《基于“证据推理”视角下高中化学教学设计》-理学论文，化学论文-论文范文参考-科学狗论文网

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基于“证据推理”视角下高中化学教学设计

范文

孙远菊刘公园

摘要：基于新课改提出的培育学生学科核心素养的要求，对培养“证据推理”核心素养的高中化学教学设计进行了探索，提出了“厘清情境、提取证据一作出假设、建立观点一分析推理、验证假设一获得结论、形成概念”的证据推理模式。在此基础上以“钠和水反应”知识点为例进行教学设计，融入三重表征以及定性分析、定量分析的思维方式，对证据的提取和结论的获得进行了分析。

关键词：证据推理;钠和水反应;教学设计

文章编号：1008-0546（2020）03-0064-06

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2020.03.018

一、關于“证据推理”概述

1.含义

“证据推理”（ Evidential Reasoning）是指通过观察问题情境，提取物质及其变化的相关证据，运用分析推理、抽象概括等方式，形成科学结论的过程。其对学生的学习提出了相应的要求[1]，要求学生能通过进行分析推理形成结论，能解释证据与结论之间的关系，确定形成科学结论所需要的证据和寻找证据的途径。

2.特征

2017版课标对“证据推理”规定达到的目标是[2]：“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”。其中提及的“观点、结论、证据”等词，体现了“证据推理”的特征，即有证据意识，能运用“宏观、微观、符号”（三重表征）和定性、定量分析等思维进行分析推理。

用流程图（见图1）来表征“证据推理”的过程：（注：S1、S2指融人的化学思想，A1、A2、A3指各个环节所发挥的功能。）

前端分析包含厘清情景、提取证据和作出假设、建立观点两个步骤，即从素材中获取信息，并作出猜想假设的过程;后端分析包含分析推理、验证假设和获得结论、形成概念两个模块，即用实验验证假设，并得到结论，从而构建知识的逻辑系统，形成概念。前端分析、后端分析及融入的思维方式共同构成“证据推理”的教学模式。

二、基于“证据推理”视角下教学设计——以必修模块“钠与水反应”为例

笔者以素养之一“证据推理”的形式进行了高一知识点“钠与水反应”（人教版，必修1）的教学设计，探索新课标（2017版）背景下培育学生学科核心素养的高中化学教学设计。

1.教学目标

（1）通过“滴水点灯”的小魔术和“沈阳工厂发生爆炸”的新闻小视频创设真实问题情境。

（2）通过演示实验，验证假设，获得结论。从现象、元素种类、化合价以及气体的性质等方面对产物进行分析，得到最终的结论。

（3）通过实验方案的选择以及学生实验的方式，初步掌握选择仪器及检验物质装置等实验技能，并从中体会学习化学的乐趣，增加学习兴趣。

（4）学习实际生产中“钠着火扑救”的方法，掌握生活常识，知道面对紧急事故时的处理方法，拓展知识视野，感受化学与生产生活的密切联系。

2.设计思路

3.教学过程

本教学设计的过程主要是通过两条线索展开，即明线索和暗线索。明线索是以“问题”形式进行，通过“交流讨论、演示实验、学生实验以及角色扮演”等方式来掌握知识，并能学以致用，促进知识的迁移。暗线索是通过表演“滴水点灯”的小魔术和新闻素材的导人，初步获得金属钠的某些性质，并营造一个个教学情境，层层递进，启发诱导，进一步获得金属钠的性质。

（1）教学环节I：创设情境，推测性质

【情景导人】水通常用来灭火，那水是否能用来生火呢？表演“滴水点灯”的小魔术。用镊子取事先准备好的一小块金属钠，包裹于干燥的酒精灯灯芯处，再用滴管在烧杯中取水，滴一滴水于灯芯上。可观察到酒精灯的灯芯燃了起来（见图3）。（注：实验仪器及药品有酒精灯、金属钠、镊子、蒸馏水、烧杯、滴管。）

【问题】为什么酒精灯的灯芯藏有一小块金属钠滴水后燃了起来呢？（要求：前后两排为一个小组进行交流讨论。）

【学生】金属钠可能和水发生了反应。

【教师】为了初步推测大家的猜想，我们来观看一小段新闻视频。

【视频播放】播放“沈阳厂房发生爆炸”的新闻小视频，同样思考下面三个问题。（新闻内容：沈阳市沈北新区百龙生物有限公司厂房在中午12：50左右突然发生爆炸，当时是火光冲天，爆炸的声音巨大，厂房的外墙和玻璃已经被烧毁。究其爆炸原因，厂房存有大约200公斤的金属钠，经调查，该工厂已经停产10个月。由于下雨，厂房的顶部漏水，金属钠遇水发生了爆炸，当时场景十分惊险。这种钠产生的火灾，并不能用传统喷洒的方式进行灭火，现场的消防队员是用于粉和水泥覆盖，采用隔绝氧气的方式来进行灭火，等天晴或者更合适的方式再来对金属钠进行处理。据了解，高纯度的金属钠，通常保存在实验室和工厂中，遇水产生的物质对人体有一定伤害。）

【问题】①通过观看视频，描述厂房着火的原因。②工厂着火后，消防员是怎样灭火的？③消防员灭火之后，为什么不立即对工厂进一步处理？

【学生】①房厂内存放大约200公斤的金属钠，由于下雨，厂房顶部漏水，雨水遇上金属钠发生了反应，从而导致火灾。②用干粉和水泥覆盖，采用隔绝氧气的方式来灭火。③保存在厂房中的高纯度的金属钠遇水产生的物质，对人有一定伤害。

【角色扮演】能称之为“侦探”的人都非常善于从所获得的线索中寻找关键点，通过分析推理，侦破案件。若现在我们都是侦探，大家思考一下，可以从“滴水点灯”的魔术和这则新闻中提取有关金属钠性质的哪些关键信息呢？

【学生1】金属钠能和水发生反应，并放出大量的热。

【学生2】金属钠着火不能用水灭火，要用干粉或者水泥覆盖，隔绝氧气，从而达到灭火的目的。

【学生3】金属钠和水反应，能产生对人有一定伤害的物质。

【板书】一、获取信息

（1）钠能和水反应，放出热量。

（2）钠着火不能用水扑灭。

（3）钠和水反应，生成对人有一定伤害的物质。

【提问】从获取的这三条信息中，同学们尝试着推测一下金属钠具有什么性质呢？

【学生】金属钠的性质很活泼，能和水发生反应。

【追问】金属钠性质的活泼性，我们可以通过对什么的分析得出？

【学生】从初中所学的金属活动顺序表可以看出，金属钠排在第三位，所以它的性质非常活泼。

【启发】除此之外，还可以通过什么来进行判断呢？可以联系一下我们一直所说的学习化学的一条重要线索：“结构决定性质、性质决定用途”。

【学生】还可以通过原子结构示意图来进行分析，钠的最外层只有一个电子，容易失去，所以它的性质非常活泼。

【板书】二、钠的性质

②性质非常活泼

设计意图：以魔术和新闻素材创设真实的问题情境，从感性认识入手，激发学生的好奇心和探究意识，通过一系列问题，引导学生从问题情境中提取信息，分组交流讨论，找出关键点，得到金属钠性质非常活泼的结论。再从微观的角度，用金属钠的原子结构示意图阐述所获得的结论，最终上升为理性认识。

（2）教学环节Ⅱ：实验验证，获得结论

【疑问】金属钠与水反应生成的对人体有伤害的物质会是什么呢？下面老师为大家演示课本上的实验3-3，大家将自己观察到的现象写在草稿纸上。

【提问】同学们观察到了什么现象呢？

【学生1】从试剂瓶中取金属钠时，钠是沉在煤油底部（见图4）。

【学生2】将切好的钠粒投入水中时，钠浮在水面。然后熔化为球状游来游去，并听见扩音器中有“嘶嘶”的声音，最后，钠小球消失了。培养皿中的溶液随着钠球的游动而慢慢变红（见图5）。

【提问】观察到的这些现象，体现了金属钠具有哪些性质呢？

【学生】①金属钠沉在煤油底部和浮在水面上，说明金属钠的密度比煤油的大，比水的小。②切好的钠粒在水中能熔化成小球，说明它的熔点低。③滴有酚酞的水溶液变红，说明反应生成了碱性物质。

【查阅资料】金属钠的密度为0.97g-cm-3，水的密度为1g·cm-3，煤油的密度为0.8g.cm-3。

【讨论】金属钠和水反应生成的产物是什么呢？我们可以从哪些方面来分析呢？（学生分组讨论，然后总结。）

【学生】可以从现象、元素种类、化合价以及气体的性质等方面进行分析。（经过学生之间的交流讨论，以及教师的提醒，学生总结得出结论。）

【产物分析】

现象分析：滴加酚酞的溶液变红——有碱性物质产生

四处游动——有气体产生

元素种类分析：金属钠与水反应，里面所涉及到的元素有Na、O、H。所以生成的碱性物质只能是NaOH。在此可以看出生成的气体可能是02，也有可能是H2，到底是什么我们可以从气体的性质和化合价两个角度进行分析。

气体的性质：①化学性质：H2具有可燃性，O2具有助燃性。（可通过燃烧的方式检验）

②物理性质：H2的密度小于0：的密度。（用吹肥皂泡的方式检验，H2吹的肥皂泡飘向天空，O2吹的肥皂泡向下空飘）

化合价分析：钠和水反应生产NaOH，化合价升高，在同一个反应体系中化合价有升，必有降。（通过分析H+是+1价，可以得电子，形成H2;0是-2价，不能再得电子。所以产生的氣体只能是H2。）

（从定性分析以及定量分析的角度对产物进行分析，从而获得结论。）

【板书】三、结论

（1）实验现象：浮、熔、游、响、红。

（2）化学反应方程式：

2Na+2H2O—2NaOH+H2 ↑

（3）离子反应方程式：

2Na+2H20=2Na++20H+H2 ↑

【阐述】“浮”说明了钠的密度比水的小，“熔”说明了钠的熔点低，而“游”和“响”则是因为在反应的过程中生成了气体，推动钠小球的游动，反应放出大量的热，所以才听到响声。

【讨论】大家思考一下，老师做的演示实验的装置存在着哪些问题？

【学生】这个实验装置无法判断产生的气体是什么？

【追问】那怎样对装置进行改进，收集到气体，并能验证此气体就是H2呢？大家相互间思考交流。

【学生】……

【教师】老师准备了几个实验装置改进的方案，大家一起来判断是否可行。

【PPT展示】

（通过教师和学生们对这三个实验装置进行观察、分析，总结出这三个实验装置在操作方面所存在的问题，并针对不足的地方，再进一步对实验装置进行改进。）

【讨论】大家思考一下，怎样进行改进，以便知道H2的量是多少？

【学生】若要测定H2的量，要用带有刻度的仪器来收集。

【追问】那可以用什么仪器呢？

【学生】…….（思考交流之后，不能想出合适的仪器。）

【教师】其实，收集气体的仪器可以用医院里最常见的注射器，将其拔掉针头，就可以收集。注射器由于它便宜易得等优点，成为很多作实验改进研究人员首选的改进仪器。

【讨论】大家思考一下，若用图6所示的装置图，是否可行？（同样，分组讨论）

【学生】不可行，试管中的水应该装满。若水没有装满，注射器收集到的气体里混有空气，因空气里含有氧气，用点燃的方式进行检验时，易发生爆炸，存在安全隐患。

【追问】是不是只要把试管中的水装满就行了呢？

【学生】不行，若把试管中的水装满，观察不到钠浮在水面上等实验现象，且实验操作起来也比较困难。

（通过教师和学生们的讨论，得出最终的实验方案来定量收集H2（见图7），并以此改进实验作为学生实验。）

【视频播放】为了更加清楚地观看钠和水反应的剧烈程度，老师特意剪切了“美丽化学”中“放热反应”有关钠和水反应的视频。（视频内容：将钠放入水中，加快2倍、3倍和1.5倍，可以清晰地看到钠的游动速度和消失的速度。）

设计意图：多方面进行分析，得出相应的产物，运用定性、定量及三重表征的思维，去粗取精，去伪存真，由表及里地认知金属钠的性质，学生不仅明白反应原理和掌握分析实验原理的思维方法，也学会从多角度去分析问题，播放“美丽化学”视频，展现化学世界的美好与和谐。

（3）教学环节Ⅲ：动手实验，建构知识

【要求】5个人为一个小组。

【学生实验】药品及仪器：钠粒、煤油、酚酞水溶液、肥皂水、试管、带孔的橡皮塞、橡皮管、导管、长颈漏斗、拔掉针头的注射器。（装置图如图7所示）

步骤：（注：事先将钠保存在装有煤油的试管中）

①将导管和长颈漏斗插入带孔的橡皮塞中（如图7所示）。

②塞紧橡胶塞，将长颈漏斗的顶端插入煤油里面，接近试管底部。在导管处连接上注射器。

③往长颈漏斗里面加入酚酞水溶液。

实验现象：①钠会沉在酚酞水溶液和煤油的分界线，随着反应的进行钠球往上升，然后又掉下来，再上升，如此反复直到消失。溶液也随着钠球的上下游动而逐渐变为红色。②注射器的活塞向上移动。将注射器的顶端沾肥皂水，并移动活塞吹泡，可观察到肥皂泡飘向上空。

设计意图：学生动手实验，真正地参与教学活动中，培养合作精神和与人沟通、分享的能力，并从中体会学习化学的乐趣，展示学生的主体地位和教师的主导作用。

（4）教学环节IV：“角色”总结，迁移运用

【角色扮演1】若我們是沈阳百龙生物有限公司的老板，工厂停工，我们该采取怎样的措施才能确保金属钠不会产生危险事故呢？

【学生1】可以将其装在一个大桶里面，把桶里的空气抽干，以真空的形式保存。

【学生2】可以把它保存在一个装有煤油的大桶里。

【学生3】可以用一层东西覆盖在金属钠的表面。

【学生4】要确保厂房不漏水….

【角色扮演2】钠和水反应非常剧烈，且反应的过程中有碱性物质生成，因此新闻中消防员没有立即对厂房进行处理。若我们是附近的居民，我们不能做什么？应该怎样做才能更好的保护自己呢？（前后两排为一个小组，交流讨论。）

【学生1】面对这样危险的时候，要镇定，赶紧拨打报警电话119，然后远离厂房。

【学生2】不能鲁莽，在不清楚火灾发生原因的前提下，切不可用水去灭火……

具体的事故应对策略见图9。

【提问】结合今天所学的知识点，根据金属钠的性质，大家推测一下金属钠在实际的生产生活中有哪些用途？

【学生】因为能和水发生剧烈的反应，所以可以用作“强除水剂”。

【讨论】在初中的时候我们就知道灭火的方式有许多，如用水灭火、用沙子或者泡沫灭火器等方式来灭火，大家思考一下，如果是金属钠着火，能用泡沫灭火器灭火吗？

【学生】不能，因为泡沫灭火器里面有C02和水分，它能与金属钠发生反应，从而使火势加大。因此，不能用泡沫灭火器进行灭火。

设计意图：用“角色扮演”的方式进行教学，促进学生发散性思维的发展和培养换位思考的能力。在获得知识的同时，也让学生明白遇见紧急事故时的处理方法。

三、结语

钠和水反应是培养学生观察能力、分析推理以及抽象概括能力很典型的知识点，这与“证据推理模式”相契合。因此在教学的过程中，有意识的进行教学内容的“证据推理”化，帮助学生形成多方面的能力，并将核心素养的思想渗透到各个环节中，促进学生学科素养的发展。但也要注意[3]“学生化学学科核心素养的发展是一个自我建构、不断提升的过程，教师要紧紧围绕化学学科核心素养发展的关键环节，引导学生积极开展建构学习、探究学习和问题解决学习，促进学生化学学习方式的转变”。

参考文献

[1] 吴星.对高中化学核心素养的认识[J].化学教学，2017（5）：3-7

[2][3]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（ 2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：4

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