基于“證據推理”的二氧化碳復習課實驗教學設計

摘要：從化學史的角度依次復習，并設計了三個課堂探究實驗。從化學史料、實驗探究方面尋找證據進行推理，以提高學生的證據發現及推理能力，從而提升學生的學科核心素養。

關鍵詞：證據推理;二氧化碳;教學設計;復習;實驗

文章編號：1008-0546（2018）12-0059-02中圖分類號：G633.8文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.12.019

一、問題提出

《義務教育化學課程標準（2011年版）》 [1]指出：科學探究對發展學生的科學素養具有不可替代的作用。而發展科學探究能力的八大要素中，“收集證據”和“解釋與結論”兩大要素所涵蓋的目標最多，由此可見“證據推理”在發展學生科學探究能力方面的重要性。學習過程的發生是需要載體的，教師創設具有推理性和探究性的情境是打造促進學生養成化學核心素養課堂的核心任務 [2]。

二氧化碳是初中化學教學中的重要物質之一，在上海教育出版社出版的九年義務教育《化學》上 [3]? [4]、下冊課本中每章都有涉及。二氧化碳相關的化學史，歷經幾百年，凝聚了幾代人的智慧，化學家探究二氧化碳的歷史資料本身就是一種事實證據。筆者認為：教師通過對二氧化碳進行專題復習不僅有利于學生加強對相關知識的鞏固，也是培養學生收集證據、分析推理、得出結論等化學學科核心素養的有效途徑。

二、教學設計片段

1.舌尖舞者——跳糖中跳動的二氧化碳：二氧化碳的食用

[問題]跳跳糖為什么跳？是什么物質在跳？

[引導]可通過觀察包裝袋，尋找線索、證據。

[探究]學生發現配料中有“二氧化碳”，故設計用石灰水檢驗。可觀察到跳跳糖在石灰水中有小氣泡冒出，并伴有噼啪聲，但石灰水卻未變渾濁。學生一時無法解釋眼前的現象。

[證據]引導學生再次審查配料，發現新的證據：原來配料中還有檸檬酸和DL-蘋果酸，會和石灰水發生反應，故石灰水未變渾濁。

[意圖]通過跳跳糖實驗探究既能引入課題，又能激發學生結合實際情境提出猜想、設計方案、進行試驗、證據分析、推理得出結論的欲望。

[過渡]通常狀況下，二氧化碳是無色、無味的氣體，它是怎樣被發現的呢？

2.浴火重生——火焰中躍動的二氧化碳：二氧化碳的發現

[閱讀]17世紀初，比利時化學家海爾蒙特 [5]發現：木炭燃燒后不僅有灰燼，還有氣體逸出，并證實該氣體不能燃燒，能使燭火熄滅，常出現在地窖、洞穴。后被認識即二氧化碳。

[推理]據以上史料學生推理出CO2“不能燃燒、不助燃、密度比空氣大”的性質。

[引導]古代用木炭燃燒法研究CO2的有關性質，現今可用燃燒蠟燭的方法產生CO2，如何證明蠟燭燃燒有CO2生成？

[實驗]學生用干而冷的小燒杯罩在火焰上方，片刻迅速倒轉，向其中倒入澄清石灰水，振蕩。（備注：六組依此方案實驗，石灰水均未變渾濁。）

[推理]CO2在火焰中產生，受熱膨脹，密度小于周圍空氣，在燒杯中上浮逸出。

[改進]六組均以集氣瓶代替燒杯，并用玻片蓋住瓶口，石灰水均變渾濁[6]。

[觀念]氣體的密度與溫度和壓強密切相關。

[意圖]學生對氣體密度的認識通常停留在記憶層面，對該性質缺乏辯證的理解，借助實驗可加深印象，并得出“二氧化碳密度比空氣大”須在“通常狀況下”的結論。

[過渡]海爾蒙特發現并研究CO2之后的1個多世紀，人們只是知道有這種氣體存在，還沒有制出純凈的CO2。科學家是怎樣制取CO2的呢？

3.他山之石——巖石中活動的二氧化碳：二氧化碳的制取

[證據]1755年英格蘭化學家布萊克通過煅燒白堊發現其質量減少，經檢驗逸出氣體是CO2，這時人們才真正制出CO2 [7]。我國明代于謙（1398～1457）12歲寫下《石灰吟》。

[推理]據于謙生平推理：他是在1410年完成了這首不朽詩篇的。

[問題]我國古代在1410年已在燒石灰了，比西方早多少年？

[意圖]通過時間推理，得出我國古代化學具有輝煌的歷史，培養學生歷史推理論證能力，培養學生的愛國主義情感，民族自豪感。

[問題]科學家通過煅燒白堊制取CO2，現在實驗室通常如何制取CO2？

[意圖]復習二氧化碳的實驗室制取的裝置、原理等。

[問題]請設計簡單的實驗說明二氧化碳的檢驗方法。

[探究]向石灰水中不斷吹氣，發現石灰水先變渾濁后變澄清。

[觀念]反應物相同，反應物的量不同，產物可能不同。

[過渡]當時只知道CO2能與石灰水反應，但CO2的水溶性及能否與水反應卻無人知曉。

4.水氣交溶——飲料中翻動的二氧化碳：二氧化碳的水溶

[證據]1766年英國化學家卡文迪許測得：一定溫度下，1體積水約溶解1體積的CO2。后來發現：增大壓強會溶解的更多。

[觀念]氣體的溶解與溫度、壓強密切相關。

[銜接]當時雖知道了CO2能溶于水，但并不知道CO2能與水反應，直到1774年。

[證據]1774年瑞典化學家貝格曼發現：紫色石蕊加入溶有CO2的水中，紫色變紅色[9]。

[過渡]二氧化碳與水反應一定生成碳酸嗎？

[意圖]通過反問，拓寬思路，為后續二氧化碳參與光合作用的復習起到鋪墊和過渡之用。

5.綠色生機——植物中脈動的二氧化碳：二氧化碳的光合

[證據]1782年瑞士科學家謝尼伯得出：“在陽光下，植物吸收CO2，排出O2 [10]。”

[推理]CO2?O2

[證據]1804年瑞士學者索熱爾對光合作用首次進行定量測定：在陽光下，植物的增重量大于二氧化碳吸收量減去氧氣的釋放量。他指出綠色植物在光下同時還要消耗水 [11]。

[推理]CO2+H2O ?O2

[證據]1864年德國科學家薩克斯通過實驗認識到：綠色植物在光照下不僅能夠釋放氧氣，而且能夠合成有機物，供給植物生長發育等生命活動所用? [12]。

[推理]CO2+H2O ?O2+有機物

[證據]1897年首次把綠色植物上述活動稱為光合作用，并確定有機物為葡萄糖。

[推理]CO2+H2O ?O2+C6H12O6

[觀念]反應物相同，反應條件不同，產物可能不同。

[意圖]通過史料閱讀，引導學生沿著科學家研究的路線推理，一步一步地了解光合作用的發現過程，提升證據推理和模型認知能力。

6.課堂教學板書設計

三、教學反思

以跳跳糖引入課題，從化學史的角度依次進行復習，設計了三個課堂探究實驗。所涉及的實驗雖然表面簡單，但在實際實驗中卻會有較復雜的情況出現。教師通過細致的實驗手段引導學生厘清影響因素，對所學知識鞏固的同時，通過觀測實驗、原因分析、證據推理，鍛煉學生的邏輯思維能力，辯證地認識之前所得的結論;教師通過化學史料的呈現引導學生從事實證據出發，經過推理，得出理性的、辯證的觀念。本設計以“證據推理”為抓手，關注學生的認識發展過程，以此提高學生的科學探究能力，不斷提升學生的學科核心素養。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部制定.義務教育化學課程標準（2011年版）[M].北京：北京師范大學出版社，2012

[2]? 張寒之.基于學生“證據推理”核心素養養成的實驗教學案例研究[J].化學教與學，2018（3）：90

[3]? 王祖浩，王磊.義務教育課程標準實驗教科書化學（九年級上冊）[M].上海：上海教育出版社，2016

[4]? 王祖浩，王磊.義務教育課程標準實驗教科書化學（九年級下冊）[M]. 上海：上海教育出版社，2016

[5]? （英）柏延頓JR.化學簡史[M].胡作玄，譯.北京：商務印書館，1979

[6]? 王寶權.蠟燭燃燒實驗的探究與改進[J].化學教學，2013（12）：43

[7]-[12]? 丁緒賢.化學史通考[M].北京：中國大百科全書出版社，2011