基于證據(jù)推理視角的教學(xué)設(shè)計(jì)初探

韓萍

一、問題的提出

2016年9月《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》發(fā)布，標(biāo)志著以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的新一輪基礎(chǔ)教育課程改革啟動(dòng)。化學(xué)核心素養(yǎng)是學(xué)生核心素養(yǎng)的重要組成部分，它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)識、實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識、科學(xué)精神與社會責(zé)任等五個(gè)方面①。證據(jù)推理的具體要求：能初步學(xué)會收集各種證據(jù)，對物質(zhì)的性質(zhì)及其變化提出可能的假設(shè)；基于證據(jù)進(jìn)行分析推理，證實(shí)或證偽假設(shè)；能解釋證據(jù)與結(jié)論之間的關(guān)系，確定形成科學(xué)結(jié)論所需要的證據(jù)和尋找證據(jù)的途徑。

我認(rèn)為，化學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)應(yīng)立足于具體的課堂教學(xué)展開，而優(yōu)質(zhì)的教學(xué)設(shè)計(jì)則是充分落實(shí)教學(xué)目標(biāo)的保障。下面結(jié)合本人開設(shè)的一節(jié)市級公開課，談?wù)劵谧C據(jù)推理視角確定教學(xué)思路、整合教學(xué)資源、進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)的粗淺體會。

二、“鋁的氧化物與氫氧化物”教學(xué)設(shè)計(jì)案例

（一）設(shè)計(jì)思路

在這一節(jié)內(nèi)容之前，學(xué)生已學(xué)習(xí)了典型非金屬氯、溴等和典型金屬鈉、鎂等有關(guān)元素及其化合物的知識，對離子反應(yīng)的實(shí)質(zhì)及離子方程式的書寫也有一定的認(rèn)識。關(guān)于鋁的氧化物與氫氧化物（兩性化合物）的探究學(xué)習(xí)，將進(jìn)一步豐富學(xué)生關(guān)于元素化合物的知識，積累各類物質(zhì)之間轉(zhuǎn)化關(guān)系的事實(shí)材料，為后續(xù)學(xué)習(xí)其它元素化合物知識打好基礎(chǔ)，并為形成元素周期律的系統(tǒng)性知識做好鋪墊。

我決定以鋁土礦中提取鋁的工藝流程為背景，采用“學(xué)生活動(dòng)單”的形式，每個(gè)活動(dòng)環(huán)節(jié)都圍繞一個(gè)命題展開，給學(xué)生明確的目標(biāo)導(dǎo)向；對活動(dòng)主題的預(yù)設(shè)充分關(guān)注到學(xué)生的已有基礎(chǔ)，以學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”為目標(biāo)，運(yùn)用視頻、圖片、資料卡片、小實(shí)驗(yàn)等多種方式創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，引導(dǎo)學(xué)生逐步認(rèn)識幾種重要的含鋁化合物，明確各類物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，并據(jù)此構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)模型；通過組織學(xué)生探究活動(dòng)，幫助學(xué)生形成自主學(xué)習(xí)、合作探究的意識，提高依據(jù)目標(biāo)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、基于證據(jù)推理做出判斷和解決實(shí)際化學(xué)問題的能力。

基于本校高一學(xué)生的實(shí)際情況及本人對教學(xué)重難點(diǎn)的認(rèn)識，我還考慮對教材呈現(xiàn)的素材進(jìn)行重組：本節(jié)教材是先介紹氧化鋁，中間給出偏鋁酸鈉溶液通入二氧化碳生成氫氧化鋁的反應(yīng)，再介紹氫氧化鋁；而我將氫氧化鋁的制備及兩性的學(xué)習(xí)前置，用課堂上學(xué)習(xí)效率最高的時(shí)間段來解決教學(xué)重點(diǎn)，充分保證學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)的順利開展。另外，教材中“從鋁土礦提取鋁的工業(yè)流程圖”呈現(xiàn)在下一節(jié)課題中，但我將其作為證據(jù)通過凸顯圖中片段在課堂中進(jìn)行展示，讓學(xué)生根據(jù)信息推斷相關(guān)反應(yīng)，自主建構(gòu)證據(jù)鏈，充分發(fā)揮插圖的教學(xué)功能。

（二）教學(xué)設(shè)計(jì)與過程分析

1.確定內(nèi)容，收集證據(jù)

本課時(shí)的教學(xué)重點(diǎn)是氧化鋁和氧氧化鋁的兩性、鋁的化合物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，教學(xué)難點(diǎn)是氫氧化鋁的兩性。證據(jù)的收集就圍繞此重難點(diǎn)展開。通過深入研究教材，查閱各種資料并進(jìn)行比較、篩選，最終確定用于收集證據(jù)的素材主要有：（1）起引入課題作用：斯達(dá)舒廣告視頻和藥物說明書；（2）對教材內(nèi)容改進(jìn)，用于突出重點(diǎn)：三組學(xué)生實(shí)驗(yàn)；（3）用于突破本課難點(diǎn)：氫氧化鋁的兩種電離；（4）用作課堂主線：從鋁土礦中提取鋁的工藝流程圖；（5）作為類比法依據(jù)、用于自然過渡：鋁的化學(xué)性質(zhì)（既能與酸反應(yīng)又能與堿反應(yīng)）等。

2.基于證據(jù)，進(jìn)行推理

（1）創(chuàng)設(shè)情境，引入證據(jù)

【教師】播放視頻：斯達(dá)舒廣告。PPT投影：斯達(dá)舒的產(chǎn)品成分及藥理說明書。請思考：斯達(dá)舒作為抗酸藥，其作用原理是什么？

【學(xué)生】斯達(dá)舒中含有一種成分：氫氧化鋁，它能中和胃酸（鹽酸），從而緩解胃酸分泌過多引起的疾病。

設(shè)計(jì)意圖：由一段簡短的“斯達(dá)舒”胃藥廣告視頻引入氫氧化鋁，在藥理說明書中介紹了它能中和胃酸，學(xué)生根據(jù)已有知識基礎(chǔ)并結(jié)合此證據(jù)推理出：其主要成分氫氧化鋁能與鹽酸反應(yīng)，使癥狀得到緩解。

（2）設(shè)計(jì)活動(dòng)，運(yùn)用證據(jù)

學(xué)生活動(dòng)一：實(shí)驗(yàn)探究，突出教學(xué)重點(diǎn)

【教師】設(shè)問：現(xiàn)有試劑：

（1）2mol·L-1AlCl3溶液

（2）6mol·L-1鹽酸

（3）6mol·L-1NaOH溶液

（4）6mol·L-1氨水

請思考可選擇哪些試劑制備少量Al（OH）3？

【學(xué)生】有兩種組合：（1）AlCl3 溶液和NaOH溶液；（2）AlCl3溶液和氨水。

【教師】1.完成下列探究活動(dòng)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并記錄：

（1）將1mL 2 mol·L-1 AlCl3溶液滴入試管①中，逐滴加入6mol·L-1氨水至過量。

（2）將1mL 2 mol·L-1 AlCl3溶液注入試管②中，逐滴加入6mol·L-1 NaOH溶液至過量。

2.思考并討論兩個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明什么？氫氧化鋁有怎樣的化學(xué)性質(zhì)？

【學(xué)生】討論交流得出結(jié)論：由鋁鹽與堿溶液可制備Al（OH）3；

Al（OH）3能與NaOH溶液反應(yīng)，但不溶解于氨水。

【教師】既能與酸反應(yīng)又能與堿反應(yīng)生成鹽和水的氫氧化物稱為兩性氫氧化物。

【學(xué)生】Al（OH）3是兩性氫氧化物。

設(shè)計(jì)意圖：精心優(yōu)化實(shí)驗(yàn)、合理預(yù)設(shè)生成，讓學(xué)生自主建構(gòu)知識、發(fā)展基于實(shí)驗(yàn)證據(jù)推理得出結(jié)論的思維方法。通過小組合作完成探究由鋁鹽溶液制備Al（OH）3的實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)現(xiàn)象推理Al（OH）3能與NaOH溶液反應(yīng)，從而得出Al（OH）3是兩性氫氧化物的結(jié)論。

學(xué)生活動(dòng)二：微觀探析，突破教學(xué)難點(diǎn)

【教師】試寫出Al（OH）3分別與鹽酸、氫氧化鈉溶液反應(yīng)的相關(guān)化學(xué)方程式。

【學(xué)生】思考、討論。（考慮與氫氧化鈉溶液的反應(yīng)時(shí)遇到困難）

【教師】PPT投影提示：

Al（OH）3 Al3++3OH-（堿式電離）

Al（OH）3 AlO2-+H++H2O（酸式電離）

請根據(jù)以上信息，推測Al（OH）3與氫氧化鈉溶液的反應(yīng)產(chǎn)物。

【學(xué)生】討論交流：Al（OH）3與鹽酸反應(yīng)時(shí)，電離出的OH-與鹽酸電離出的H+反應(yīng)生成水，同時(shí)產(chǎn)生氯化鋁；那么，Al（OH）3與NaOH溶液反應(yīng)產(chǎn)物應(yīng)是水和NaAlO2。

設(shè)計(jì)意圖：Al（OH）3與NaOH溶液反應(yīng)方程式的書寫是學(xué)生的難點(diǎn)，提供Al（OH）3的兩種電離方式這一證據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生從微觀層面、平衡移動(dòng)角度分析得出反應(yīng)的產(chǎn)物應(yīng)為NaAlO2和水。

學(xué)生活動(dòng)三：自主探究，鞏固重難點(diǎn)

【教師】設(shè)問：實(shí)驗(yàn)室有哪些方法可以制備少量的Al（OH）3？

【學(xué)生】鋁鹽與堿溶液混合，最好用AlCl3溶液和氨水。

【教師】還有別的方法嗎？請利用現(xiàn)有試劑，驗(yàn)證你的想法是否可行？

PPT提示：氫氧化鋁的兩種電離方式。

【學(xué)生】自主探究：向試管②溶液中逐滴加入鹽酸至過量，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

討論交流：也可由NaAlO2溶液與鹽酸得到Al（OH）3，但需要控制鹽酸的用量。

【教師】PPT展示：從鋁土礦中提取鋁的工藝流程圖。介紹：在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，常采用向NaAlO2溶液中通入過量CO2的方法得到氫氧化鋁。

【學(xué)生】歸納：氫氧化鋁的實(shí)驗(yàn)室制法：

（1）AlCl3溶液中加入足量氨水；

（2）NaAlO2溶液中通入足量二氧化碳。

設(shè)計(jì)意圖：這個(gè)活動(dòng)環(huán)節(jié)將教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行合理重組，通過設(shè)置問題鏈，引導(dǎo)學(xué)生從微粒觀、轉(zhuǎn)化觀、平衡觀等角度思考?xì)溲趸X的制備方法，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究，再結(jié)合流程圖上的工業(yè)事實(shí)片段印證所得結(jié)論，使學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰退季S能力得到充分發(fā)展。

（3）歸納提升，解釋證據(jù)

【教師】從物質(zhì)分類來看，氧化鋁屬于什么類別？

【學(xué)生】氧化鋁屬于金屬氧化物。

【教師】PPT展示：從鋁土礦中提取鋁的工藝流程圖，凸顯向鋁土礦中加NaOH溶液過濾殘?jiān)蟮玫絅aAlO2溶液的片段。

提問：這體現(xiàn)了氧化鋁怎樣的性質(zhì)？

【學(xué)生】思考、回答：Al2O3也能與NaOH溶液反應(yīng)。

【教師】根據(jù)以上信息：寫出Al2O3分別與鹽酸、NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式。

【學(xué)生】思考、答題。

【教師】介紹：既能與酸又能與堿反應(yīng)生成鹽和水的氧化物稱為兩性氧化物。

【學(xué)生】Al2O3屬于兩性氧化物。

【教師】試列出本堂課涉及的幾種重要的含鋁化合物，完善其轉(zhuǎn)化關(guān)系圖。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生已了解鋁、氫氧化鋁均能與酸、堿溶液發(fā)生反應(yīng)，運(yùn)用證據(jù)類比的方法大膽猜想氧化鋁也有類似性質(zhì)，再結(jié)合鋁土礦中提取鋁的工藝流程片段，進(jìn)一步用工業(yè)事實(shí)證明氧化鋁也能與堿溶液發(fā)生反應(yīng)，從而認(rèn)識到Al2O3是兩性氧化物。本課為元素化合物知識，引導(dǎo)學(xué)生畫出重要化合物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系圖，將所學(xué)知識結(jié)構(gòu)化、網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化。

三、反思與結(jié)論

1.建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為：學(xué)習(xí)是學(xué)生主動(dòng)地將原有經(jīng)驗(yàn)和新信息進(jìn)行對比、分析、批判、選擇和重建知識結(jié)構(gòu)的過程，是觀念的發(fā)展或改變，而不是新信息的簡單積累。高中化學(xué)教學(xué)不能停留在收集、記住事實(shí)這一層面上，更應(yīng)該通過科學(xué)探究幫助學(xué)生形成自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、探究學(xué)習(xí)的意識，提高學(xué)生依據(jù)目標(biāo)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、基于證據(jù)分析做出推理判斷和解決實(shí)際化學(xué)問題的能力。

2.我們需要提供豐富的素材幫助學(xué)生從不同角度建構(gòu)知識，如依據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、物質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征等證據(jù)理解知識，嘗試運(yùn)用模型的方法掌握知識，學(xué)會從宏觀與微觀、變化與平衡相結(jié)合的角度解釋知識。探究物質(zhì)及其變化時(shí)還常常需要借助模型，依據(jù)物質(zhì)及其變化與模型之間的內(nèi)在聯(lián)系，幫助學(xué)生建立解決化學(xué)問題的基本框架②。本節(jié)課中，我通過整合各種教學(xué)資源，提供信息（即證據(jù)），引導(dǎo)學(xué)生從物質(zhì)類別的通性、離子反應(yīng)的微觀層次、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的宏觀層面等多角度分析問題，用符號如化學(xué)方程式、轉(zhuǎn)化關(guān)系圖的形式表征，并解釋證據(jù)與結(jié)論之間的關(guān)系。

3.通過實(shí)踐，本人認(rèn)為收集與教學(xué)課題相關(guān)的證據(jù)重在積累。要做有心人，平時(shí)就注重教學(xué)素材的收集、整理，再加以選擇、重組，為今后的教學(xué)服務(wù)。收集證據(jù)的途徑有多方面：關(guān)注與化學(xué)有關(guān)的社會熱點(diǎn)、重要事件，從日常生活中挖掘證據(jù)；利用現(xiàn)有教材實(shí)驗(yàn)進(jìn)行合理的改進(jìn)或創(chuàng)新，收集相關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象作為證據(jù)；查閱各種化學(xué)文獻(xiàn)資料，尋找化學(xué)事實(shí)作為證據(jù)；開展調(diào)查研究，以調(diào)查結(jié)果為證據(jù)等等。總之，教師要及時(shí)更新教學(xué)觀念，不斷改變教學(xué)方式，在教學(xué)中積極創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境，引導(dǎo)學(xué)生自主建構(gòu)知識體系，發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。

【注釋】

① 王云生. 基礎(chǔ)教育階段學(xué)科核心素養(yǎng)及其確定——以化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為例[J]. 福建基礎(chǔ)教育研究，2016（2）：7-9.

② 陳進(jìn)前. 核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的化學(xué)教學(xué)[J]. 中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2017（1/2）：1-4.

（作者單位：江蘇張家港市樂余高級中學(xué)）