強(qiáng)化證據(jù)推理形成科學(xué)思維-以探究二氧化錳在過氧化氫分解制取氧氣反應(yīng)中的作用為例

強(qiáng)化證據(jù)推理，形成科學(xué)思維--以探究二氧化錳在過氧化氫分解制取氧氣反應(yīng)中的作用為例一、課標(biāo)分析本課題內(nèi)容屬于《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》“物質(zhì)的化學(xué)變化”主題下的“化學(xué)反應(yīng)”的范疇，也屬于“科學(xué)探究與化學(xué)實(shí)驗(yàn)”主題下的科學(xué)探究能力的范疇。內(nèi)容要求：了解化學(xué)反應(yīng)需要一定的條件，知道催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)的重要作用；初步體會(huì)調(diào)控化學(xué)反應(yīng)的重要意義；學(xué)習(xí)控制變量和對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方法；了解科學(xué)探究的一般過程，形成一定的科學(xué)探究能力；學(xué)業(yè)要求：能基于證據(jù)進(jìn)行分析推理形成結(jié)論；教學(xué)提示：探究過氧化氫分解反應(yīng)中二氧化錳的催化作用。二、教材分析氣體的制取是學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)必須掌握的基本實(shí)驗(yàn)技能。本課題的主要內(nèi)容分為兩部分，一是介紹實(shí)驗(yàn)室制取氧氣，另一部分是通過探究“分解過氧化氫制氧氣的反應(yīng)中二氧化錳的作用”，從而幫助學(xué)生建構(gòu)催化劑的概念。催化理論是本課的難點(diǎn)，教材通過探究活動(dòng)使學(xué)生了解催化劑和催化作用。在組織學(xué)生進(jìn)行探究的過程中，注意引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并思考：不加二氧化錳時(shí)木條不復(fù)燃，加二氧化錳后木條復(fù)燃的原因，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象歸納概括出結(jié)論的歸納思維方法，引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)催化劑的概念，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究、證據(jù)推理的學(xué)科素養(yǎng)。三、學(xué)情分析1.學(xué)生已有知識(shí)儲(chǔ)備學(xué)生在第一單元中已學(xué)蠟燭及其燃燒的探究，對(duì)實(shí)驗(yàn)探究的一般過程已有初步的了解，為后面探究二氧化錳作為過氧化氫分解制取氧氣反應(yīng)中催化作用埋下伏筆。2.學(xué)生提升的障礙點(diǎn)探究二氧化錳在過氧化氫分解制取氧氣反應(yīng)中催化作用，學(xué)生基于通過實(shí)驗(yàn)收集的證據(jù)，運(yùn)用控制變量的思想和對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行比較、分析、歸納和總結(jié)，形成結(jié)論。學(xué)生第一次接觸控制變量的方法，難以通過比較的方法獲得結(jié)論。3.學(xué)生有待發(fā)展的能力學(xué)生初步學(xué)會(huì)運(yùn)用控制變量和對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行探究二氧化錳在過氧化氫分解制取氧氣反應(yīng)中催化作用，形成一定的證據(jù)推理能力和科學(xué)探究的能力。四、知識(shí)功能收集證據(jù)：學(xué)會(huì)記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析推理：基于收集的證據(jù)進(jìn)行分析推理，形成結(jié)論研究方法：運(yùn)用控制變量的思想和對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方法科學(xué)探究：形成實(shí)驗(yàn)探究物質(zhì)是否為催化劑的一般思路五、教學(xué)目標(biāo)1．通過實(shí)驗(yàn)探究二氧化錳在分解過氧化氫制氧氣中的作用，建構(gòu)催化劑的概念，知道催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)的重要作用；2．通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究二氧化錳在分解過氧化氫制氧氣中的作用，初步形成科學(xué)探究的一般思路和方法；3．能運(yùn)用控制變量的思想和對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方法，進(jìn)行比較、分析、歸納和總結(jié)，初步形成一定的分析推理能力。六、教學(xué)實(shí)錄環(huán)節(jié)1：創(chuàng)設(shè)情境，引入新課教師：魚塘缺氧，造成大量魚死亡，損失好幾萬，這該怎么辦？請(qǐng)同學(xué)們幫忙想想對(duì)策。同學(xué)：往水中通入氧氣，增加氧氣的含量教師追問：那你怎么得到氧氣？同學(xué)：暫時(shí)沒有想到同學(xué)：用高錳酸鉀可以制取氧氣教師追問：高錳酸鉀可以制取氧氣，但這個(gè)反應(yīng)需要什么條件？同學(xué)：高錳酸鉀加熱分解才能得到氧氣教師：說明這個(gè)反應(yīng)要耗能。其他同學(xué)有沒有更好的想法？同學(xué)：可以用過氧化氫溶液來制取氧氣教師：市場(chǎng)上有一種制氧的試劑，名叫氧來樂，它的主要成分是過氧化氫，作用與用途是本品在分解過程中釋放出活潑的新生態(tài)氧，可用于養(yǎng)殖池塘的增氧，藥性溫和，使用方便，無殘留且綠色環(huán)保。提出問題：增加氧氣的含量的同時(shí)又綠色環(huán)保，為什么利用過氧化氫制取氧氣可以體現(xiàn)綠色環(huán)保？同學(xué)：過氧化氫分解只產(chǎn)生水和氧氣，所以綠色環(huán)保教師評(píng)價(jià)：謝謝你的分析。教師:過氧化氫溶液是不是能夠分解產(chǎn)生氧氣呢？下面我們用實(shí)驗(yàn)說話。請(qǐng)上來實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證你的想法。

環(huán)節(jié)2：實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，收集證據(jù)

同學(xué)和同學(xué)演示實(shí)驗(yàn)并陳述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：帶火星的木條沒有復(fù)燃。環(huán)節(jié)3：表達(dá)交流，形成結(jié)論同學(xué)：認(rèn)為帶火星木條沒有復(fù)燃的原因是過氧化氫溶液常溫下分解速率非常緩慢，產(chǎn)生的氧氣極少，無法支持木條燃燒。教師：過氧化氫溶液常溫下分解的速率非常緩慢，產(chǎn)生的氧氣也非常少，你們有什么方法讓過氧化氫溶液分解的速率加快呢？

同學(xué)：可以用二氧化錳，二氧化錳可以加快過氧化氫溶液的分解速率。教師：到底是不是如同學(xué)所說的那樣，我們用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。和同學(xué)合作實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，并觀察到快速產(chǎn)生大量的氣泡，燒杯外壁發(fā)燙，且?guī)Щ鹦堑哪緱l復(fù)燃。同學(xué)：加入二氧化錳后，將帶火星的木條放入燒杯中，帶火星的復(fù)燃。通過實(shí)驗(yàn)1中帶火星的木條不復(fù)燃和實(shí)驗(yàn)2中帶火星的木條復(fù)燃，由此得出，二氧化錳可以加快過氧化氫溶液分解的速率。教師：請(qǐng)同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，證明二氧化錳依然可以加快過氧化氫的分解速率。同學(xué)：實(shí)驗(yàn)2中過氧化氫溶液停止反應(yīng)后，再往燒杯中繼續(xù)加入過氧化氫溶液，再用帶火星的木條伸入燒杯中，觀察帶火星的木條是否復(fù)燃。如果帶火星的木條能夠復(fù)燃，說明二氧化錳依然可以加快過氧化氫的分解速率。教師：那你上來用實(shí)驗(yàn)證明你的想法和同學(xué)合作實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證二氧化錳的化學(xué)性質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)前后是否發(fā)生改變。教師：同學(xué)積極參與到實(shí)驗(yàn)中來，為他的改變而高興！學(xué)生收集證據(jù)：帶火星的木條可以復(fù)燃

教師：通過實(shí)驗(yàn)2和實(shí)驗(yàn)3，你能獲得什么結(jié)論？

同學(xué)：再次加入過氧化氫溶液，二氧化錳依然可以加快過氧化氫溶液分解的速率，由此可知，化學(xué)反應(yīng)前后二氧化錳的化學(xué)性質(zhì)不變。

教師：通過實(shí)驗(yàn)1和實(shí)驗(yàn)2可知，二氧化錳可以加快過氧化氫溶液的分解速率；通過實(shí)驗(yàn)2和實(shí)驗(yàn)3可知，化學(xué)反應(yīng)前后二氧化錳的化學(xué)性質(zhì)不變。

提出問題：二氧化錳在過氧化氫溶液分解制取氧氣的反應(yīng)中起到什么作用？劉文靜同學(xué)：二氧化錳在在過氧化氫溶液分解制取氧氣的反應(yīng)中起到催化作用同學(xué)：我不認(rèn)同她的觀點(diǎn)。通過上面的實(shí)驗(yàn)還不能證明二氧化錳是催化劑，因?yàn)檫€沒有通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證二氧化錳的質(zhì)量在化學(xué)反應(yīng)前后是否發(fā)生改變。教師追問：驗(yàn)證它的質(zhì)量在反應(yīng)前后是否發(fā)生改變，你覺得應(yīng)該怎么做？同學(xué)：將二氧化錳從水中分離出來，進(jìn)行稱量教師追問：如何將二氧化錳從水中分離出來?同學(xué)：目前還不知道同學(xué)：可以過濾教師追問：你為什么覺得過濾可以分離出二氧化錳？同學(xué)：因?yàn)槎趸i不溶于水，過濾可以將不溶于水的固體進(jìn)行分離教師評(píng)價(jià)：同學(xué)對(duì)過濾的原理掌握非常透徹，說明他自主學(xué)習(xí)的能力很強(qiáng)。教師：你上來操作，用過濾的方法將二氧化錳分離出來。（忘記拍照）教師：通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)探究你們獲得什么結(jié)論？同學(xué)：二氧化錳可以做過氧化氫分解制取氧氣反應(yīng)的催化劑。教師追問：從上面的實(shí)驗(yàn)中二氧化錳具備做催化劑的條件有哪些？同學(xué)：加快過氧化氫分解的速率、它的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)前后保持不變教師追問：形成你的這些觀點(diǎn)，你的證據(jù)是什么？同學(xué)：通過實(shí)驗(yàn)1帶火星的木條不復(fù)燃和實(shí)驗(yàn)2帶火星的木條復(fù)燃可知，二氧化錳可以加快過氧化氫溶液的分解速率；通過實(shí)驗(yàn)2帶火星的木條復(fù)燃和實(shí)驗(yàn)3重新加入過氧化氫溶液，帶火星的木條復(fù)燃可知，二氧化錳依然可以加快過氧化氫溶液的分解速率，由此可知二氧化錳的化學(xué)性質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)前后保持不變。通過實(shí)驗(yàn)4過濾、洗滌、烘干、稱量等發(fā)現(xiàn)二氧化錳的質(zhì)量反應(yīng)前后保持不變。教師：科學(xué)家們通過許許多多類似的實(shí)驗(yàn)探究，如硫酸銅和二氧化錳一樣可以做過氧化氫分解制取氧氣反應(yīng)的催化劑，透過這些實(shí)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)催化劑的概念。什么是催化劑？同學(xué)：能夠改變化學(xué)反應(yīng)速率，且化學(xué)反應(yīng)前后質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)不變的物質(zhì)叫催化劑。教師：介紹催化劑在生產(chǎn)中具有重要的作用環(huán)節(jié)4：歸納總結(jié)，形成思路教師：如何證明一種物質(zhì)是否是某反應(yīng)的催化劑？你的思路是什么？同學(xué)：一是該物質(zhì)能否改變化學(xué)反應(yīng)速率；二是該物質(zhì)的質(zhì)量在化學(xué)反應(yīng)前后是否改變；三是該物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)前后是否發(fā)生改變。歸納總結(jié)：形成探究物質(zhì)是否為催化劑的一般思路七、案例分析1.強(qiáng)化證據(jù)推理，形成科學(xué)思維2022年版新課標(biāo)指出：“初步學(xué)會(huì)運(yùn)用觀察、實(shí)驗(yàn)等手段獲取化學(xué)事實(shí)，能初步運(yùn)用比較、分類、分析、歸納等方法認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其變化，形成一定的證據(jù)推理能力?！北竟?jié)課主要探究二氧化錳在過氧化氫溶液分解制取氧氣反應(yīng)中的作用，學(xué)生實(shí)驗(yàn)1：將帶火星的木條伸入盛有過氧化氫溶液中，獲取帶火星的木條不復(fù)燃為證據(jù)，基于帶火星的木條不復(fù)燃為證據(jù)進(jìn)行分析推理獲得過氧化氫溶液常溫下分解非常緩慢，且產(chǎn)生氧氣極少，無法支持帶火星的木條。學(xué)生實(shí)驗(yàn)2：往實(shí)驗(yàn)1中的試管中加入1g二氧化錳粉末，再將帶火星的木條放入試管中，觀察帶火星的木條復(fù)燃，學(xué)生基于帶火星的木條復(fù)燃為證據(jù)進(jìn)行分析推理，二氧化錳加快過氧化氫分解的速率。學(xué)生實(shí)驗(yàn)3：實(shí)驗(yàn)2反應(yīng)停止后，往實(shí)驗(yàn)2中再加入一定量的過氧化氫溶液，將帶火星的木條伸入試管中，帶火星的木條復(fù)燃，由此可見，二氧化錳依然可以加快過氧化氫溶液分解的速率。學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)1帶火星的木條不復(fù)燃和實(shí)驗(yàn)2帶火星的木條復(fù)燃為證據(jù)，進(jìn)行分析推理獲得二氧化錳可以加快過氧化氫溶液分解的速率；通過實(shí)驗(yàn)2和實(shí)驗(yàn)3所收集的證據(jù)，分析推理獲得二氧化錳的化學(xué)性質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)前后不變。通過以上的教學(xué)可知，學(xué)生初步學(xué)會(huì)運(yùn)用實(shí)驗(yàn)的方法獲取證據(jù)，基于證據(jù)進(jìn)行分析推理獲得的結(jié)論，形成一定的分析推理的能力，促進(jìn)學(xué)生的思維深度發(fā)展。2.敢于評(píng)價(jià)質(zhì)疑，形成批判性思維新課標(biāo)提出培養(yǎng)學(xué)生敢于質(zhì)疑，勇于創(chuàng)新等批判性思維。批判性思維是推動(dòng)科學(xué)、社會(huì)發(fā)展的原動(dòng)力，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)生活及后續(xù)發(fā)展有重要意義。批判性思維能力不是天生就有的，它需要長(zhǎng)期鼓勵(lì)和培養(yǎng)。從批判性思維的內(nèi)涵來看，其中證據(jù)意識(shí)、分析推理、解放思想、質(zhì)疑精神等都會(huì)對(duì)學(xué)生今后的發(fā)展產(chǎn)生巨大的影響。本節(jié)課在教學(xué)過程中引發(fā)學(xué)生質(zhì)疑，教師提出問題：二氧化錳在過氧化氫溶液分解制取氧氣的反應(yīng)中起到什么作用？劉文靜同學(xué)認(rèn)為，二氧化錳在過氧化氫溶液分解制取氧氣的反應(yīng)中起到催化作用。同學(xué)不認(rèn)同她的觀點(diǎn)，在上面的實(shí)驗(yàn)中只驗(yàn)證了二氧化錳是否改變化學(xué)反應(yīng)速率和它的化學(xué)性質(zhì)，還沒有驗(yàn)證二氧化錳的質(zhì)量在化學(xué)反應(yīng)前后是否發(fā)生改變。在這過程中學(xué)生不僅要分辨其他同學(xué)的觀點(diǎn)，還要積極尋找證據(jù)支撐自己的觀點(diǎn)，形成展示自己的結(jié)論獲或者觀點(diǎn)，形成學(xué)生批判性思維。3.建構(gòu)思維模型，形成思路方法了解科學(xué)探究的一般過程，其中包括建構(gòu)模型，模型是人類對(duì)事物認(rèn)識(shí)的高度概括的結(jié)果，是具有遷移價(jià)值的學(xué)習(xí)內(nèi)容，也是發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維的重要方法。本節(jié)課主要探究二氧化錳在過氧化氫分解反應(yīng)中的作用，學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究的一般過程：提出問題：二氧化錳在過氧化氫分解反應(yīng)中的作用是什么？猜想假設(shè)：二氧化錳可以做過氧化氫分解氧氣的催化劑（①二氧化錳是否可以加快過氧化氫分解的速率？②二氧化錳的質(zhì)量在化學(xué)反應(yīng)前后是否發(fā)生改變；③二氧化錳的化學(xué)性質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)前后是否發(fā)生改變）。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案（針對(duì)提出的三點(diǎn)，運(yùn)用控制變量的思想和對(duì)比實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案）；實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證---收集證據(jù)---分析推理---獲得結(jié)論。經(jīng)過科學(xué)探究的一般過程，再提煉形成物質(zhì)是否做為催化劑的一般思路，幫助學(xué)生建構(gòu)思維模型，形成思路方法。八、教學(xué)反思本節(jié)課是學(xué)生學(xué)習(xí)初三化學(xué)的第二節(jié)探究課，幫助學(xué)生初步形成實(shí)驗(yàn)探究的一般思路和方法，為后面的探究做好鋪墊