基于“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)的初中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)-以“二氧化碳”的性質(zhì)為例 論文

基于“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)的初中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)

——以“二氧化碳的性質(zhì)”為例

摘要：“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)五個(gè)維度之一，是化學(xué)核心素養(yǎng)的思維核心。模型作為學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)十分重要的認(rèn)知工具，,合理高效地利用它將對(duì)

教育教學(xué)工作有極大的促進(jìn)作用。據(jù)此，本文以人教版九年級(jí)化學(xué)“二氧化碳的性質(zhì)”這一節(jié)課的內(nèi)容為例，引入模型，以期對(duì)各位老師的教育教學(xué)工作有所參考。

關(guān)鍵詞：證據(jù)推理與模型認(rèn)知，二氧化碳，教學(xué)設(shè)計(jì)，模型一、問題的提出

2017

年《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017

年核心素養(yǎng)版）》首次提出了學(xué)科核心素養(yǎng)，

構(gòu)建了以核心素養(yǎng)為綱的學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，重塑基礎(chǔ)教育階段的學(xué)業(yè)質(zhì)量觀[1]?；瘜W(xué)學(xué)科的五大核心素養(yǎng)包括:“宏觀辨識(shí)與微觀探析”、“變化觀念與平衡思想”、“證

據(jù)推理與模型認(rèn)知”、“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”、“科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任”等五個(gè)維度。而化學(xué)作為一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”這一核心素養(yǎng)是中

學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中學(xué)生學(xué)習(xí)效果的集中體現(xiàn)，也是學(xué)生從客觀角度認(rèn)識(shí)事物和揭示現(xiàn)象本質(zhì)與規(guī)律的前提。其內(nèi)涵主要包含以下幾個(gè)方面:①具有證據(jù)意識(shí)，能基于證據(jù)

對(duì)物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及其變化提出可能的假設(shè)，通過分析推理加以證實(shí)或證偽；②建立觀點(diǎn)、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系；③知道可以通過分析、推理等方法認(rèn)識(shí)研究對(duì)象的本

質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系，建立認(rèn)知模型，并能運(yùn)用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象。二氧化碳性質(zhì)的探究是人教版初中化學(xué)教材第六單元課題2的內(nèi)容，本節(jié)教材內(nèi)容

主要講二氧化碳的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，最后聯(lián)系到用途。呈現(xiàn)方式有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1、難度不大；2、實(shí)驗(yàn)較多；3、聯(lián)系生活實(shí)際的內(nèi)容也較多。這些特點(diǎn)合理利用有利于調(diào)

動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。從學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備上來(lái)看，學(xué)生在日常生活中，已經(jīng)了解了很多有關(guān)

CO

的現(xiàn)象和知識(shí)，例如喝汽水，植物光合作用的原料，呼吸作用產(chǎn)生等。

2從學(xué)生心理特征上來(lái)看，九年級(jí)的學(xué)生正處于青春期，對(duì)外界事物及現(xiàn)象充滿了好奇心。

他們對(duì)化學(xué)的興趣逐步由直覺興趣—操作興趣—具有因果關(guān)系的興趣向具有概括性的1

認(rèn)知興趣遷移。往往通過自主探究來(lái)了解一類物質(zhì)的規(guī)律知識(shí)，甚至為此要求進(jìn)行一些創(chuàng)造性的實(shí)驗(yàn)和觀察活動(dòng)。然而，什么叫實(shí)驗(yàn)探究、如何實(shí)施實(shí)驗(yàn)探究，學(xué)生卻是不熟

悉的，因而，在教學(xué)中教師要有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的核心素養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來(lái)收集證據(jù)，進(jìn)而進(jìn)行證據(jù)推理，最終構(gòu)建知識(shí)模型。

二、教學(xué)流程和情景設(shè)計(jì)【情境引入】向?qū)W生介紹一種奇特的冰塊——干冰，展示過后，分別將少量干冰加入到

一杯無(wú)色液體和一杯紫色液體中，組織學(xué)生觀察現(xiàn)象?！荆▽?shí)驗(yàn)現(xiàn)象】?jī)杀后w都冒出大量白霧，無(wú)色液體逐漸變渾濁，紫色液體逐漸變?yōu)榧t色。

如圖1至圖4所示）圖1無(wú)色液體

圖2無(wú)色液體變渾濁圖3紫色液體

圖4紫色液體變紅色設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生在之前的學(xué)習(xí)中已經(jīng)得知干冰即固態(tài)的二氧化碳，通過現(xiàn)象明顯的神奇

實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。【【【【【提問1】如何研究二氧化碳的性質(zhì)？從哪方面去認(rèn)識(shí)？

回答】從CO的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。教師活動(dòng)】向?qū)W生展示一瓶二氧化碳?xì)怏w，并提出問題：二氧化碳具有哪些物理性質(zhì)？

學(xué)生活動(dòng)】安排學(xué)生觀察一瓶CO氣體，并回答出顏色、狀態(tài)、氣味等物理性質(zhì)。學(xué)生小結(jié)】CO的物理性質(zhì)：無(wú)色、無(wú)味、氣態(tài)。

2設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生在觀察氣體的操作中，根據(jù)觀察結(jié)果推得性質(zhì)，培養(yǎng)證據(jù)推理的素養(yǎng)。

2

【【提問2】二氧化碳的其他物理性質(zhì)如何，例如溶解性？它能溶于水么？

實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)1】探究二氧化碳?xì)怏w能否溶于水？實(shí)驗(yàn)用品：清水、充滿CO的軟塑料瓶

2實(shí)驗(yàn)操作：快速向裝有二氧化碳的軟塑料瓶中倒入約1/3體積的水，并迅

速擰緊瓶塞，振蕩并觀察現(xiàn)象。（如圖5所示）學(xué)生分析總結(jié)：軟塑料瓶變癟了，說明二氧化碳可溶于水。

圖5【【提問3】二氧化碳與空氣相比密度大小又是如何呢？

實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)2】探究CO與空氣相比密度的大小2實(shí)驗(yàn)用品：燒杯、火柴、高矮不同的兩根蠟燭、充滿CO的集氣瓶

2實(shí)驗(yàn)操作：向裝有一高一低兩支燃著的蠟燭的燒杯中傾倒二氧化碳。

（如圖6所示）

學(xué)生分析總結(jié)：現(xiàn)象是低蠟燭先熄滅，高蠟燭后熄滅。由此可知二氧化碳的密度大于空氣。

圖6【總結(jié)】一般情況下二氧化碳物理性質(zhì)為：

表1二氧化碳的物理性質(zhì)顏色狀態(tài)氣味

溶解性

密度

無(wú)色氣態(tài)無(wú)味

可溶于水

大于空氣設(shè)計(jì)意圖：通過趣味的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生親自參與實(shí)驗(yàn)過程，觀察現(xiàn)象，分析結(jié)論，收集證

據(jù)，自主構(gòu)建物質(zhì)物理性質(zhì)認(rèn)識(shí)的模型?！疽龑?dǎo)】通過剛才的實(shí)驗(yàn)，我們不僅得出了二氧化碳密度大于空氣這個(gè)結(jié)論，而且還可

以的出一個(gè)關(guān)于二氧化碳的化學(xué)性質(zhì)，大家知道是什么嗎？【【回答】二氧化碳不支持燃燒也不可燃，是二氧化碳化學(xué)性質(zhì)的體現(xiàn)。

提問4】結(jié)合課前的干冰魔術(shù)，和之前所學(xué)知識(shí)，大家猜測(cè)剛剛的無(wú)色溶液應(yīng)該是什么溶液？

【學(xué)生討論總結(jié)】通過已有知識(shí)，結(jié)合觀察現(xiàn)象，分析得知該種無(wú)色液體為澄清石灰水。

并揭示反應(yīng)原理：Ca(OH)+CO===CaCO↓+H2O223總結(jié)得出第二點(diǎn)化學(xué)性質(zhì)：二氧化碳可以使澄清石灰水變渾濁。

設(shè)計(jì)意圖：新舊知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行整合，從已有知識(shí)儲(chǔ)備中獲取證據(jù)信息，進(jìn)行證據(jù)推理，得出結(jié)論。

【教師】剛剛魔術(shù)中的紫色溶液的名字叫做紫色石蕊溶液，我們大家一起來(lái)認(rèn)識(shí)一下

3

吧！資料信息】石蕊是一種色素，溶于水后可形成紫色的溶液。特別強(qiáng)調(diào)紫色石蕊溶液遇

到酸性的物質(zhì)可以變?yōu)榧t色?！尽尽狙菔緦?shí)驗(yàn)】向紫色石蕊溶液中滴加醋酸，紫色石蕊溶液變?yōu)榧t色。

引導(dǎo)】學(xué)生已經(jīng)認(rèn)識(shí)到酸可以使紫色石蕊溶液變紅。進(jìn)而引發(fā)思考，當(dāng)干冰加入到紫色石蕊溶液中，究竟是哪種物質(zhì)使其變紅？學(xué)生分組討論，進(jìn)行合理猜想，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

驗(yàn)證?！緦?shí)驗(yàn)探究活動(dòng)3】探究哪種物質(zhì)使紫色石蕊溶液變紅？

實(shí)驗(yàn)用品：充滿CO的軟塑料瓶、浸泡過紫色石蕊溶液的紙條、清水、鑷子2【學(xué)生活動(dòng)】根據(jù)已知信息進(jìn)行猜想：與石蕊溶液接觸的物質(zhì)都可能使其變紅。

學(xué)生提出假設(shè)：①空氣；②二氧化碳；③水；④玻璃；⑤二氧化碳+水學(xué)生討論】依據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)和已學(xué)知識(shí)，直接排除錯(cuò)誤猜想①④。

為驗(yàn)證剩余猜想，學(xué)生分組討論設(shè)計(jì)出以下實(shí)驗(yàn)方案：【123、將干燥的石蕊試紙放入充滿CO的軟塑料瓶中，觀察是否變色；

2、將干燥的石蕊試紙潤(rùn)濕，觀察是否變色；

、將潤(rùn)濕的石蕊試紙放入充滿CO的軟塑料瓶中，觀察是否變色?！痉纸M實(shí)驗(yàn)】學(xué)生觀察并匯報(bào)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：

第一組：干燥的石蕊試紙與CO接觸，紫色石蕊不變紅。第二組：干燥的石蕊試紙潤(rùn)濕后，紫色石蕊不變紅。

第三組：潤(rùn)濕的石蕊試紙與CO接觸，紫色石蕊變紅。【學(xué)生討論總結(jié)】分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后得出結(jié)論：

二氧化碳本身不具有酸性，而二氧化碳與水結(jié)合后的物質(zhì)具有酸性，并使石蕊變紅。教師】反應(yīng)原理：CO+HO===HCO3

【222設(shè)計(jì)意圖：自主按照控制變量法設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象收集證據(jù)，構(gòu)建二氧化碳

化學(xué)性質(zhì)的知識(shí)模型?！尽舅伎肌刻妓崤c碳酸飲料存在怎樣的聯(lián)系？碳酸本身又具有怎樣的化學(xué)性質(zhì)呢？

學(xué)生活動(dòng)】學(xué)生觀察并飲下一杯可樂，分享觀察結(jié)果并說明飲用后感受。現(xiàn)象：可樂中有氣泡不斷冒出，輕輕搖晃后又產(chǎn)生大量氣泡，喝下去后有打嗝的現(xiàn)象出

現(xiàn)。【學(xué)生討論總結(jié)】碳酸飲料中含有大量碳酸，而碳酸的化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，輕微的振蕩或

4

受熱易分解生成氣體。教師】碳酸分解的反應(yīng)原理：HCO

===

CO

↑+H2O

【232設(shè)計(jì)意圖：聯(lián)系實(shí)際，從生活中的探尋物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，以此完善二氧化碳化學(xué)性質(zhì)的

模型?！窘處熆偨Y(jié)】回顧二氧化碳的性質(zhì)，那么，二氧化碳在日常生活中又有哪些應(yīng)用呢？這

些應(yīng)有又與哪些性質(zhì)相關(guān)？學(xué)生】提出二氧化碳滅火、利用干冰人工降雨等相關(guān)用途。

【設(shè)計(jì)意圖：根據(jù)已經(jīng)構(gòu)建的二氧化碳的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)模型，來(lái)運(yùn)用模型解決實(shí)際

生活中化學(xué)問題。三、教學(xué)反思

本節(jié)課學(xué)習(xí)的物質(zhì)二氧化碳是學(xué)生非常熟悉的一種氣體，在日常生活中和之前的學(xué)習(xí)中也多有涉及。學(xué)生學(xué)習(xí)熟悉的東西是比較容易的，但是，固有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)有時(shí)也會(huì)

影響教學(xué)效果，先入為主的思想會(huì)使學(xué)生消減學(xué)習(xí)的興趣。所以怎樣在既能利用已有的經(jīng)驗(yàn)，又能激發(fā)學(xué)生的好奇心，使學(xué)生產(chǎn)生探究的欲望，這是本節(jié)課的一個(gè)難題。

區(qū)別于傳統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計(jì)，我改變了傳統(tǒng)的教學(xué)方法。首先，在引入情境時(shí)，利用了二氧化碳的一種特殊的形態(tài)“干冰”分別加入無(wú)色溶液和紫色溶液，通過實(shí)驗(yàn)中展示出

的現(xiàn)象所創(chuàng)設(shè)出的奇特場(chǎng)景，引發(fā)了學(xué)生關(guān)于這一物質(zhì)的好奇心，進(jìn)而引發(fā)了探究欲望。接著構(gòu)建學(xué)生學(xué)習(xí)新物質(zhì)的模型體系，安排學(xué)生觀察一瓶二氧化碳?xì)怏w，通過操作認(rèn)識(shí)

到二氧化碳的顏色、狀態(tài)、氣味等物理性質(zhì)。對(duì)于二氧化碳溶解度和密度的認(rèn)識(shí)，讓學(xué)生親自動(dòng)手操作向充滿二氧化碳?xì)怏w的軟塑料瓶和二氧化碳熄滅高矮蠟燭兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，在

實(shí)驗(yàn)過程中收集證據(jù)，進(jìn)而分析構(gòu)建了二氧化碳物理性質(zhì)的知識(shí)模型。在提升學(xué)生動(dòng)手操作能力的同時(shí)，既提升了實(shí)驗(yàn)探究的核心素養(yǎng)，又培養(yǎng)了學(xué)生證據(jù)推理的核心素養(yǎng)。

再引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)二氧化碳熄滅蠟燭進(jìn)行分析，推理出二氧化碳這種氣體既不支持燃燒也不可燃這一化學(xué)性質(zhì)。接下來(lái)繼續(xù)構(gòu)建二氧化碳化學(xué)性質(zhì)的模型，通過學(xué)生已有知

識(shí)，結(jié)合之前收集的證據(jù)，讓學(xué)生推理出無(wú)色液體為澄清石灰水。再展示出紫色石蕊的相關(guān)信息，告知學(xué)生紫色石蕊溶液變紅是由于遇到了酸性物質(zhì)。進(jìn)而引發(fā)學(xué)生的思考，

到底是什么物質(zhì)使石蕊變紅，二氧化碳又是否具有酸性等。通過學(xué)生實(shí)驗(yàn)、討論、閱讀、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)等探究學(xué)習(xí)，經(jīng)歷了“提出問題——作出假設(shè)與猜想——設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案——

收集證據(jù)信息——分析得出結(jié)論”一系列過程，最終構(gòu)建了二氧化碳化學(xué)性質(zhì)的模型。5

整節(jié)課上，教師通過有效的引導(dǎo)，讓學(xué)生真正參與到實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)中來(lái)，動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、分組討論、思考總結(jié)，每個(gè)結(jié)論的得出都是通過學(xué)生分析而來(lái)。學(xué)生在討論評(píng)價(jià)中學(xué)會(huì)

通過討論、探究解決實(shí)際問題的方法，在師生合作、生生合作中享受科學(xué)探究帶來(lái)的喜悅、成就感。

這種立足于教材，又不局限于教材的做法充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的思維，滲透了學(xué)生將實(shí)驗(yàn)與性質(zhì)緊密聯(lián)系的學(xué)