等方法，并能运用知识与能力的建构模型去思考和解决问题。

关键词：核心素养;证据推理;模型建构;SO2的性质

一、问题背景

《普通高中化学课程标准（2017年版）》，在高中化学学科核心素养的证据推理与模型认知维度中，要求：知道可以通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系，建立认知模型，并能运用模型解释化學现象，揭示现象的本质和规律。

基于此，在教学实施过程中，要求从化学事实出发，注重学生过程性教学，着力引导学生学会从化学现象探究化学本质、从实验证据到演绎推理、从感性认知到模型建构，这是高质量化学课堂对我们提出的新要求，也是落实化学核心素养的重要途径。

以化学必修（2）第五章《化工生产中的重要非金属元素》的“SO2的性质”教学为例分析如下。

二、教学设计

1.教学基本思路

通过问题阶梯设置，进一步诱导学生学会猜想，进而通过实验，寻找证据学会推理，从而发展学生的认知能力，通过整理归纳，形成了知识和问题解决的认知模型，最后在实践应用中实现模型认知，以达到提高学生化学学科素养为目的。

2.通过类比和推理建构认知模型

通过类比思想，引导学生从已知的CO2联想SO2的性质，再通过类比和推理，让学生发现SO2和CO2既有共性又各有其特性。引导学生分析SO2中的S为+4价，处于中间价态，以此诱导学生猜想，得出SO2必定具有原性同时又具有氧化性。这是本节教学的重点之一。

3.通过预测和实证与推理形成认知模型

引导学生通过SO2的价类二维图，猜测SO2的化学性质，通过实验观察、推理、判断，让学生掌握SO2性质及其应用，从而学会对物质性质的认知建构，并形成认知模型。

三、课堂实录

环节一：

【播放新闻片段】湖北宜都曾发生SO2泄露事故，108人出现中毒症状。

（学生）思考和认知：SO2有毒，能引起呼吸道疾病，浓度高时会令人死亡。

【演示实验】展示一试管SO2，进行实验5-1：把充满SO2、塞有橡胶塞的试管倒立在水中，在水面下打开橡胶塞，观察试管内液面的上升。待液面高度不再明显变化时，在水下用橡胶塞塞紧试管口，取出试管，用pH试纸测定试管中溶液的酸碱度。

（学生）观察现象，归纳SO2的物理性质——无色有刺激性气味的气体，易溶于水，密度比空气大，有毒。

【过渡】实验5-1中用pH试纸测出溶液显酸性，说明了什么？

（学生）SO2与水反应，且生成酸。

【方法指导】研究物质的一般方法：1.从物质的分类角度;2.从氧化还原性的角度;3.从特性的角度;4.与环境的关系角度。

环节二：

【类比总结】师生一起：从CO2性质推测SO2的性质（有酸性氧化物的通性）

1.与水反应（实验5-1）：把充满SO2、塞有橡胶塞的试管倒立在水中，在水面下打开橡胶塞，观察试管内液面的上升。待液面高度不再明显变化时，在水下用橡胶塞塞紧试管口，取出试管，用PH试纸测定溶液酸碱度。

【补充实验】用试管取1mL在实验5-1中得到的溶液加热，在试管口放一蓝色湿润石蕊试纸，观察到试纸变红。

【思考】CO2与水反应生成的H2CO3不稳定，容易分解生成二氧化碳和水。从上实验证据推理，写出SO2与水作用的反应方程式。强调“在同一条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的反应，叫做可逆反应”。

【深度思考】将实验5-1中得到的溶液放置一段时间，再测溶液的PH，发现PH减小。说明溶液酸性增强。为什么？根据实验获得证据，引导学生大胆猜测——亚硫酸被氧气氧化为酸性更强的硫酸。（2H2SO3+O2=2H2SO4）

【任务】引导学生运用类比思想，思考并写出2和3反应

2.与碱反应

3.与碱性氧化物的反应

（学生）书写化学方程式

【思考】能否说明能令澄清石灰水变浑浊的气体是CO2？

【任务】请画出SO2相关的价类二维图。

（学生）根据价态，推测SO2的性质——既有氧化性又有还原性。如何验证？

【补充演示实验】将SO2通入氢硫酸中，观察到溶液变浑浊。证明SO2有氧化性;将SO2通入酸性KMnO4溶液中，观察到溶液褪色，证明SO2有还原性。

【发散思维】还有哪些证据？——SO2通入氯水中，SO2的催化氧化等。

（学生）书写相关的化学方程式。

【演示实验】实验5-2：用试管取2mL在实验5-1中得到的溶液，向其中滴入1-2滴品红溶液，振荡，观察溶液的颜色变化。然后加热试管，注意通风，再观察溶液的变化。

【思考】SO2有漂白性，可令某些有色物质褪色，但原理跟因发生氧化还原而使溶液褪色的原理是否一致？——深入思考（学生由褪色后的品红溶液加热后又恢复为红色的现象产生新的认知）——推出结论：SO2的漂白原理是直接与有色物质结合生成无色物质，该无色物质不稳定。

【发散思维】SO2的漂白作用与次氯酸的漂白作用有何差别？

（学生）搜集证据，归纳推理出两者的差别。

环节三：

【资料卡片】食品中的SO2：食品中添加适量的SO2可以起到漂白、防腐和抗氧化的作用。

【展示动画图】工业制硫酸的原理示意图：指出工业中的SO2是如何生成的和净化的，其作用是什么。

【展示动画图】酸雨的形成示意图：了解硫酸型酸雨的形成过程，并指出生成酸雨的反应原理。

（学生）归纳总结SO2在食品、工农业生产、自然界中的作用，从它的用途到与环境的关系中加深对SO2的认识。

四、教学思考

认知模型有助于学生将感性认识上升至理性认知，能助力学生对具体知识的解释和理解，认知模型可为学生提供了解决新的陌生问题时的思维支撑点，使其能够依据认知模型所蕴含的本质规律，在正确的学科观点指导下，科学合理地分析问题和解决问题。

学生通过模型的建立，具备了分析和解决问题的能力，从而深刻体会到工业上是如何利用这些转化关系，通过控制条件等方法，遵循生态文明思想，获得相应的化工产品，实现环境保护与资源利用的和谐统一，让学生更加深刻地理解如何用学科观念分析问题和解决问题，使学生的学科素养在真实的学习情境中得到提高，真正做到从陈述性知识到观念性知识的提升。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：4

[2]李小明.高中化学认知模型的特征分析.中学化学教学参考，2021（2）.5-10

[3]鲍文亮.由“硫氮在自然界的循环”谈学科知识和核心素养的有机融合，2021（1）.16-19

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