丁浩 黃金泉

摘要： 以四個(gè)化學(xué)教學(xué)實(shí)踐為案例，闡述立足課堂運(yùn)用合理數(shù)據(jù)進(jìn)行推理分析，解答學(xué)生疑問，培養(yǎng)學(xué)生尋找所需證據(jù)的途徑，增強(qiáng)學(xué)生的證據(jù)意識，發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。提升教師對教材、試題的洞察力和理解力，創(chuàng)設(shè)真實(shí)的學(xué)習(xí)情境，為學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞： 數(shù)據(jù)推理; 證據(jù)意識; 化學(xué)教學(xué); 海水提鎂

文章編號： 10056629（2019）7005504中圖分類號： G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括“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(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”五個(gè)方面[1]。其中證據(jù)意識，通過分析推理加以證實(shí)或證偽，建立觀點(diǎn)、結(jié)論和證據(jù)之間的邏輯關(guān)系是我們一線教師所追求的本真課堂之一。怎樣立足課堂和教材，挖掘素材，創(chuàng)設(shè)具體的教學(xué)情境，引導(dǎo)學(xué)生推理求真，培養(yǎng)他們的證據(jù)意識？為此，筆者結(jié)合自己的教學(xué)實(shí)踐就如何利用數(shù)據(jù)推理培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)意識淺談自己的一些體悟，以求拋磚引玉并歡迎同行批評指正。

1 辨識除雜試劑是否合理

在講授蘇教版《化學(xué)1》[2]專題1第二單元中的“物質(zhì)的分離與提純”時(shí)，筆者常以粗鹽（假定含Ca2+、 Mg2+、 SO2-4等雜質(zhì)）為例進(jìn)行教學(xué)。

教師： 欲除去這些雜質(zhì)離子，應(yīng)分別將Ca2+、 Mg2+、 SO2-4一一轉(zhuǎn)化為什么物質(zhì)？

學(xué)生： 應(yīng)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的CaCO3、 Mg（OH）2、 BaSO4，然后通過過濾操作除去這些沉淀以達(dá)到去除雜質(zhì)離子的目的。

教師： 為防止引入新的雜質(zhì)離子，加入的除雜試劑分別是什么？

學(xué)生： 應(yīng)分別為Na2CO3、 NaOH和BaCl2溶液。為確保雜質(zhì)離子都已除盡，這些加入的試劑都應(yīng)適度過量。

教師： 過量的BaCl2怎么去除？要不要另加試劑？

學(xué)生： （經(jīng)一番討論后）沒必要，只需確保Na2CO3溶液在BaCl2溶液后面加入即可。也就是說，Na2CO3溶液起兩方面的作用，一是沉淀Ca2+;二是除去過量的Ba2+。適度過量的Na2CO3和NaOH溶液，都可以通過滴加鹽酸調(diào)節(jié)溶液pH的方式達(dá)到去除的目的。這樣加入的除雜試劑組合順序可能就有多種情況，但不管哪一種組合方式，Na2CO3溶液務(wù)必排在BaCl2溶液后面加入才算合理，其他除雜試劑的組合順序則無關(guān)緊要。這種除雜方式通常是一種除雜試劑只能沉淀一種雜質(zhì)離子。

課上到這，問題都一一解決了，這時(shí)卻有學(xué)生提出： 能否加入Ba（OH）2溶液這一種試劑來同時(shí)替代NaOH溶液和BaCl2溶液這兩種試劑？這樣正好既沉淀了Mg2+，同時(shí)又沉淀了SO2-4。為撥開學(xué)生心中的疑團(tuán)，課堂上筆者以資料卡的形式提供了模擬海水中幾種主要無機(jī)鹽的離子含量[3]（見表1），對該問題進(jìn)行了數(shù)據(jù)推理分析，得到了較為滿意的效果。同時(shí)，也培養(yǎng)了學(xué)生證據(jù)意識，提升了學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)。

經(jīng)過這樣一番的推理分析，學(xué)生豁然開朗，臉上也都露出會(huì)心的笑容，同時(shí)也激勵(lì)了學(xué)生學(xué)化學(xué)的熱情?？吹贸?，學(xué)生對這樣的解釋非常滿意。課的最后教師總結(jié)說這樣看似以一當(dāng)二的做法其實(shí)是不科學(xué)的，工業(yè)上也并不采用。況且，就目前而言，Ba（OH）2·8H2O的價(jià)格比BaCl2·2H2O貴，不經(jīng)濟(jì)、不實(shí)惠?？梢?，用Ba（OH）2來代替NaOH和BaCl2，根本達(dá)不到正好既沉淀Mg2+，又沉淀SO2-4的目的[4]。

2 辨別混有少量KCl的KNO3提純方案的合理性

在講授“物質(zhì)的分離與提純”時(shí)，教材中的交流與討論還涉及到這樣一個(gè)問題： 現(xiàn)有混有少量氯化鉀的硝酸鉀粉末，請參照溶解度曲線（見圖1），設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案提純硝酸鉀。教材文本的方案是：“在提純混有少量氯化鉀的硝酸鉀時(shí)，先在較高溫度下將混合物溶于水中形成濃溶液。然后冷卻到一定溫度，由于硝酸鉀的溶解度隨溫度降低急劇下降，因此有大量硝酸鉀晶體析出，而氯化鉀的溶解度隨溫度變化不大，因而不會(huì)有結(jié)晶析出。再過濾，即可得到純凈的硝酸鉀晶體”?？蔀槭裁绰然浽跍囟冉档偷倪^程中不會(huì)同時(shí)析出？難道它不能達(dá)到飽和狀態(tài)嗎？它的溶解度不是也在隨溫度的降低而降低嗎？只是降低的幅度不大而已，我看肯定會(huì)析出那么一點(diǎn)點(diǎn)！因此得不到純凈的硝酸鉀！課堂上學(xué)生這樣“振振有詞”地反駁道。顯然，要徹底消除學(xué)生的疑慮，光定性講解是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，教學(xué)中筆者結(jié)合了相關(guān)物質(zhì)的一些溶解度數(shù)據(jù)進(jìn)行推理，起到了事半功倍的教學(xué)效果。

教師： 假設(shè)硝酸鉀和氯化鈉混合物的總質(zhì)量為140.9g，其中硝酸鉀為123g，氯化鈉為17.9g（這樣的設(shè)定足以說明氯化鈉的量是少量的）。硝酸鉀、氯化鉀和氯化鈉分別在10℃和100℃時(shí)的溶解度數(shù)據(jù)見表2。若用10℃的水完全溶解此混合物，至少需要水多少克？（假設(shè)鹽類物質(zhì)共存時(shí)，不影響各自的溶解度）

也就是說當(dāng)溫度降低到一定數(shù)值時(shí)（假定為10℃），在此溫度下氯化鈉根本就不會(huì)析出結(jié)晶。通過這樣設(shè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行推理，證實(shí)了將上述濃溶液冷卻到一定溫度時(shí)，氯化鈉的溶解度隨溫度變化不大，因而不會(huì)析出結(jié)晶的事實(shí)，水到渠成地解開了學(xué)生心中的疑慮，同時(shí)也詮釋了教材文本給出的提純方案的合理性。當(dāng)然，如果將混合物中的氯化鈉換成氯化鉀，只需設(shè)定氯化鉀在混合物中的質(zhì)量不超過15.5g，其他數(shù)據(jù)不變，利用所給的溶解度進(jìn)行數(shù)據(jù)推理，同樣也能得出相同的結(jié)論，具體推算過程不再贅述了。

3 海水提鎂

在講授蘇教版《化學(xué)1》專題2第二單元中的“鎂的提取及應(yīng)用”時(shí)，教材文本是這樣闡述從海水提鎂的步驟的：“將石灰乳加入海水沉淀池中，得到氫氧化鎂沉淀，再將氫氧化鎂與鹽酸反應(yīng)，得到的溶液蒸發(fā)結(jié)晶，可得六水合氯化鎂晶體（MgCl2·6H2O）。將六水合氯化鎂晶體在一定條件下加熱生成無水氯化鎂，電解熔融氯化鎂可以得到金屬鎂”。應(yīng)該說教材文本把從海水中如何提取鎂的過程概括得非常簡潔、精煉，涉及的反應(yīng)原理也清晰明了。實(shí)際教學(xué)中，教師如果不能挖掘這段話里面的學(xué)科價(jià)值一帶而過，當(dāng)學(xué)生細(xì)細(xì)“品味”這段話的含義，很有可能會(huì)在他們的腦海中產(chǎn)生這些疑問： （1）為什么是加石灰乳將海水中的鎂離子沉淀下來？改加氫氧化鈉溶液行不？（2）為什么海水中的鎂離子要以氫氧化鎂沉淀形式分離出來？以碳酸鎂、硫酸鎂、氯化鎂等其他形式分離行不？（3）為什么是選擇電解熔融的氯化鎂制取鎂？選擇電解熔融的氧化鎂制取鎂行不？選擇電解熔融的硫酸鎂行不？（4）不選用電解法制取鎂，而選用金屬置換法行不？如此一系列問題，如果課堂上不能及時(shí)加以分析、解決，學(xué)生就會(huì)帶著這些懸而未解的疑問貫穿于整個(gè)課堂，很可能導(dǎo)致聽課效率大大降低。那么，怎樣對上述問題一一進(jìn)行“破解”呢？數(shù)據(jù)推理就起了至關(guān)重要的作用。

針對疑問（1），課堂上筆者以資料卡的形式給出了幾種常見堿的市場價(jià)格數(shù)據(jù)（見表3），讓學(xué)生自行評價(jià)為什么選用石灰乳而不選用氫氧化鈉溶液。學(xué)生根據(jù)提供的常見堿的價(jià)格能很快推理出氫氧化鈣不僅比其他堿便宜，而且更易就地取材。甚至還進(jìn)一步解釋說按資源就近利用和原料廉價(jià)易得的原則，石灰乳可利用海邊大量存在的貝殼煅燒成石灰制得。如果氫氧化鈣成品加運(yùn)輸成本低于制造成本，則直接購買。

4 高考試題中蘊(yùn)含的數(shù)據(jù)

2016年江蘇高考試題第16題是一道工業(yè)流程圖題。原試題摘錄如下： 以電石渣[主要成分為Ca（OH）2和CaCO3]為原料制備KClO3的流程如下：

（1）（2） 略

（3） 向?yàn)V液中加入稍過量KCl固體可將Ca（ClO3）2轉(zhuǎn)化為KClO3，若溶液中KClO3的含量為100g·L-1，從該溶液中盡可能多地析出KClO3固體的方法是。

該試題將元素化合物、化學(xué)反應(yīng)原理和化學(xué)實(shí)驗(yàn)融為一體，意在引導(dǎo)化學(xué)教學(xué)關(guān)注化學(xué)學(xué)科內(nèi)知識的融合，強(qiáng)化培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用化學(xué)知識解決真實(shí)而有意義的化學(xué)問題的能力，幫助學(xué)生樹立學(xué)科價(jià)值觀。當(dāng)年該試題的第3小題失分較為嚴(yán)重，大多數(shù)學(xué)生直接回答“冷卻結(jié)晶”，有的只答“蒸發(fā)濃縮”，少數(shù)學(xué)生則錯(cuò)答成“蒸發(fā)結(jié)晶”。究其原因，很多學(xué)生當(dāng)時(shí)只注意到KClO3的溶解度隨溫度的升高而增大，沒有留意到“溶液中KClO3的含量為100g·L-1”這一信息，甚至視而不見;還有學(xué)生誤以為給出的這一數(shù)據(jù)純粹多此一舉。這道題應(yīng)答全“蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶”才能給分，為什么非要強(qiáng)調(diào)先蒸發(fā)濃縮呢？試題給出溶液中KClO3含量這一數(shù)據(jù)透露出什么信息？如何解讀？該信息對解題有什么幫助？如何處理？等等。如果試著假設(shè)溶液的體積為1L，則溶液中KClO3的質(zhì)量為100g，若溶液的體積近似為水的體積，1000g水中大約溶解了100g KClO3，即近似于100g水中溶解了大約10g KClO3，從圖示中大致可以看出對應(yīng)的溫度近似于30℃，也就是說KClO3大致在近似于30℃達(dá)到飽和狀態(tài)，在該溫度下直接冷卻（即使冷卻到0℃），只能得到較少的KClO3固體。相比其他三種鹽，KClO3的溶解度隨溫度的變化最大，且在低溫時(shí)溶解度很小。因此為了盡可能多地從濾液中析出KClO3固體，采取的方法應(yīng)是蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶。

高考命題者的目的是考查學(xué)生基于“溶液中KClO3的含量為100g·L-1”這一證據(jù)，去推理KClO3大致在什么溫度下能夠達(dá)到飽和狀態(tài)，從而判斷欲從該溶液中盡可能多地析出KClO3固體，應(yīng)該采取什么樣的措施[5]。

可見，運(yùn)用數(shù)據(jù)進(jìn)行分析推理能夠培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識，有效提升學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)。基于證據(jù)進(jìn)行推理，確定形成科學(xué)結(jié)論或解釋證據(jù)與結(jié)論之間的關(guān)系，是當(dāng)前新課程標(biāo)準(zhǔn)所倡導(dǎo)的，也是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)所要求的。因此，我們要立足于教材，并加強(qiáng)教材到教學(xué)的深度研究，提升對教材的理解力，創(chuàng)設(shè)具有真實(shí)的化學(xué)學(xué)習(xí)情境，開展以素養(yǎng)為本的課堂教學(xué)實(shí)踐，為學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部制定. 普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S]. 北京： 人民教育出版社， 2018： 3.

[2]王祖浩主編. 普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)1（必修）[M]. 南京： 江蘇教育出版社， 2014.

[3]郭琨編著. 海洋手冊[M]. 北京： 海洋出版社， 1984： 41.

[4]黃金泉. 對教學(xué)中幾個(gè)疑問的探討與思考[J]. 化學(xué)教學(xué)， 2015， （3）： 83～84.

[5]黃金泉. 由蘇州市中學(xué)教師專業(yè)素養(yǎng)競賽備考說開去[J]. 化學(xué)教與學(xué)， 2017， （6）： 74～75.