摘要：從化學(xué)史的角度依次復(fù)習(xí)，并設(shè)計(jì)了三個(gè)課堂探究實(shí)驗(yàn)。從化學(xué)史料、實(shí)驗(yàn)探究方面尋找證據(jù)進(jìn)行推理，以提高學(xué)生的證據(jù)發(fā)現(xiàn)及推理能力，從而提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：證據(jù)推理;二氧化碳;教學(xué)設(shè)計(jì);復(fù)習(xí);實(shí)驗(yàn)

文章編號(hào)：1008-0546（2018）12-0059-02中圖分類號(hào)：G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.12.019

一、問題提出

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》 [1]指出：科學(xué)探究對(duì)發(fā)展學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)具有不可替代的作用。而發(fā)展科學(xué)探究能力的八大要素中，“收集證據(jù)”和“解釋與結(jié)論”兩大要素所涵蓋的目標(biāo)最多，由此可見“證據(jù)推理”在發(fā)展學(xué)生科學(xué)探究能力方面的重要性。學(xué)習(xí)過程的發(fā)生是需要載體的，教師創(chuàng)設(shè)具有推理性和探究性的情境是打造促進(jìn)學(xué)生養(yǎng)成化學(xué)核心素養(yǎng)課堂的核心任務(wù) [2]。

二氧化碳是初中化學(xué)教學(xué)中的重要物質(zhì)之一，在上海教育出版社出版的九年義務(wù)教育《化學(xué)》上 [3]? [4]、下冊(cè)課本中每章都有涉及。二氧化碳相關(guān)的化學(xué)史，歷經(jīng)幾百年，凝聚了幾代人的智慧，化學(xué)家探究二氧化碳的歷史資料本身就是一種事實(shí)證據(jù)。筆者認(rèn)為：教師通過對(duì)二氧化碳進(jìn)行專題復(fù)習(xí)不僅有利于學(xué)生加強(qiáng)對(duì)相關(guān)知識(shí)的鞏固，也是培養(yǎng)學(xué)生收集證據(jù)、分析推理、得出結(jié)論等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的有效途徑。

二、教學(xué)設(shè)計(jì)片段

1.舌尖舞者——跳糖中跳動(dòng)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(zhì)在跳？

[引導(dǎo)]可通過觀察包裝袋，尋找線索、證據(jù)。

[探究]學(xué)生發(fā)現(xiàn)配料中有“二氧化碳”，故設(shè)計(jì)用石灰水檢驗(yàn)?？捎^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(xué)生一時(shí)無法解釋眼前的現(xiàn)象。

[證據(jù)]引導(dǎo)學(xué)生再次審查配料，發(fā)現(xiàn)新的證據(jù)：原來配料中還有檸檬酸和DL-蘋果酸，會(huì)和石灰水發(fā)生反應(yīng)，故石灰水未變渾濁。

[意圖]通過跳跳糖實(shí)驗(yàn)探究既能引入課題，又能激發(fā)學(xué)生結(jié)合實(shí)際情境提出猜想、設(shè)計(jì)方案、進(jìn)行試驗(yàn)、證據(jù)分析、推理得出結(jié)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(fā)現(xiàn)的呢？

2.浴火重生——火焰中躍動(dòng)的二氧化碳：二氧化碳的發(fā)現(xiàn)

[閱讀]17世紀(jì)初，比利時(shí)化學(xué)家海爾蒙特 [5]發(fā)現(xiàn)：木炭燃燒后不僅有灰燼，還有氣體逸出，并證實(shí)該氣體不能燃燒，能使?fàn)T火熄滅，常出現(xiàn)在地窖、洞穴。后被認(rèn)識(shí)即二氧化碳。

[推理]據(jù)以上史料學(xué)生推理出CO2“不能燃燒、不助燃、密度比空氣大”的性質(zhì)。

[引導(dǎo)]古代用木炭燃燒法研究CO2的有關(guān)性質(zhì)，現(xiàn)今可用燃燒蠟燭的方法產(chǎn)生CO2，如何證明蠟燭燃燒有CO2生成？

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

[推理]CO2在火焰中產(chǎn)生，受熱膨脹，密度小于周圍空氣，在燒杯中上浮逸出。

[改進(jìn)]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(qiáng)密切相關(guān)。

[意圖]學(xué)生對(duì)氣體密度的認(rèn)識(shí)通常停留在記憶層面，對(duì)該性質(zhì)缺乏辯證的理解，借助實(shí)驗(yàn)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(jié)論。

[過渡]海爾蒙特發(fā)現(xiàn)并研究CO2之后的1個(gè)多世紀(jì)，人們只是知道有這種氣體存在，還沒有制出純凈的CO2?？茖W(xué)家是怎樣制取CO2的呢？

3.他山之石——巖石中活動(dòng)的二氧化碳：二氧化碳的制取

[證據(jù)]1755年英格蘭化學(xué)家布萊克通過煅燒白堊發(fā)現(xiàn)其質(zhì)量減少，經(jīng)檢驗(yàn)逸出氣體是CO2，這時(shí)人們才真正制出CO2 [7]。我國(guó)明代于謙（1398～1457）12歲寫下《石灰吟》。

[推理]據(jù)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(guó)古代在1410年已在燒石灰了，比西方早多少年？

[意圖]通過時(shí)間推理，得出我國(guó)古代化學(xué)具有輝煌的歷史，培養(yǎng)學(xué)生歷史推理論證能力，培養(yǎng)學(xué)生的愛國(guó)主義情感，民族自豪感。

[問題]科學(xué)家通過煅燒白堊制取CO2，現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室通常如何制取CO2？

[意圖]復(fù)習(xí)二氧化碳的實(shí)驗(yàn)室制取的裝置、原理等。

[問題]請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)說明二氧化碳的檢驗(yàn)方法。

[探究]向石灰水中不斷吹氣，發(fā)現(xiàn)石灰水先變渾濁后變澄清。

[觀念]反應(yīng)物相同，反應(yīng)物的量不同，產(chǎn)物可能不同。

[過渡]當(dāng)時(shí)只知道CO2能與石灰水反應(yīng)，但CO2的水溶性及能否與水反應(yīng)卻無人知曉。

4.水氣交溶——飲料中翻動(dòng)的二氧化碳：二氧化碳的水溶

[證據(jù)]1766年英國(guó)化學(xué)家卡文迪許測(cè)得：一定溫度下，1體積水約溶解1體積的CO2。后來發(fā)現(xiàn)：增大壓強(qiáng)會(huì)溶解的更多。

[觀念]氣體的溶解與溫度、壓強(qiáng)密切相關(guān)。

[銜接]當(dāng)時(shí)雖知道了CO2能溶于水，但并不知道CO2能與水反應(yīng)，直到1774年。

[證據(jù)]1774年瑞典化學(xué)家貝格曼發(fā)現(xiàn)：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(yīng)一定生成碳酸嗎？

[意圖]通過反問，拓寬思路，為后續(xù)二氧化碳參與光合作用的復(fù)習(xí)起到鋪墊和過渡之用。

5.綠色生機(jī)——植物中脈動(dòng)的二氧化碳：二氧化碳的光合

[證據(jù)]1782年瑞士科學(xué)家謝尼伯得出：“在陽光下，植物吸收CO2，排出O2 [10]?！?/p>

[推理]CO2?O2

[證據(jù)]1804年瑞士學(xué)者索熱爾對(duì)光合作用首次進(jìn)行定量測(cè)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(shí)還要消耗水 [11]。

[推理]CO2+H2O ?O2

[證據(jù)]1864年德國(guó)科學(xué)家薩克斯通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)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(jī)物，供給植物生長(zhǎng)發(fā)育等生命活動(dòng)所用? [12]。

[推理]CO2+H2O ?O2+有機(jī)物

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

[推理]CO2+H2O ?O2+C6H12O6

[觀念]反應(yīng)物相同，反應(yīng)條件不同，產(chǎn)物可能不同。

[意圖]通過史料閱讀，引導(dǎo)學(xué)生沿著科學(xué)家研究的路線推理，一步一步地了解光合作用的發(fā)現(xiàn)過程，提升證據(jù)推理和模型認(rèn)知能力。

6.課堂教學(xué)板書設(shè)計(jì)

三、教學(xué)反思

以跳跳糖引入課題，從化學(xué)史的角度依次進(jìn)行復(fù)習(xí)，設(shè)計(jì)了三個(gè)課堂探究實(shí)驗(yàn)。所涉及的實(shí)驗(yàn)雖然表面簡(jiǎn)單，但在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中卻會(huì)有較復(fù)雜的情況出現(xiàn)。教師通過細(xì)致的實(shí)驗(yàn)手段引導(dǎo)學(xué)生厘清影響因素，對(duì)所學(xué)知識(shí)鞏固的同時(shí)，通過觀測(cè)實(shí)驗(yàn)、原因分析、證據(jù)推理，鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力，辯證地認(rèn)識(shí)之前所得的結(jié)論;教師通過化學(xué)史料的呈現(xiàn)引導(dǎo)學(xué)生從事實(shí)證據(jù)出發(fā)，經(jīng)過推理，得出理性的、辯證的觀念。本設(shè)計(jì)以“證據(jù)推理”為抓手，關(guān)注學(xué)生的認(rèn)識(shí)發(fā)展過程，以此提高學(xué)生的科學(xué)探究能力，不斷提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國(guó)教育部制定.義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012

[2]? 張寒之.基于學(xué)生“證據(jù)推理”核心素養(yǎng)養(yǎng)成的實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例研究[J].化學(xué)教與學(xué)，2018（3）：90

[3]? 王祖浩，王磊.義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書化學(xué)（九年級(jí)上冊(cè)）[M].上海：上海教育出版社，2016

[4]? 王祖浩，王磊.義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書化學(xué)（九年級(jí)下冊(cè)）[M]. 上海：上海教育出版社，2016

[5]? （英）柏延頓JR.化學(xué)簡(jiǎn)史[M].胡作玄，譯.北京：商務(wù)印書館，1979

[6]? 王寶權(quán).蠟燭燃燒實(shí)驗(yàn)的探究與改進(jìn)[J].化學(xué)教學(xué)，2013（12）：43

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