趙鑫 謝天華

摘要：證據(jù)推理是化學學科核心素養(yǎng)的重要組成部分，化學學科核心素養(yǎng)證據(jù)推理素養(yǎng)的培養(yǎng)已成為化學教師課堂教學任務之一。以創(chuàng)設情境提出問題和假設、實驗結果是“證據(jù)推理”的保證、質(zhì)疑是培養(yǎng)“證據(jù)推理”素養(yǎng)的必要環(huán)節(jié)、創(chuàng)新實驗提高“證據(jù)推理”素養(yǎng)的培養(yǎng)等環(huán)節(jié)開展教學，對化學學科核心素養(yǎng)“證據(jù)推理”素養(yǎng)的培養(yǎng)進行了有效的探索。

關鍵詞：高中化學;化學學科核心素養(yǎng);科學探究;證據(jù)推理;素養(yǎng)培養(yǎng)

文章編號： 1008-0546（2018）10-0012-04 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

化學學科的核心素養(yǎng)為“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認知川科學探究與創(chuàng)新意識”“科學精神與社會責任”五項內(nèi)容，它是學生發(fā)展核心素養(yǎng)的重要組成部分。其中“證據(jù)推理”素養(yǎng)是學生在高中化學課程學習過程中逐漸發(fā)展起來的，是在解決實際問題所表現(xiàn)出來的必備品格和關鍵能力。本文以“研究氯氣性質(zhì)”系列實驗教學為載體，通過創(chuàng)設真實的問題情境，引導學生開展以化學實驗為主的科學探究活動，旨在落實學生化學學科核心素養(yǎng)“證據(jù)推理”素養(yǎng)的培養(yǎng)。

一、創(chuàng)設情境，提出問題和假設

學生只有在一定的背景和情境中才能提出一系列邏輯勝強的問題和假設，這是構成證據(jù)推理的第一環(huán)節(jié)。

教學片斷1：氯氣在水里是簡單的溶解還是反應？

[教師]演示實驗1：用向上排空氣法收集滿一瓶氯氣，觀察氯氣的顏色。

[教師]取一只盛滿氯氣的試管，將其倒扣在水槽中，靜置一段時間后，觀察現(xiàn)象。

[學生]觀察演示實驗1收集氯氣呈黃綠色;觀察演示實驗2試管內(nèi)水上升了2/3，水溶液顏色變?yōu)闇\黃綠色。

[教師]問：氯氣在水中是簡單的溶解還是反應？

[學生討論]猜想提出三種假設。

該教學環(huán)節(jié)其目的是通過學生已有知識，依據(jù)觀察到的現(xiàn)象和科學方法對未知的氯水溶液的成分作有規(guī)律的推測，為后續(xù)實驗等有力證據(jù)的開展和求證過程做好了鋪墊。

二、實驗結果是“證據(jù)推理”的保證

實驗即事實，化學課堂離不開實驗證據(jù)，推理離不開證據(jù)，推理就是解釋證據(jù)與結論之間的關系，確定科學結論所需要的證據(jù)和尋找證據(jù)的途徑。證據(jù)即事實，事實即實驗結果。如學生通過觀察演示實驗2試管內(nèi)新制取的氯水呈淺黃綠色的實驗結果這一證據(jù)，就可推出氯氣在水中不是全部反應的，從而否定了學生的第三種假設?？茖W探究教學中的證據(jù)意識是指學生在科學探究過程中有目的地關注證據(jù)的探查活動和體驗行為，活動的載體是教師設計的一系列可觀察、可測量、可評價的科學探究實驗，使學生達成證據(jù)支持主張的心理認同。探究就是一個“大膽假設，小心求證”的過程，學生在這一過程中一定會經(jīng)歷“發(fā)現(xiàn)問題一提出假設一制定計劃一進行實驗一觀察現(xiàn)象一收集證據(jù)一處理信息一解釋與結論”等過程，其中“收集證據(jù)、處理信息”即收集證據(jù)用來支持自己的假設，就是將得到的各種證據(jù)進行甄別，用來論證假設正確與否的過程。是在做好“證據(jù)支持假設”的同時，也學會了證據(jù)支持假設的科學方法，從而形成尊重事實、善于質(zhì)疑的科學態(tài)度。可見，在化學課堂上落實好證據(jù)與假設的關聯(lián)，不但是提升學生科學探究能力的有效方式，也進一步體現(xiàn)了實驗結果是“證據(jù)推理”的保證。

實驗探究：

所需儀器：試管、膠頭滴管、砂紙。

所需試劑：氯水、鎂條、石蕊試液、硝酸銀溶液、紅紙條。

提出問題：氯氣能與水反應嗎？

預測與假設：氯氣能與水發(fā)生反應。

設計實驗方案（經(jīng)老師認可后實施）。

當然在實驗證據(jù)收集設計過程中一定伴隨著邏輯性問題的設計，通過問題推理和分析把實驗的現(xiàn)象和結論進行串聯(lián)，通過具有邏輯性的問題鏈形成可推敲的證據(jù)鏈。

教學片斷2：實驗證據(jù)收集設計過程中的問題設計

[教師追問1]若反應，產(chǎn)物中可能有什么？

[學生]有鹽酸生成。

[教師追問2]如何證明產(chǎn)物中有鹽酸？

[學生]通過實驗1操作，觀察到有白色沉淀生成，則證明原溶液有Cl^-存在;通過實驗3操作，觀察到溶液由無色變紅色，則證明原溶液有H+存在。從而證明產(chǎn)物中有鹽酸。

[教師追問3]在觀察溶液由無色變紅色的過程中還有什么意外發(fā)現(xiàn)？

[學生]意外發(fā)現(xiàn)：紫色石蕊溶液先變紅后褪色。

[教師追問4]這個意外現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)說明什么？

[學生]說明產(chǎn)物中有漂白性物質(zhì)生成。

[教師演示實驗4]將干燥的氯氣依次通過盛有干燥的紅紙條的集氣瓶和盛有濕潤的紅紙條的集氣瓶。

[學生]觀看演示實驗4（圖1）。

[教師追問5]通過實驗4：干燥的有色布條不褪色，說明什么？濕潤有色布條褪色又說明什么？

[學生]（1）C12本身無漂白性;（2） Cl2與水反應;（3）生成的產(chǎn)物具有漂白性。

[學生質(zhì)疑]氯水中的某種成分可能具有漂白性？該成分是什么？

[學生猜想]可能是氯氣與水反應生成了具有漂白性的新物質(zhì)？

[教師追問6]同學們再觀察另一瓶光照后氯水，你發(fā)現(xiàn)什么問題嗎？

[學生]氯水中淺黃綠色沒有了。

[教師演示實驗5]用膠頭滴管取光照后氯水滴在有色布條上。

[學生]觀看演示實驗5：有色布條不褪色。

[教師追問7]通過實驗5：有色布條不褪色，說明什么？

[學生]說明光照后氯水中已經(jīng)沒有漂白性的新物質(zhì)。

[教師講解]下面用數(shù)字傳感器解決漂白性的新物質(zhì)發(fā)生了什么變化？

[教師演示實驗6]（1）把裝滿新制取的飽和氯水的三頸瓶，倒掉大約一半氯水（瓶內(nèi)空間用來測試氧氣的濃度）;（2）用pH傳感器測試新制氯水的pH值并記錄下來，用氧氣傳感器測試三頸瓶里上方的氧氣的濃度;（3）用礦燈燈光照射橡皮塞塞緊的三頸瓶大約30分鐘后，觀測氧氣傳感器和pH傳感器測試見光后電腦中曲線顯示的氧氣的濃度和氯水的pH值，記錄最大數(shù)值，測試數(shù)據(jù)如表3：

[學生]觀看演示實驗6現(xiàn)象：經(jīng)光照以后，氯水顏色變淺直至變?yōu)闊o色，氯水的pH值降低，酸性增強;氯水瓶中上方氧氣的濃度明顯增大。

[學生]總結：溶液的pH值變小表明氯水中生成的具有漂白性的新物質(zhì)次氯酸分解生成鹽酸，氧氣的濃度增大，進一步說明次氯酸在光照下分解生成氧氣。從而證明了次氯酸的不穩(wěn)定性。

該片斷從“產(chǎn)物可能有什么物質(zhì)生成的”問題出發(fā)，引導學生從元素守恒的角度分析產(chǎn)物中可能有鹽酸生成，并通過實驗1檢驗溶液中有Cl^-在，通過實驗3檢驗出有H⁺，從而推導出有鹽酸生成，同時在收集證據(jù)檢驗H⁺過程中意外發(fā)現(xiàn)新的證據(jù)：紫色石蕊溶液先變紅后褪色，說明氯水中有漂白性物質(zhì)生成。學生在分析氯水成分時，首先排除水和鹽酸具有漂白性的可能，又通過實驗4的探究，觀察到干燥的紅紙條不褪色，而濕潤的紅紙條褪色，說明干燥的氯氣沒有漂白性，預測具有漂白性的物質(zhì)應該是水和氯氣反應生成的新物質(zhì)，同時又根據(jù)氧化還原反應化合價有降必有升的特點進一步猜想可能新生成物具有漂白性。通過教師數(shù)字化實驗，光照后氯水的pH值降低，酸性增強;氯水瓶中上方氧氣的濃度明顯增大，定性證明了次氯酸的不穩(wěn)定性。數(shù)字化實驗為課堂教學證據(jù)推理提高可信度，讓原本在常規(guī)實驗中看不到的現(xiàn)象得以更清晰地展示在我們面前，提供更加科學嚴謹?shù)淖C據(jù)。這樣的嚴密的問題分析推理過程不僅證明了前面的假設，而且發(fā)現(xiàn)了新的線索和證據(jù)。這樣的教學過程有利于培養(yǎng)學生敢于提出問題、大膽猜想的思維品質(zhì)，促進學生養(yǎng)成勇于探索真理、創(chuàng)新的科學素養(yǎng)。

三、質(zhì)疑是培養(yǎng)“證據(jù)推理”能力的必要環(huán)節(jié)

科學研究需要實事求是的科學態(tài)度、敢于質(zhì)疑的實證精神。在科學探究過程中發(fā)現(xiàn)特殊現(xiàn)象并提出質(zhì)疑，不但要對質(zhì)疑重新做出預測與假設，更要用系統(tǒng)的科學實驗來驗證，經(jīng)過對實驗現(xiàn)象分析、綜合、推論、概括出結論來驗證你的預測與假設是否科學。

教學片斷3：用新制取氯水逐滴滴人到含酚酞的NaOH稀溶液后褪色原因是什么？

[教師演示實驗]向潔凈的試管中滴加5mLNaOH稀溶液，然后向試管中滴加2滴無色酚酞溶液，振蕩，觀察現(xiàn)象;再向試管中逐滴滴加新制的飽和氯水，振蕩，觀察現(xiàn)象。

[學生質(zhì)疑]新制的飽和氯水逐滴滴人到含酚酞的NaOH稀溶液中褪色的原因不一定是酸性，可能是新制氯水具有漂白性？

[學生]設計對照實驗，對照組（1份加水，1份加NaOH溶液）。

[學生]假設滴加NaOH溶液恢復紅色，則是因為氯水的酸性造成的;反之則是氯水具有漂白性。

[結論]滴加NaOH溶液并未恢復紅色，從而說明酚酞已被新制氯水氧化，證明了褪色主要是氯水的漂白性引起的。從而回應了質(zhì)疑。

由思辨性的質(zhì)疑做出的假設并不一定都是科學的，質(zhì)疑需要實驗證據(jù)來佐證。實驗的功能不只是操作方案、驗證結果，更要注重在實驗中通過觀察現(xiàn)象收集證據(jù)、提出假設并作出理性分析推理，通過質(zhì)疑來再認識再分析進而建立模型認知，形成預測或解釋化學現(xiàn)象，從而解決了化學核心素養(yǎng)的“證據(jù)推理”素養(yǎng)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

四、創(chuàng)新實驗提高.‘證據(jù)推理”素養(yǎng)的培養(yǎng)

通過本節(jié)課的教學，學生不僅學習了氯水的成分和性質(zhì)，還了解了次氯酸鈉消毒液的作用原理。課下有學生提出想自制家用的次氯酸鈉消毒液，并圍繞“如何做到電解中不讓Cl逸出來？”對電解飽和食鹽水裝置進行創(chuàng)造性的改進并設計了裝置圖（如圖2所示），兩位學生還在課外做了研究性實驗。學生經(jīng)歷了理清實驗原理→設計裝置草圖→組裝實驗裝置→不斷改進實驗→制取消毒液→使用消毒液→錄制實驗視頻→添加解說詞等后續(xù)視頻制作這樣一系列的課外實驗及錄像過程。在這一過程，學生至少不斷地修正和改進了十遍，不僅強化了知識、提高了實驗能力，而且學以致用——把所學遷移到生活中來。在這一過程中不僅通過觀察、分析、比較、分類、歸納、概括和推理、猜想、假設、驗證等能力形成了化學邏輯思維素養(yǎng)和“證據(jù)推理”素養(yǎng)，而且提高了動手、合作互助、自主學習探究、競爭和創(chuàng)新等化學能力素養(yǎng)和與人溝通等化學語言素養(yǎng)的培養(yǎng)。

五、教學設計思路

本節(jié)課以魯科版《化學必修1》模塊“研究氯氣的性質(zhì)”[實驗2]“氯氣能與水反應嗎”的內(nèi)容為載體，緊緊圍繞“一個核心;兩大部分;三組實驗;四條線索”，優(yōu)化了教學設計，落實了對學生進行化學學科核心素養(yǎng)“證據(jù)推理”素養(yǎng)的培養(yǎng)。

一個核心：即圍繞“研究氯氣性質(zhì)”開展科學探究活動，使學生化學學科核心素養(yǎng)中“證據(jù)推理”素養(yǎng)得到培養(yǎng)。

兩大部分：第一部分通過“氯氣在水里是簡單的溶解還是發(fā)生了反應？反應生成什么？什么物質(zhì)具有漂白性？”等三個問題解決了“氯氣能與水反應”的問題。同時發(fā)現(xiàn)光照下久置氯水沒有黃綠色，并通過數(shù)字化實驗定性證明了次氯酸的不穩(wěn)定性，從而進一步提出第四個問題“如何提高消毒劑穩(wěn)定性”并過渡到了氯氣與堿的反應。第二部分教師聯(lián)系生產(chǎn)生活介紹了漂白粉和84消毒液的制備原理和使用方法，學生討論了次氯酸鈉作為消毒劑的優(yōu)點，從而解決“為何改用次氯酸鈉消毒”的問題。

三組實驗：通過綠色簡單的氯水系列實驗、直觀的數(shù)字化實驗、學生創(chuàng)新課外實驗，不僅體會知識的來龍去脈，還培養(yǎng)了學生的問題意識、合作意識、環(huán)保意識、創(chuàng)新意識和動手能力，還了解了實驗設計的基本步驟和實驗探究的基本方法。通過實驗現(xiàn)象的再分析再探究，培養(yǎng)求真務實、敢于質(zhì)疑的科學精神。通過問題情境和實驗探究，激發(fā)了學習興趣，形成學以致用、理論聯(lián)系實際的思想。

四條線索：通過系列問題和實驗解決了本課的知識重點，更重要的是讓學生充分體驗了“發(fā)現(xiàn)問題推測驗證》再發(fā)現(xiàn)問題再推測驗證”的探索樂趣，增強了證據(jù)推理分析的意識，提升化學核心素養(yǎng)。具體如圖3所示。

六、教學反思

“研究氯氣性質(zhì)”是在化學學科核心知識、學科能力理論框架下進行設計的，其目的是提升高中學生化學學科核心素養(yǎng)，讓學生實驗探究和證據(jù)推理能力得到有效發(fā)展?；谶@樣的考慮，將學生學習認識物質(zhì)及其變化作為教學的出發(fā)點，以科學探究實驗結果為支撐，將教材中經(jīng)典實驗、學生創(chuàng)新實驗和數(shù)字化實驗相融合，讓科學探究更高效。通過pH傳感器和氧氣傳感器檢測反應前后物理量的變化，使計算機顯示數(shù)據(jù)成為證據(jù)推理的證據(jù)，不僅提升證據(jù)信度，同時還能獲得原本實驗中轉瞬即逝或變化細微等難以獲取的實驗數(shù)據(jù)，能讓學生從不同角度的數(shù)據(jù)源中提取證據(jù)，通過證據(jù)的積累縮小集合，從而獲得問題的解。通過“一個核心;兩大部分;三組實驗;四條線索”模式教學既有利于培養(yǎng)學生的知識遷移能力和實驗探究能力，又有利于“證據(jù)推理”等化學核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，還有利于提高他們的科學探究與創(chuàng)新意識，并最終形成團結互助的合作精神和實事求是的科學態(tài)度。

總之，培養(yǎng)學生的化學核心素養(yǎng)是社會發(fā)展的需要，化學課堂是培養(yǎng)核心素養(yǎng)的主陣地。我們在開展教學實施時應緊緊圍繞化學核心素養(yǎng)這一主旨，有目的、有計劃地進行指向核心素養(yǎng)發(fā)展的教學設計，轉變教學方式，引導學生學習方式的轉變，不斷促進具有化學特質(zhì)的核心素養(yǎng)的發(fā)展，培育新時代具有“全面發(fā)展的人”。

參考文獻

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