深挖实验教学功能 培养证据推理能力——以“盐类的水解原理”为例

广东省中山市第二中学(528429) 林增辉

对于发展学生“证据推理”的学科核心素养，课程标准明确提出：具有证据意识，能基于证据对物质组成、结构及其变化提出可能的假设，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。在课程标准引领下，部分教师开展了深入的研究：认为化学教学中的证据推理是指根据化学概念、理论和事实性知识，通过比较分析、抽象概括和归纳演绎等推理形式，进行证实和证伪的求证方式，获取新知识、解决新问题的高级思维过程；认为证据推理是获得科学知识的必经方法，需让学生亲历与体验，在教师的引导和帮助下，学会收集证据，进行推理学习。教师们的教学研究成果，开拓了我们的视野，深化了我们对“证据推理”内涵的认识，有效地指导了我们的教学。基于对课程标准的学习和理解，借鉴同行的先进经验，笔者对如何在化学课堂中培养学生证据推理能力，也产生了以下几点思考。首先，教师应明确教学目标，明确什么内容是要得到的“结论”，明确哪些内容能作为“证据”，并且能启发学生及时抓住“证据”；其次，教师应了解学生的知识和能力水平，了解学生在根据“证据”推导出“结论”的过程中，可能要用到的必备知识，可能会碰到的认知障碍，做好充分准备，才能及时启发学生，帮助学生顺利到达成功的彼岸；此外，课堂虽然是可以预设的，但教师也应该尊重学生，充分发挥学生的想象力和创造力，为各种思想的碰撞做好准备。下面，笔者以“盐类的水解原理”为例，阐释基于“证据推理”视角的教学设计过程。

1 教学内容分析

“盐类的水解”是人教版化学选修4第3章第3节的内容，该节包含盐类的水解原理和盐类水解的应用两部分内容，按课时计划，分两个课时完成。笔者选取“盐类的水解原理”作为研究对象。从内容层次来看，需要学生在弱电解质的电离平衡和水的电离平衡的基础上，理解水解的本质是因为弱酸的酸式酸根(或弱碱阳离子)通过结合水电离的氢离子(或氢氧根)，从而促进了水的电离，使水溶液呈现出酸碱性。从能力的层次来看，则需要学生能立足于已有的知识，运用已有的化学理论知识(如电解质的电离、离子反应、水的电离平衡等)，推断分析盐类的水解微观过程，建立起认知模型，提炼水解反应的一般规律，为下节课学习水解原理应用垫定基础。从价值层面来看，盐类的水解体系是一个多种平衡体系相互影响、相互制约的复杂平衡体系，深入理解这种多平衡体系，对开阔学生的思路，形成自然界中物质密切联系、相互依存的世界观，具有一定的促进作用。

2 学情分析

3 教学目标的确定

根据教学内容和学生知识水平的分析情况，从宏观证据、微观证据、定量证据和模型证据四个维度，确定本节课的教学目标。

(1)通过观察、分析盐类水解的宏观现象，认识水解反应的宏观性质，如盐溶液呈现酸碱性的本质原因。

(2)通过讨论、分析微观粒子的相互作用的方式，探求水解的原理，推理水解酸碱性与盐类组成关系的模型。

(3)收集、分析盐类水解实验呈现的数据，从定量角度探求盐类水解反应的特点。

(4)比较、探讨中和反应和盐类水解反应的能量变化，推断水解反应的能量变化规律。

4 教学环节设计

4.1 环节一：实验探究，推导原理

实验并投影：用pH试纸测以下溶液(均约为1 mol/L)的pH值：①NaCl溶液、②CH3COONa溶液、③NaHCO3溶液、④Na2CO3溶液、⑤NH4Cl溶液、⑥(NH4)2SO4溶液、⑦Na2SO4溶液。

设计说明：在学生的认知中，酸溶液呈酸性，碱溶液呈碱性，盐溶液则是中性的。虽然在必修1中学过纯碱和碳酸氢钠两种溶于水呈碱性的盐，但学生还是很难打破思维的惯性，甚至常常将纯碱当作碱对待。上课之前，布置学生先预习。以实验的形式引入新课，选择不同类型的盐，呈现不同的pH值，让学生能通过宏观的物质性质了解盐类水解的现象。

微观探析：为什么盐溶液会呈现不同的酸碱性呢？以NaCl溶液和CH3COONa溶液为例：①在NaCl溶液中，NaCl完全电离成Na+和Cl-，而水也会部分电离出H+和OH-，离子之间不会发生离子反应(简单复习离子反应的条件)，水的电离平衡没有移动，溶液的pH没有发生变化；②在CH3COONa溶液中，CH3COONa完全电离成Na+和CH3COO-，而水也会部分电离成H+和OH-，CH3COO-和H+可生成CH3COOH(简单复习弱电解质电离平衡)，c(H+)降低，促进水的电离，c(H+)小于c(OH-)，溶液呈碱性。

证据推理一：结合另外5种盐溶液，可知弱碱阳离子或弱酸酸根离子能促进水的电离，发生水解反应。得出结论一：有弱才水解。

4.2 环节二：宏观辨识，推导规律

教学活动：引导学生分析上述实验中7种溶液的酸碱性与盐类型的关系。

设计说明：学生通过实验结果，了解盐类水解可呈现不同pH值的现象，通过对水电离平衡移动的分析，认识水解反应的本质，此时对盐的组成结构进行分类，进一步深化学生对“结构-性质”关系的认识，建立水解的认知模型。

证据推理二：强酸弱碱盐显酸性，强碱弱酸盐显碱性。得出结论二：谁强显谁性。

证据推理三：电解质的“强”与“弱”本质上是指电解质的电离程度，可用什么数据来衡量呢(提示：电离常数)？结合NaCl溶液和Na2SO4溶液，推测CH3COONH4溶液应该显什么性质呢(醋酸和一水合氨的电离常数均为1.8×10-5)？经讨论，可得出结论三：同强显中性。

4.3 环节三：引入数据，定量推理

教学活动：和学生一起利用比色卡，读取各种溶液的pH数值(按上述序号，颜色有争议时，取大概范围)：①6～7、②8～9、③10、④11～12、⑤5～6、⑥5～6、⑦7。

设计说明：从酸碱性的定性认识，进一步从定量的角度认识盐类的水解，发展学生的定量思维。

证据推理四：基于CH3COONa溶液、NaHCO3溶液、Na2CO3溶液的碱性依次增强的本质，得出结论四：越弱越水解。

4.4 环节四：符号表征，推导模型

教学活动：和学生一起书写CH3COONa溶液中产生OH-的离子方程式(水解方程式)。

设计说明：基于宏观和微观的认知，引入符号表征水解过程。预习发现，学生会写成CH3COO-与H+反应，借此重温了离子方程式的书写要点——弱电解质不能拆写。

证据推理五：结合水解方程式，讨论下列问题：①在约为1 mol/L的CH3COONa溶液中，c(OH-)约为多少？根据上面的数据算出约为1×10-5mol/L。②根据上面的实验数据，哪种物质的水解程度最大？可算出是碳酸钠，约为1%。

根据上面的讨论，可得出结论五：水解程度一般都比较小。该结论可为后续学习判断溶液中离子浓度大小作铺垫。

证据推理六：结合水解方程式，讨论下列问题：①从左边往右看，是水解反应，但如果从右边往左边看，是什么反应呢(可得出是中和反应)；②中和反应是放热反应，那么其逆反应——盐类的水解反应呢？

通过上述问题的讨论，可得出结论六：水解反应是中和反应的逆反应，是吸热反应。

5 结语

随着化学知识的积累和能力的提升，学生思考问题的视角越来越广，而对化学实验来说，能挖掘的教学功能也越来越多。学生学习了化学反应原理之后，能从定性到定量、从宏观到微观、从物质到能量等多个角度认识物质的变化，因此应该养成深挖化学实验功能的习惯，用多元化的视角认识化学现象，更深刻地认识自然界的复杂性和整体性。本节课是以演示实验展开教学，虽然有利于笔者控制课堂的节奏，也有利于证据推理过程的进行。但笔者认为，如果学生能养成良好的实验探究习惯，应该多动手实验，减少演示实验，让学生亲自探索化学世界。

从证据推理的角度来看，限于学生知识与能力的水平，对于一些假设学生并不能自主地完成推理过程，这时就要发挥教师的作用，要适当给学生提供知识的支撑，帮助学生构建完善的知识体系，让学生能顺着知识的阶梯一步一步往上攀登。因此，引导学生进行证据推理，不是漫无目的地让学生自由讨论，也不是让学生完全独立探索，而应是有目的、有设计、有方向的活动。基于证据推理所得出的结论，是学生经过思考、辨析、论证所得到的本质规律，对学生来说，能起到化繁为简、认知本质的作用，但却不能轻易地作为结论传授给其他未经历推理过程的学生，因为只知道结论，则为“知其然，不知所以然”。

化学是一门不断发展的自然科学，化学实验技术也在与时俱进。在本节课中，因限于实验的条件，在定量测溶液的pH值时，依然用pH试纸进行测定。但由于pH试纸的测定，准确性比较低，而且读数的时候，也有一定的难度，像本节课中有些溶液的读数只是取大概读数范围，如果能用pH计进行测量，则可大大提高准确性。在进行定量分析时，也更有说服力，能更好地发挥数据的“证据”作用。同时，也能让学生感受到化学技术在定量测量中所起的重要作用，激发学生学习化学的兴趣。