证据推理与模型认知的应用

摘 要：氧化还原反应是高中化学概念和化学基本理论的基石，也是历年高考命题的重要的出发点.因此，从化学概念出发探究氧化还原反应可以揭示一类反应的内涵建构模型;从化学基本理论出发思考氧化还原反应可以使学生学会用辩证思考的观点去认知、分析与推理化学反应在变化过程中的本质.由此可知，高中的氧化还原反应的教学与“证据推理与模型认知”核心素养是水乳交融的.以氧化还原反应课堂教学为例，剖析谈谈自己在教学实践中如何应用证据推理与模型认知素养去落实构建学生的化学概念和发展思维能力的.

关键词：氧化还原反应;化学概念;基本理论;高中化学

中图分类号：G632文献标识码：A文章编号：1008-0333（2021）06-0088-02

收稿日期：2020-11-25

作者简介：黄云鹏（1972.9-），男，福建省莆田人，本科，中学高级教师，从事高中化学教学研究.基金项目：本文系福建省教育科学“十三五”规划2019年度立项课题《学习进阶视角下培育“证据推理与模型认知”的教学实践研究》（立项批准号：FJJKXB19-406）的研究成果

高中化学有五项核心素养，深刻反映了化学思维品质的五个维度的功能和导向，其中“证据推理与模型认知”是高中化学概念和化学基本理论的基石，也是学生在建构知识体系过程中所表现出来的化学思维品质和推理应用能力.因此，帮助学生理解化学概念、发展化学核心能力运用化学基本理论、建构化学核心价值观，是与“证据推理与模型认知”核心素养融为一体的.

一、从已有的知识情景建构氧化还原反应的模型认知

情景1 用媒体播放初中氢气还原氧化铜的实验.让学生思考该实验要注意哪些问题.接下来再思考实验名称为氢气还原氧化铜的实验，这里所说的“还原”是什么道理呢？实验最后的重要环节是持续通入氢气，待反应管的温度降为室温后再停止，目的是为了防止空气中的氧气氧化单质铜，这里所说的“氧化”又是什么意思？

导学1 通过氢气还原氧化铜、铜被氧气氧化的两个反应认知氧化还原反应的特征

（1）建构氧化反应的概念：分析铜被氧气氧化过程“2Cu+O22CuO”，銅元素的化合价变化特征是由0价变为+2价，说明了反应物到生成物的过程中铜元素的价态升高了，建构氧化反应的概念模型认知，强调铜元素化合价升高，物质Cu发生了氧化反应.

（2）建构还原反应的概念：分析氢气还原氧化铜“CuO+H2Cu+H2O”，铜元素的化合价变化特征是由+2价变为0价，说明了反应物到生成物的过程中铜元素的价态降低了，建构还原反应的概念模型认知，强调铜元素化合价降低，物质CuO发生了还原反应.

（3）建构氧化还原反应概念：具体分析化学反应2KBr+Cl22KCl+Br2是否也是氧化还原反应？说明判断理由.

（4）建构从元素化合价是否变化的角度对化学反应进行分类，反思氧化还原反应和非氧化还原反应的判断基本依据，学会应用证据进行推理.

[设置目的]通过学生在初中学过的实验的视频唤醒学生对已有的知识的记忆，同时产生新的质疑，在实验过程中应用的的两个化学概念“氧化”与“还原”.然后通过元素的化合价的变化情况的分析建构“氧化还原反应的特征———化合价升降”模型认知，并通过以反应2KBr+Cl22KCl+Br2为例让学生应用模型进行证据收集和分析推理，从而达成建构从元素化合价是否变化对化学反应进行新的角度的分类的目的.

二、用化学基本理论挖掘氧化还原反应的本质内涵

情景2 通过反应2KBr+Cl22KCl+Br2的分析，你们能否从外观粒子的角度解读这个反应真正的内涵吗？

用媒体展示反应过程中氯原子：，然后通过提问分析在Cl→Cl-的过程中元素的化合价变化与元素原子的得失电子的关系.

导学1 通过反应2KBr+Cl22KCl+Br2实例分析建构氧化还原反应的本质——电子的转移的模型认知：

（1）建构氧化反应的概念：如反应2KBr+Cl22KCl+Br2中KBr失去电子，就可以说是KBr发生氧化反应.

（2）建构还原反应的概念：如反应2KBr+Cl22KCl+Br2中Cl2得到电子，说明Cl2发生还原反应.

（3）建构氧化还原反应的概念：强调电子转移的概念具有的两个方面，一是电子得失（就是得到与失去），二是电子偏移（即偏向与偏离）.

[设置目的]通过元素化合价的变化的宏观辨识上升的化学基本理论的微观探析层面是对学科核心素养的升华.学生在不知不觉中通过收集宏观的证据，运用化学基本理论探析了化学反应的微观世界，在推理过程中形成了解读氧化还原反应的本质，丰富了化学反应的内涵.

三、在熟知的知识框架中丰满化学概念体系

情景3 让学生思考在日常生活中，热水和冷水是用什么样的生活体验证明的.在学生回答用手触摸感觉温度后抓住关键词“相对温度”，然后提出氧化、还原的能力强弱有没有一个方法进行度量呢？

导学3 帮助学生氧化剂和还原剂这对化学概念.

（1）建构氧化剂的模型认知：（由教师讲解）从微观角度分析物质的氧化性特征是得到电子（或电子对偏向），从宏观角度理解元素化合价的变化特征在于元素的化合价降低.

（2）建构还原剂的模型认知：让学生模仿建构氧化剂的模型认知来思考得出本概念的内涵.

[设置目的]通过新课新知氧化还原反应的概念抽丝剥茧得出氧化剂和还原剂这对化学概念，教师引导与学生模仿相结合，让学生学会知识迁移，举一反三，从而达到在熟知的知识框架中丰满化学概念体系的目的.

情景4 氧化还原反应可以用化合价变化的方法体验电子转移的本质.这种体验在化学术语中是如何用文字画图来表达呢？

导学4 感悟氧化还原反应中电子转移的化学术语的表达方式.

（1）结构双线桥法的模型认知：从反应中的同一元素原子得到或失去电子的情况进行说明.

（2）建构单线桥法的模型认知：通过反应物间的元素原子间得到或失去电子的情况来说明的表达方式.强调线桥上只有电子转移的数目，勿标“得到”、“失去”.同样给出示例.

（3）总结氧化还原反应电子转移的化学术语的表达步骤：①变成变价元素的化合价、②画出线桥（注意箭头）、③标出转移电子的数目.然后练习用所学方法表达CH4+2O2CO2+2H2O反应的电子转移情况.

[设置目的]通过挖掘氧化还原反应的概念的内涵建构氧化剂、还原剂的模型认知，让学生在认知层面再次发展，表达丰满了化学知识体系，也培养了学生敢于质疑，勇于解疑的思维能力，是形成学科素养必须亲历的过程.

四、用科学实验证明收集证据来体验化学理论的源头

情景4 有一类非金属单质Cl2、Br2、I2，被称为卤素单质，实验证明它们都具有氧化，但强弱是不相同的.化学原理认为“性强可以生成性弱”.

导学4 通过分组实验让学生来证明Cl2、Br2、I2氧化性的强弱.

给出试剂：新制的氯水、四氯化碳、溴化钾溶液、碘化钾溶液等.

通过自己设计实验操作完成下列几项任务：

①实验操作;

②实验现象及相关的化学方程式;

③单质的氧化性比较.

[思考]在一个反应中物质的氧化性或还原性的强弱由什么决定？

电子白板展示 （用所学概念来表达一个氧化还原反应）：

性质强弱都是：××剂（反应物）强于××产物（××指的是氧化或还原）.

[设置目的]通过实验解除学生学习过程的疲劳感，让课堂充满一种合作探究的活跃氛围，可以燃烧学生求知的激情，让智慧在合作中迸发，让能力在探究中成长.学生的操作设计可以不同，但结果是异曲同工了，这一分组实验环节可以达成科学探究与创新意识的核心素养层面的建构之效了.

总之，证据推理与模型认知是上好一节新课，如氧化还原反应课堂教学的主心骨.通过教学实践过程中的体验、感悟发现证据推理与模型认知是课程设计的最基本要求，它贯穿于学生对新知的认识过程，是学生的情感、態度、价值观在学科素养上整合的产物.笔者相信在课堂上只要做到从已有的知识情景建构新知的模型认知;用化学基本理论挖掘新知的本质内涵;在熟知的知识框架中丰满化学概念体系;用科学实验证明收集证据来体验化学理论的源头，那么，帮助学生建构化学核心素养一定是水到渠成，马到成功.

参考文献：

[1]倪霞.基于证据推理与模型认知视角下的教学实践——以“配合物的形成和应用”为例[J].化学教与学，2018（7）：21-23.

[2]孙宇红.生活即教育——“生活中的氧化还原反应”教学实录及反思[J].化学教与学，2014（12）：66-67.

[3]周玉娟.《氧化还原反应》的教学反思[J].中学教学参考，2012（14）：81.

[责任编辑：季春阳]