基于證據(jù)推理的初中化學(xué)教學(xué)實(shí)踐與探索

［摘 要］文章以“揭開‘錫紙’的奧秘”一課為例，圍繞金屬的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，通過驅(qū)動(dòng)性問題引導(dǎo)學(xué)生綜合運(yùn)用生活經(jīng)驗(yàn)、化學(xué)史實(shí)、文獻(xiàn)資料、化學(xué)實(shí)驗(yàn)等多種證據(jù)進(jìn)行推理，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)推理能力，提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

［關(guān)鍵詞］證據(jù)推理；金屬的性質(zhì)；初中化學(xué)

［中圖分類號(hào)］" " G633.8" " " " " " " " ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］" " A" " " " " " " " ［文章編號(hào)］" " 1674-6058（2024）32-0062-04

一、問題的提出

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》將“科學(xué)思維”列為四大核心素養(yǎng)之一，要求學(xué)生具備基于實(shí)驗(yàn)事實(shí)進(jìn)行證據(jù)推理、建構(gòu)模型并推測(cè)物質(zhì)及其變化的思維能力[1]。證據(jù)推理是一種基于證據(jù)進(jìn)行思考和判斷的過程。它特別強(qiáng)調(diào)“證據(jù)”的重要性，重視識(shí)別、轉(zhuǎn)換、形成證據(jù)的過程，以及證據(jù)意識(shí)的培養(yǎng)。“基于證據(jù)的推理”是科學(xué)發(fā)生和發(fā)展的基礎(chǔ)，如能將證據(jù)推理融入化學(xué)課堂教學(xué)中，必將能夠提升學(xué)生搜集與處理信息的能力，啟迪學(xué)生縝密的科學(xué)思維，增強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，從而落實(shí)核心素養(yǎng)。基于此，本文以“揭開‘錫紙’的奧秘”一課為例，深入探討初中化學(xué)教學(xué)中“證據(jù)推理”素養(yǎng)培育的相關(guān)問題。

二、基于證據(jù)推理的教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

（一）教學(xué)內(nèi)容、學(xué)情及教學(xué)模式

“揭開‘錫紙’的奧秘”一課是新授課，內(nèi)容選自滬教版化學(xué)九年級(jí)上冊(cè)第五章第一節(jié)“金屬的性質(zhì)和利用”的第一課時(shí)，主要探討金屬的物理性質(zhì)及部分化學(xué)性質(zhì)（金屬與氧氣、酸溶液的反應(yīng)）。在此之前，學(xué)生已憑借生活經(jīng)驗(yàn)對(duì)部分金屬的用途及其性質(zhì)有所了解，并在第二章第一節(jié)“性質(zhì)活潑的氧氣”的學(xué)習(xí)中，了解到氧氣能與鐵、鎂等金屬反應(yīng)。然而，學(xué)生從認(rèn)知一種金屬的性質(zhì)到認(rèn)知金屬這一類物質(zhì)的性質(zhì)時(shí)存在困難，難以靈活運(yùn)用物質(zhì)的性質(zhì)對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行分析和判斷。為了提升學(xué)生的認(rèn)知能力，筆者選擇了以學(xué)生為主體的基于證據(jù)推理的教學(xué)模式（如圖1）。

（二）教學(xué)流程

本課以“錫紙”為教學(xué)的主要載體，圍繞金屬的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，通過驅(qū)動(dòng)性問題引導(dǎo)學(xué)生從生活經(jīng)驗(yàn)、化學(xué)史實(shí)、文獻(xiàn)資料以及化學(xué)實(shí)驗(yàn)中識(shí)別、轉(zhuǎn)換并形成證據(jù)，進(jìn)而進(jìn)行推理，最終自主建構(gòu)關(guān)于金屬性質(zhì)的認(rèn)知模型。具體教學(xué)流程如圖2所示。

三、教學(xué)過程

環(huán)節(jié)一：歸納金屬的物理性質(zhì)

【師引入】展示“錫紙”，并投影兩張日常使用的“錫紙”圖片。

【師問】“錫紙”是廚房日常用品，同學(xué)們能否根據(jù)觀察和生活經(jīng)驗(yàn)總結(jié)其物理性質(zhì)？

【生答】銀白色、熔點(diǎn)較高、導(dǎo)熱性好、延展性良好、密度較小等。

【師問】你還能列舉其他常見金屬嗎？它們有什么用途？這些用途體現(xiàn)了金屬的哪些物理性質(zhì)？請(qǐng)?zhí)顚懺诒砀瘢ㄈ绫?）中。

【師問】上述物理性質(zhì)中，哪些是金屬的共性？哪些是金屬的個(gè)性？

【生】總結(jié)回答。

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)以生活中常見的物品為教學(xué)載體引入新課，創(chuàng)設(shè)真實(shí)的教學(xué)情境，以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主觀能動(dòng)性；引導(dǎo)學(xué)生從生活經(jīng)驗(yàn)及物質(zhì)的用途出發(fā)，歸納金屬的物理性質(zhì)，以深化學(xué)生“性質(zhì)決定用途”的化學(xué)觀念。

環(huán)節(jié)二：探究“錫紙”的化學(xué)性質(zhì)

【師過渡】同學(xué)們?cè)賮砜纯催@款“錫紙”的說明書（如圖3）。

【師問】從“錫紙”的說明書中你發(fā)現(xiàn)了什么信息？你想要進(jìn)一步探究什么問題？

【生答】不能長(zhǎng)時(shí)間加熱，是否說明“錫紙”可能易與氧氣反應(yīng)？不宜盛放或包裹酸性食物，是否說明“錫紙”可能會(huì)與酸反應(yīng)？

【探究活動(dòng)1】學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：在空氣中用酒精燈加熱“錫紙”。可觀察到，“錫紙”加熱后很快就熔化了，但不滴落，也無法燃燒。

【生猜想】“錫紙”在空氣中不燃燒的原因可能是空氣中的氧氣濃度不夠，也可能是金屬表面存在氧化膜。

【探究活動(dòng)2】學(xué)生用砂紙打磨“錫紙”的表面后放入純氧中燃燒。

【生推理】出現(xiàn)了“發(fā)光放熱，產(chǎn)生新物質(zhì)”的現(xiàn)象，證明“錫紙”能與氧氣反應(yīng)。

【生疑惑】在空氣中加熱“錫紙”時(shí)，為何會(huì)出現(xiàn)熔化但不滴落的現(xiàn)象呢？

【師引導(dǎo)】我們先留個(gè)懸念，在接下來的教學(xué)環(huán)節(jié)中再尋找答案。下面我們來驗(yàn)證第二個(gè)猜想。

【探究活動(dòng)3】學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并進(jìn)行“錫紙”與稀鹽酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。

【生推理】出現(xiàn)了“產(chǎn)生氣泡”的現(xiàn)象，證明“錫紙”能與酸反應(yīng)。

【師問】金屬與酸反應(yīng)產(chǎn)生的氣體是什么？如何驗(yàn)證呢？

【生尋找證據(jù)】根據(jù)質(zhì)量守恒定律可推出產(chǎn)生的氣體是氫氣，可以采用點(diǎn)燃法來驗(yàn)證。

【師提示】用點(diǎn)燃法驗(yàn)證氫氣的方案雖然可行，但是從安全性和操作簡(jiǎn)便性的角度考慮，還有更好的方案，比如使用數(shù)字化儀器——?dú)錃鈧鞲衅鱽頇z測(cè)。

【探究活動(dòng)4】學(xué)生用氫氣傳感器檢測(cè)氫氣。

【生推理】根據(jù)氫氣傳感器示數(shù)由0變?yōu)?02 PPM（如圖4），可推斷產(chǎn)生的氣體是氫氣。

【師拓展】播放科普短視頻，讓學(xué)生了解：1766年，英國(guó)化學(xué)家卡文迪許通過金屬和酸反應(yīng)制得一種“可燃空氣”，并經(jīng)過多方收集證據(jù)證實(shí)該氣體是氫氣，推翻了當(dāng)時(shí)“世界上只有一種氣體——空氣”的普遍認(rèn)知。

設(shè)計(jì)意圖：在此環(huán)節(jié)中，教師并未直接給出探究任務(wù)，而是引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)“錫紙”的說明書自主提出想要探究的問題。這一做法旨在培養(yǎng)學(xué)生分析和處理信息的能力，并將傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)樘骄啃詫?shí)驗(yàn)。在探究過程中，學(xué)生依據(jù)現(xiàn)象推理反應(yīng)的本質(zhì)，從而發(fā)展科學(xué)思維，提升實(shí)驗(yàn)探究素養(yǎng)和創(chuàng)新精神。此外，氫氣傳感器的使用，讓學(xué)生體會(huì)到物質(zhì)檢測(cè)方法的多樣性，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維。同時(shí)，用化學(xué)史實(shí)作為證據(jù)，有助于學(xué)生了解化學(xué)的發(fā)展史，增進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解，讓學(xué)生領(lǐng)悟科學(xué)家不畏艱難、勇于探索的精神，樹立正確的人生觀和價(jià)值觀。

環(huán)節(jié)三：揭秘“錫紙”的材料成分

【師過渡】“錫紙”的成分究竟是什么呢？

【生猜想】是錫。

【師引導(dǎo)】請(qǐng)看資料：錫的熔點(diǎn)為231.9 ℃，而烤箱的最高溫度為250 ℃，酒精燈的最高溫度為800 ℃。

【生推理】根據(jù)錫的熔點(diǎn)低于烤箱的最高溫度，可以得出“錫紙”中的金屬不可能是錫。

【師啟發(fā)】那可能是什么金屬呢？能否從前面總結(jié)的物理性質(zhì)中找到一些線索呢？

【生推理】先根據(jù)使用的安全性及成本，推測(cè)“錫紙”應(yīng)該是生活中的常見金屬，再根據(jù)銀白色的外觀，排除銅和金的可能性，把范圍縮小為鋁、鋅、鐵、銀這四種常見金屬。

【師問】表2是幾種常見金屬的熔點(diǎn)，結(jié)合“錫紙”的說明書，你們能進(jìn)一步推出什么呢？

【生推理】在前面的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)用酒精燈加熱“錫紙”，“錫紙”易熔化，這說明“錫紙”的熔點(diǎn)低于酒精燈的最高溫度，因此可以排除鐵、銀的可能性，而有可能是鋁或鋅。

【師引導(dǎo)】那么，如何檢驗(yàn)“錫紙”是鋁還是鋅呢？老師帶來了鋁及鋅離子的檢測(cè)試紙，同學(xué)們可以取“錫紙”與酸反應(yīng)后的溶液少許進(jìn)行檢測(cè)。

【探究活動(dòng)5】學(xué)生進(jìn)行試紙檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。

【生推理】根據(jù)鋁試紙顯色與比色卡匹配，可推斷“錫紙”的成分是鋁。

【師引導(dǎo)】是時(shí)候揭開“錫紙”加熱后熔化但不滴落的奧秘了。請(qǐng)看資料：氧化鋁的熔點(diǎn)為2054 ℃，鋁的熔點(diǎn)為661 ℃。

【生推理】根據(jù)資料推斷“錫紙”加熱后熔化但不滴落的原因，即氧化鋁的熔點(diǎn)非常高，它會(huì)在鋁的表面形成一層保護(hù)膜阻止鋁滴落。

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)通過設(shè)問、反問、追問等構(gòu)建遞進(jìn)式問題鏈，進(jìn)而啟發(fā)學(xué)生思考，引導(dǎo)學(xué)生從生活經(jīng)驗(yàn)、提供的資料、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以及物質(zhì)本身所具有的性質(zhì)中尋找證據(jù)，通過邏輯推理，最終揭開“錫紙”成分的奧秘。

環(huán)節(jié)四：總結(jié)金屬的化學(xué)性質(zhì)

【師過渡】是否可以考慮用其他金屬制成類似“錫紙”的材料呢？

【生答】可以選用熔點(diǎn)較高、價(jià)格適中且在生活中常見的金屬，如銅和鐵。

【師問】那么，銅和鐵是否也具備鋁那樣的化學(xué)性質(zhì)呢？它們是否具有可燃性？

【生答】在第二章已經(jīng)學(xué)過鐵、鎂、銅等金屬與氧氣的反應(yīng)，從中可以獲知銅、鐵也具有可燃性。

【師問】是不是所有的金屬都能與氧氣反應(yīng)呢？請(qǐng)看投影“真金不怕火煉”文獻(xiàn)資料（略）。

【生推理】根據(jù)資料推測(cè)黃金不與氧氣反應(yīng)。

【師引導(dǎo)】請(qǐng)描述鐵、鎂、銅在氧氣中燃燒的現(xiàn)象，并寫出相關(guān)的化學(xué)方程式。

【小結(jié)】大部分金屬能與氧氣反應(yīng)。

【師過渡】那么，鎂、銅、鐵也和鋁一樣能與酸反應(yīng)嗎？如果能，反應(yīng)速度是否一樣？請(qǐng)大家用老師提供的試劑進(jìn)行探究。

【探究活動(dòng)6】學(xué)生進(jìn)行鎂、銅、鐵、鋁與稀鹽酸或稀硫酸反應(yīng)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。有的學(xué)生使用不同形狀的同種金屬與同種酸反應(yīng)，有的學(xué)生使用相同金屬與不同種類的酸反應(yīng)。

【生疑惑】為什么得出的結(jié)論不一樣呢？

【師引導(dǎo)】啟發(fā)學(xué)生思考影響酸與金屬反應(yīng)速率的因素，并引入控制變量法。

【生活動(dòng)】改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，最終得出正確結(jié)論。

【師追問】在前面的探究中，我們已經(jīng)知道了金屬與酸反應(yīng)產(chǎn)生的氣體是氫氣，那么此類反應(yīng)的微觀實(shí)質(zhì)是什么呢？

【生活動(dòng)】繪制微觀示意圖。

【師展示】投影部分學(xué)生繪制的微觀示意圖（如圖5、圖6），要求學(xué)生點(diǎn)評(píng)。

【生點(diǎn)評(píng)】在圖5中，F(xiàn)e在置換反應(yīng)中應(yīng)生成+2價(jià)的鐵離子。在圖6中，應(yīng)生成一個(gè)氫氣分子，而非兩個(gè)氫原子。

【師引導(dǎo)】要求學(xué)生根據(jù)金屬與酸反應(yīng)的微觀本質(zhì)，書寫化學(xué)方程式。

【師小結(jié)】只有活潑金屬才能與稀酸反應(yīng)生成氫氣，且反應(yīng)速率各不相同；排在H后的金屬不能與稀酸反應(yīng)。

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)旨在通過回顧舊知和實(shí)驗(yàn)探究相結(jié)合的方式，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)金屬與氧氣、酸反應(yīng)的化學(xué)性質(zhì)，將對(duì)一種金屬性質(zhì)的研究拓展至對(duì)金屬這一類物質(zhì)性質(zhì)的研究。從宏觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，到體現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)微觀本質(zhì)的示意圖，再到化學(xué)方程式的書寫，以此來培養(yǎng)學(xué)生的“宏—微—符”三重表征的學(xué)科思維，提升學(xué)生的科學(xué)探究、證據(jù)推理等核心素養(yǎng)。

四、教學(xué)反思

（一）問題情境引領(lǐng)證據(jù)推理

“學(xué)起于思，思源于疑。”問題是思維的源泉和動(dòng)力，也是培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理能力的“引路者”。本課中，教師依托真實(shí)的情境，圍繞教學(xué)目標(biāo)提出了富有啟發(fā)性的問題，引導(dǎo)學(xué)生深入思考。同時(shí)，學(xué)生也根據(jù)提供的資料或?qū)嶒?yàn)中出現(xiàn)的異常現(xiàn)象自主提出了想要探究的問題。在這些問題的驅(qū)動(dòng)下，學(xué)生依據(jù)資料、說明書等證據(jù)，結(jié)合原有認(rèn)知進(jìn)行正向推理，并提出假設(shè)和設(shè)計(jì)方案，再通過實(shí)驗(yàn)獲取證據(jù)并分析證據(jù)，最終利用有效證據(jù)逆向推理，驗(yàn)證假設(shè)的真?zhèn)危瑥亩鉀Q問題。在此過程中，學(xué)生的思維得到了拓展，證據(jù)推理能力得到了提升。

（二）科學(xué)探究助力證據(jù)推理

科學(xué)探究是學(xué)生積極主動(dòng)地獲取化學(xué)知識(shí)、認(rèn)識(shí)和解決化學(xué)問題的重要實(shí)踐活動(dòng)。科學(xué)探究的過程包含收集證據(jù)、利用證據(jù)和推理分析的過程，是培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理能力的重要途徑[2]。例如，在本課的核心教學(xué)環(huán)節(jié)“探究‘錫紙’的化學(xué)性質(zhì)”中，教師先投影“錫紙”的說明書，引導(dǎo)學(xué)生自主提出探究問題，然后依次進(jìn)行猜想與假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)獲取證據(jù)、推理得出結(jié)論以及評(píng)價(jià)反思。整個(gè)探究過程凸顯了學(xué)生的主體地位。同時(shí)，教師的主導(dǎo)作用也至關(guān)重要。在探究過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用控制變量法優(yōu)化實(shí)驗(yàn)；利用鼓勵(lì)性語言及時(shí)疏導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)失敗時(shí)產(chǎn)生的消極情緒；指導(dǎo)學(xué)生合作完成收集證據(jù)、分析處理證據(jù)等任務(wù)；督促學(xué)生及時(shí)對(duì)探究結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)反思。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生在尋找證據(jù)、推理建模的過程中激發(fā)出知識(shí)火花，提升了證據(jù)推理能力。

（三）證據(jù)推理發(fā)展高階思維

證據(jù)推理的過程是指向?qū)W生高階思維發(fā)展的過程。本課不僅涉及回顧舊知、理解新知等低階思維活動(dòng)，還包括分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造等高階思維活動(dòng)[3]。例如，在“探究金屬與酸反應(yīng)”的教學(xué)環(huán)節(jié)中，學(xué)生觀察到金屬與酸反應(yīng)的現(xiàn)象后，運(yùn)用批判性思維審視方案的可靠性，運(yùn)用決策性思維分析并選擇證據(jù)，運(yùn)用創(chuàng)造性思維優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)以獲取更準(zhǔn)確的證據(jù)，最終得出結(jié)論。而本課的整個(gè)教學(xué)流程都是圍繞“揭開‘錫紙’的奧秘”這一任務(wù)展開的，在此過程中，學(xué)生需要運(yùn)用化學(xué)知識(shí)和方法解決實(shí)際問題，需要基于證據(jù)進(jìn)行推理和展開深度學(xué)習(xí)，這些都是高階思維的集中體現(xiàn)。

［" "參" "考" "文" "獻(xiàn)" "］

[1]" 楊海燕.基于“證據(jù)推理和模型認(rèn)知”的初中化學(xué)教學(xué)：以“分子和原子”為例[J].化學(xué)教與學(xué)，2023（8）：43-46，73.

[2]" 楊林全.初中化學(xué)教學(xué)中“證據(jù)推理”素養(yǎng)的培育：以“酸和堿的中和反應(yīng)”為例[J].化學(xué)教學(xué)，2021（6）：49-54.

[3]" 曾海輝.基于“證據(jù)推理”的化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)：以“解密自熱包”為例[J].化學(xué)教學(xué)，2022（9）：46-50，56.