徐立堂 張賢金 鄭婷婷

摘要： 以人教版“酸和堿的中和反應(yīng)”為例，從“依據(jù)已有事實，初步論證酸與堿的反應(yīng)→利用建構(gòu)模型，論證鹽酸與氫氧化鈉的反應(yīng)→辨識微粒變化，推理酸與堿的反應(yīng)”三個環(huán)節(jié)具體闡述如何引導(dǎo)學(xué)生從素材收集、實驗事實、宏觀微觀等視角對酸堿中和反應(yīng)進行推理論證。圍繞酸和堿之間能否發(fā)生反應(yīng)進行分析，發(fā)展學(xué)生的學(xué)科思維，通過氫氧化鈉與稀鹽酸反應(yīng)的個例論證，推理酸和堿之間發(fā)生反應(yīng)的普遍規(guī)律，幫助學(xué)生建構(gòu)化學(xué)觀念，培育學(xué)生的核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞： 初中化學(xué)； 科學(xué)論證； 證據(jù)推理； 模型建構(gòu)； 教學(xué)案例

文章編號： 1005-6629（2024）02-0053-05

中圖分類號： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

推理是以已有經(jīng)驗或已知素材為前提，通過大腦對信息的提取、加工處理、轉(zhuǎn)化為對未知的判斷或決策的一種思維［1］?？茖W(xué)推理的前身是皮亞杰提出的形式推理，當(dāng)兒童認(rèn)知發(fā)展到一定程度時才具有的思維，是有依據(jù)、有規(guī)則、高層次的推理，屬于高階思維范疇，較多的研究中將科學(xué)推理簡稱為推理［2］。論證是像科學(xué)家們一樣基于已有知識、事實證據(jù)通過邏輯思考與不同觀點或證據(jù)進行辯論反駁最終得到結(jié)論的過程［3］?！读x務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》強調(diào)要培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)推理能力是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的重要內(nèi)容［4］。本文以人教版九年級《化學(xué)（下冊）》“酸和堿的中和反應(yīng)”（第一課時）為例，具體闡述科學(xué)推理與論證在教學(xué)過程中的滲透與培育。

1 教學(xué)主題內(nèi)容與教學(xué)現(xiàn)狀分析

本課例選自人教版九年級《化學(xué)（下冊）》第十單元課題2“酸和堿的中和反應(yīng)”（第一課時）新授課內(nèi)容，本課以探究酸和堿的反應(yīng)為重點內(nèi)容，要求學(xué)生能從物質(zhì)類別角度完善酸類、堿類物質(zhì)的性質(zhì)，能從微觀角度解釋酸與堿反應(yīng)的實質(zhì)，能對生產(chǎn)生活中酸堿中和反應(yīng)的應(yīng)用進行解釋。難點在于學(xué)生對酸堿反應(yīng)的實驗方案設(shè)計原理理解不清，缺乏證據(jù)收集與推理過程意識［5］。

通過查閱該課例相關(guān)文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)目前設(shè)計較好的課例主要有：（1）從調(diào)整課堂結(jié)構(gòu)視角設(shè)計，先呈現(xiàn)酸和堿的微觀粒子構(gòu)成，再分析酸堿反應(yīng)的微粒變化，通過問題鏈啟發(fā)學(xué)生認(rèn)識酸堿發(fā)生中和反應(yīng)［6］。（2）從科學(xué)探究視角設(shè)計，對比多種酸與堿之間的反應(yīng)，利用固體草酸與固體氫氧化鈉反應(yīng)生成水，或借助遇水變色硅膠驗證水的生成，證明酸與堿之間發(fā)生了中和反應(yīng)［7］。（3）從手持技術(shù)視角設(shè)計利用傳感器測定酸與堿反應(yīng)溶液中pH、溫度、電導(dǎo)率的變化，證明酸與堿之間發(fā)生了中和反應(yīng)等［8］。目前還鮮有從科學(xué)推理與論證的視角對該主題內(nèi)容進行教學(xué)設(shè)計的報道，筆者認(rèn)為從該視角出發(fā)進行設(shè)計，有助于酸堿中和反應(yīng)知識生活化、判斷化學(xué)反應(yīng)方法化、證據(jù)推理過程精細(xì)化，有利于培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。

2 教學(xué)思路

借鑒已有的科學(xué)推理與論證相關(guān)課例，創(chuàng)設(shè)酸堿中和反應(yīng)的科學(xué)推理與論證課堂，和以往的教學(xué)課堂相比更注重學(xué)生證據(jù)的收集與思辨推理過程。教學(xué)設(shè)計思路為：提出問題→提供事實證據(jù)→思辨推理→實驗論證→得出結(jié)論；整個教學(xué)過程包含三個主要環(huán)節(jié)：依據(jù)已有事實，初步論證酸與堿的反應(yīng)；利用建構(gòu)模型，論證HCl與NaOH的反應(yīng)；辨識微粒變化，推理酸與堿的反應(yīng)。教學(xué)過程中，基于原有知識、事實證據(jù)和實驗證據(jù)的基礎(chǔ)上進行推理與論證，通過思辨推理達(dá)到實驗方案或思路方法的優(yōu)化，進一步利用實驗論證得到相關(guān)結(jié)論，促進學(xué)生的科學(xué)思維在科學(xué)推理與思辨論證過程中得到發(fā)展。

3 教學(xué)目標(biāo)

（1） 根據(jù)已有知識體系和實驗事實進行推理論證，建構(gòu)無明顯現(xiàn)象實驗的驗證模型，形成反應(yīng)物消耗或生成物生成的視角判斷化學(xué)反應(yīng)的思路與方法。

（2） 設(shè)計實驗方案驗證稀鹽酸與氫氧化鈉的反應(yīng)，通過各組收集的信息展開討論、辯析與反駁，對設(shè)計方案進行可行性論證，選取最優(yōu)方案來驗證反應(yīng)的發(fā)生，在推理論證中形成思維碰撞，發(fā)展科學(xué)思維。

（3） 通過傳感器技術(shù)測定氫氧化鈉與稀鹽酸的反應(yīng)過程，進一步推理論證反應(yīng)的實質(zhì)，得出酸與堿發(fā)生中和反應(yīng)，形成從單一物質(zhì)到一類物質(zhì)的研究思路。

（4） 認(rèn)識生活中某些酸性物質(zhì)和堿性物質(zhì)的用途，體會中和反應(yīng)在生活中的廣泛應(yīng)用，形成合理利用資源的意識。

4 教學(xué)流程

教學(xué)流程見表1。

5 教學(xué)實錄

5.1 依據(jù)已有事實，初步論證酸與堿的反應(yīng)

本環(huán)節(jié)主要引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)事先收集到的生活實例對酸與堿能否反應(yīng)進行論證。

［教師］請同學(xué)們結(jié)合所學(xué)知識和生活經(jīng)驗論證酸和堿之間能否發(fā)生反應(yīng)。

［學(xué)生提供事實1］我認(rèn)為酸類物質(zhì)和堿類物質(zhì)能反應(yīng)，胃酸過多時我們會吃些含有堿性物質(zhì)的藥物，如胃舒平，其主要成分為Al（OH）3，可以緩解我們胃酸過多，所以酸與堿之間能夠發(fā)生反應(yīng)。

［學(xué)生提供事實2］我們山上的土大部分都是黃色的酸性土壤，每次我家在播種植物之前，都會購買一些熟石灰粉撒在酸性的土壤里，減小土壤酸度，使植物生長得更好，所以酸與堿之間能夠發(fā)生反應(yīng)。

［學(xué)生提供事實3］我認(rèn)為應(yīng)該是部分的酸和堿之間能發(fā)生反應(yīng)，有一些就不能反應(yīng)，如氫氧化鈉和稀鹽酸加在一起無反應(yīng)現(xiàn)象，說明有的酸和堿之間是不會反應(yīng)的。

［學(xué)生反駁思辨］沒有明顯現(xiàn)象并不代表不會反應(yīng)，我們之前所學(xué)的二氧化碳和水的反應(yīng)就是沒有明顯的現(xiàn)象?？梢栽趯嶒炇依飳⑺岷蛪A加在一起看看是否能夠發(fā)生反應(yīng)來進行驗證。

［分組實驗］將稀鹽酸或稀硫酸分別加入裝有氫氧化銅（固體）、氫氧化鋇溶液、氫氧化鈉溶液的試管中，觀察現(xiàn)象。

［實驗證據(jù)］把稀鹽酸或稀硫酸滴入氫氧化銅中觀察到固體溶解了，兩者能發(fā)生反應(yīng)；把稀硫酸滴入氫氧化鋇溶液中觀察到白色沉淀，說明二者能發(fā)生反應(yīng)；稀鹽酸分別加入氫氧化鈉溶液和氫氧化鋇溶液均觀察不到明顯現(xiàn)象，不知道二者是否能發(fā)生反應(yīng)。

［教師］以氫氧化鈉溶液和稀鹽酸混合為例，如何判斷二者之間是否發(fā)生反應(yīng)？結(jié)合之前學(xué)過的知識如何建構(gòu)判斷化學(xué)反應(yīng)的思維模型？

［學(xué)生模型建構(gòu)］判斷是否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)：若反應(yīng)有沉淀生成、氣體產(chǎn)生或顏色變化等明顯現(xiàn)象可以通過直接觀察來進行判斷，若無明顯現(xiàn)象可以從驗證反應(yīng)物的消耗或生成物的生成角度來進行判斷。之前在證明二氧化碳能否與水反應(yīng)是借用紫色石蕊來判斷是否有新物質(zhì)生成，因此可以借助一些物質(zhì)使反應(yīng)出現(xiàn)明顯現(xiàn)象，來判斷反應(yīng)物是否消耗或生成物是否生成。建構(gòu)判斷化學(xué)反應(yīng)的思維模型如圖1所示。

［模型遷移］結(jié)合模型要驗證氫氧化鈉和稀鹽酸是否發(fā)生反應(yīng)，可以驗證反應(yīng)物稀鹽酸和氫氧化鈉有沒有被消耗或者有沒有新的物質(zhì)生成。

5.2 利用建構(gòu)模型，論證HCl與NaOH的反應(yīng)

［模型應(yīng)用一］從反應(yīng)物消耗角度設(shè)計實驗方案，驗證稀鹽酸和氫氧化鈉能否發(fā)生反應(yīng)。

［學(xué)生方案1］可以借助紫色石蕊溶液來判斷稀鹽酸和氫氧化鈉之間是否能夠發(fā)生反應(yīng)，先往試管中加入稀鹽酸，滴加幾滴紫色石蕊溶液，再加入氫氧化鈉溶液，如果能反應(yīng)則可以觀察到溶液先變紅色后變紫色。

［學(xué)生反駁思辨］方案1中紅、紫、藍(lán)三者間的顏色變化不是很好判斷，并且根據(jù)色彩疊加原理，紅色和藍(lán)色疊加所呈現(xiàn)出的顏色為紫色，那溶液變?yōu)樽仙钳B加的結(jié)果還是二者確實發(fā)生反應(yīng)了呢？

［學(xué)生方案2］可以借助酚酞溶液，先往試管中加入稀鹽酸，滴加幾滴酚酞，再加入氫氧化鈉溶液，如果溶液由無色變?yōu)榧t色就能說明二者之間發(fā)生反應(yīng)了。

［學(xué)生反駁思辨］酚酞遇堿變紅，無色疊加紅色所呈現(xiàn)的顏色也是紅色的，溶液由無色變紅色可能是顏色疊加結(jié)果?？梢韵韧嚬苤屑尤霘溲趸c溶液，滴加幾滴酚酞，再加入稀鹽酸溶液，如果溶液由紅色變?yōu)闊o色則說明二者發(fā)生了反應(yīng)。

［學(xué)生分組實驗驗證］先往試管中加入氫氧化鈉溶液，滴加幾滴酚酞，再逐滴加入稀鹽酸溶液，觀察實驗現(xiàn)象與預(yù)設(shè)相同，證明氫氧化鈉溶液與稀鹽酸發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。

［模型應(yīng)用二］剛才從反應(yīng)物消耗的角度，驗證了稀鹽酸與氫氧化鈉溶液發(fā)生了反應(yīng)，那能否從生成物生成的角度來驗證二者之間發(fā)生了反應(yīng)呢？提供相關(guān)資料卡，如圖2所示，請同學(xué)們設(shè)計實驗方案進行論證。

［學(xué)生方案1］將氯化氫氣體通入到氫氧化鈉固體中，如果產(chǎn)生小水珠則說明，二者反應(yīng)生成了水。

［學(xué)生思辨推理1］氯化氫氣體有毒，暴露在空氣中的氫氧化鈉易潮解，且易與空氣中二氧化碳發(fā)生反應(yīng)，操作不易。我認(rèn)為證明生成NaCl的更方便操作，可以直接在反應(yīng)后的溶液中加入硝酸銀溶液，若能產(chǎn)生白色沉淀，說明生成物中含有氯化鈉。

［學(xué)生思辨推理2］我認(rèn)為上述方法不妥，如果HCl與NaOH不發(fā)生反應(yīng)，或反應(yīng)后溶液中稀鹽酸過量，溶液中均存在Cl-，加入硝酸銀溶液也能生成白色沉淀。

［學(xué)生思辨推理3］NaCl溶液蒸發(fā)可以得到氯化鈉晶體，我設(shè)想的是將HCl與NaOH反應(yīng)后的溶液倒入蒸發(fā)皿中進行蒸發(fā)，如果得到氯化鈉晶體，那么就證明HCl與NaOH發(fā)生反應(yīng)，生成新物質(zhì)氯化鈉。

［學(xué)生思辨推理4］上述做法雖有一定道理，但是直接蒸發(fā)得到的晶體就一定是氯化鈉晶體嗎？也有可能是反應(yīng)物過量的晶體。濃鹽酸具有揮發(fā)性，若是稀鹽酸過量則不影響，但如果是氫氧化鈉過量，在蒸發(fā)過程就會出現(xiàn)氫氧化鈉晶體，進而影響實驗結(jié)果。我認(rèn)為應(yīng)該先測定氫氧化鈉是否過量的問題。

［學(xué)生思辨推理5］不需要將反應(yīng)后的全部液體進行蒸發(fā)，可以取少量液體蒸發(fā)，能否少到幾滴的量，這樣蒸發(fā)快且節(jié)約資源。

［最終方案］先取適量HCl與NaOH反應(yīng)后的溶液，利用酚酞溶液檢測溶液中沒有氫氧化鈉存在的情況下，再用玻璃棒蘸取HCl與NaOH反應(yīng)后的溶液，放在酒精燈火焰上加熱，若出現(xiàn)白色晶體則說明HCl與NaOH發(fā)生反應(yīng)生成了氯化鈉［9］。

學(xué)生分組實驗觀察到玻璃棒上確實出現(xiàn)了白色晶體，確認(rèn)HCl與NaOH發(fā)生了反應(yīng)。

5.3 辨識微粒變化，推理酸與堿的反應(yīng)

［教師］我們剛才已經(jīng)從宏觀角度證明了HCl與NaOH之間能夠發(fā)生反應(yīng)，能否從微觀角度來分析HCl與NaOH在反應(yīng)前后溶液中微觀粒子有什么變化呢？

［學(xué)生提供事實］從微觀上分析，鹽酸在溶液中會電離出H+與Cl-，NaOH在溶液中會電離出Na+和OH-，反應(yīng)后溶液中生成NaCl和H2O，NaCl在溶液中會電離出Na+和Cl-，水主要以水分子的形式存在。

［學(xué)生思辨推理1］反應(yīng)前后Na+和Cl-沒有發(fā)生變化，變化的微觀粒子有H+和OH-，所以我推測反應(yīng)過程應(yīng)該是H+和OH-發(fā)生反應(yīng)生成H2O。

［學(xué)生思辨推理2］溶液中本來就存在水，如何能夠證明體系中的H+和OH-生成了水？

［學(xué)生思辨推理3］有沒有儀器能夠測定溶液中氫離子濃度和氫氧根離子濃度發(fā)生變化，如果能測定出這兩種離子濃度發(fā)生了變化，則說明H+和OH-發(fā)生了反應(yīng)。

［教師］介紹測定溶液氫離子濃度的儀器pH傳感器，介紹pH表示的意義，提供傳感器測定溶液中離子的變化過程。

［學(xué)生實驗］學(xué)生操作利用pH傳感器測定氫氧化鈉與稀鹽酸反應(yīng)前后溶液中pH變化過程如圖3所示。得出結(jié)論：往氫氧化鈉溶液中加入稀鹽酸溶液pH不斷減小，OH-濃度不斷減??；往稀鹽酸溶液中加入氫氧化鈉溶液pH不斷增大，H+濃度不斷減小。說明H+和OH-發(fā)生了反應(yīng)。

［教師］從實驗中同學(xué)們是否能夠得知酸和堿之間能發(fā)生反應(yīng)呢？

［學(xué)生論證推理］酸類物質(zhì)都含有H+，堿類物質(zhì)都含有OH-，當(dāng)H+遇到OH-時二者可以發(fā)生反應(yīng)生成水，說明酸和堿之間能夠發(fā)生反應(yīng)。

［教師］前面分組實驗中，幾個無明顯現(xiàn)象的實驗：稀硫酸與氫氧化鈉、稀鹽酸與氫氧化鋇，它們之間能否發(fā)生反應(yīng)？若能請寫出相應(yīng)的化學(xué)方程式。

［學(xué)生］酸和堿之間能發(fā)生反應(yīng)，其化學(xué)方程式為H2SO4+2NaOHNa2SO4+2H2O， 2HCl+Ba（OH）2BaCl2+2H2O。

［教師］觀察這幾個化學(xué)方程式有什么共同點？

［學(xué)生］都是酸和堿發(fā)生反應(yīng)生成水和另一種物質(zhì)，反應(yīng)實質(zhì)均是氫離子和氫氧根離子作用生成水。

［教師］另一種物質(zhì)是由什么類別的離子構(gòu)成的？

［學(xué)生］金屬離子和酸根離子。

［歸納］金屬離子和酸根離子構(gòu)成的物質(zhì)，我們把它稱為鹽類物質(zhì)。像這種酸和堿作用生成鹽和水的反應(yīng)，我們把它稱為中和反應(yīng)。中和反應(yīng)在生活中有廣泛的應(yīng)用，下面各組將今天所學(xué)的知識對課前收集到的生活例子進行分析解釋。

［小組1］我們平時被蚊子叮咬起包是由于蚊子會分泌出蟻酸，六神花露水是堿性的，可以進行涂抹緩解痛癢，早年人們是用濃氨水等一些弱堿性的藥品涂抹。

［小組2］胃酸過多時我們會吃一些含有堿性物質(zhì)的藥物，如胃舒平，其主要成分為Al（OH）3，是因為Al（OH）3+3HClAlCl3+3H2O，可以中和過多胃酸。

［小組3］用熟石灰中和硫酸廠排出的污水，是因為Ca（OH）2+H2SO4CaSO4+2H2O。

［小組4］家里衛(wèi)生間使用的潔廁液其主要成分是酸，能除去堿性的廁所污垢，這里也用到了中和反應(yīng)原理。

［教師］通過今天的學(xué)習(xí)同學(xué)們有哪些收獲呢？

［學(xué)生歸納］我們不僅了解了酸和堿能夠發(fā)生中和反應(yīng)，而且還學(xué)會了如何驗證無明顯反應(yīng)現(xiàn)象的實驗，以及從個別物質(zhì)性質(zhì)推導(dǎo)出一類物質(zhì)性質(zhì)的方法。中和反應(yīng)在生活中的應(yīng)用讓我們體會到化學(xué)既來源于生活又能服務(wù)于生活。

6 教學(xué)體會和反思

本節(jié)課以學(xué)生課前收集證據(jù)資料為論證基礎(chǔ)，以設(shè)計稀鹽酸和氫氧化鈉反應(yīng)為載體，對各組方案進行論證并不斷優(yōu)化方案，再通過實驗收集相關(guān)信息進一步論證得出酸和堿之間發(fā)生反應(yīng)的事實和結(jié)論。基于學(xué)生課前準(zhǔn)備情況、課堂反饋信息和課后調(diào)查訪問，獲得如下教學(xué)體會和反思。

6.1 多方位多角度收集證據(jù)進行思辨

為使學(xué)生在課堂上能對問題充分發(fā)表意見，預(yù)先安排學(xué)生收集生活中常見的一些酸性物質(zhì)和堿性物質(zhì)的產(chǎn)品知識，并大致了解它們的用途。課中，大部分學(xué)生通過所查閱的資料已知道酸和堿之間是能發(fā)生反應(yīng)的，為了推動學(xué)生思維的發(fā)展，在課前同時也要求學(xué)生注意收集酸與堿不能反應(yīng)的“證據(jù)”。如本課中，有學(xué)生將“氫氧化鈉和稀鹽酸反應(yīng)沒有現(xiàn)象”作為酸和堿不能反應(yīng)的“證據(jù)”，于是將此作為推動學(xué)生論證的基點在課堂進行深入探討。當(dāng)然，教師需要課前對學(xué)生收集的例子、本課疑難點進行梳理，課上適時進行發(fā)問引導(dǎo)、推動論證進度，防止學(xué)生在論證的過程中出現(xiàn)泛、大、淺，回歸不到課堂主題的狀況。

6.2 建構(gòu)模型使思辨推理過程顯性化

通過驗證反應(yīng)物氫氧化鈉的消耗、生成物氯化鈉的生成，證明氫氧化鈉與稀鹽酸發(fā)生了反應(yīng)，幫助學(xué)生初步構(gòu)建判斷化學(xué)反應(yīng)的思維模型，并將學(xué)生的思辨推理過程以思維模型形式直觀呈現(xiàn)。結(jié)合手持技術(shù)測定酸堿反應(yīng)的pH變化過程，引導(dǎo)學(xué)生收集證據(jù)，從微觀角度推理證明酸與堿能發(fā)生反應(yīng)這一規(guī)律，利用微觀粒子變化模型使推理過程顯性化。整個教學(xué)過程注重學(xué)生證據(jù)收集、證據(jù)推理的思辨行為，關(guān)注學(xué)生思維變化過程，實現(xiàn)證據(jù)推理過程顯性化。

6.3 關(guān)注不同層次學(xué)生的推理與論證

在課堂的實施過程中最突出的一個問題是發(fā)表觀點和反駁論證的往往集中于較活躍的學(xué)生，部分學(xué)生無法參與到課堂的討論中。為此，筆者采用先小組討論，后派代表發(fā)言的方法，實行小組積分制。在討論過程中請小組內(nèi)發(fā)言最少的學(xué)生先發(fā)表觀點，組內(nèi)其他成員再進行補充。適當(dāng)使用反問技巧、特例技巧或?qū)嶒烌炞C技巧，鼓勵每個學(xué)生都敢于發(fā)表自己的觀點，或?qū)e人的觀點敢于質(zhì)疑。

總之，從推理論證的角度設(shè)計酸和堿的中和反應(yīng)教學(xué)，一定程度上激發(fā)了學(xué)生的科學(xué)思維，論證的過程使學(xué)生思維不斷顯性化，培養(yǎng)他們在交流的過程中，勇于發(fā)表自己觀點，敢于反駁別人觀點和善于接受別人正確觀點的學(xué)習(xí)態(tài)度和思維品質(zhì)。

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