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        證據(jù)推理與模型認(rèn)知在中學(xué)化學(xué)概念教學(xué)中的應(yīng)用

        2022-05-24 13:47:42彭鳳蘭
        文理導(dǎo)航 2022年17期
        關(guān)鍵詞:證據(jù)推理模型認(rèn)知中學(xué)化學(xué)

        彭鳳蘭

        【摘 ?要】在中學(xué)階段的化學(xué)教學(xué)過(guò)程中,不管是日常教學(xué)還是中高考習(xí)題,化學(xué)概念無(wú)處不在。化學(xué)概念作為貫穿初中、高中化學(xué)教學(xué)全過(guò)程的內(nèi)容,其重要性明顯。盡管化學(xué)概念如此重要,但在實(shí)際的學(xué)習(xí)過(guò)程中,大部分學(xué)生在化學(xué)概念學(xué)習(xí)方面都存在方法不正確、學(xué)習(xí)效率低等問(wèn)題。因此,本文基于證據(jù)推理和模型認(rèn)知的教學(xué)方式,通過(guò)實(shí)際的案例設(shè)計(jì)和解析,幫助學(xué)生解決中學(xué)階段化學(xué)概念學(xué)習(xí)困難的問(wèn)題,同時(shí)也為類似教學(xué)設(shè)計(jì)提供一些相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

        【關(guān)鍵詞】證據(jù)推理;模型認(rèn)知;中學(xué)化學(xué);概念

        教學(xué)

        一、教學(xué)背景

        鑒于化學(xué)概念的高度概括性和抽象性等一系列特點(diǎn),學(xué)習(xí)化學(xué)概念一直是中學(xué)教育的一個(gè)難點(diǎn)?;瘜W(xué)的概念、原理是什么意思,其自身存在一定的復(fù)雜性,大部分的中學(xué)生都存在化學(xué)概念學(xué)習(xí)吃力的情況。因此,中學(xué)階段化學(xué)概念的教學(xué)質(zhì)量如何有效提升,已經(jīng)成為當(dāng)下化學(xué)教育工作者迫切需要解決的問(wèn)題。從化學(xué)概念的出現(xiàn)和考查情況來(lái)看,在解決相關(guān)化學(xué)概念問(wèn)題的過(guò)程中,學(xué)生要積極尋找證據(jù)并對(duì)其進(jìn)行處理。因此,在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中,教師應(yīng)強(qiáng)化證據(jù)推理和認(rèn)知模式,以便在整體上有效培養(yǎng)和提升學(xué)生整體的化學(xué)能力和素養(yǎng)。

        二、教學(xué)設(shè)計(jì)

        化學(xué)概念具有抽象性、具體性和定義性等多種特點(diǎn),對(duì)證據(jù)推理和模型認(rèn)知在其中的應(yīng)用來(lái)說(shuō),必定存在一定的共性。本文以證據(jù)推理和模型認(rèn)知在定義性概念中的應(yīng)用為例,以人教版第一章第二節(jié)“氣體摩爾體積”的教學(xué)為例,研究如何在化學(xué)概念中更好地應(yīng)用證據(jù)推理和模型認(rèn)知。

        (1)教材分析。氣體摩爾體積是人教版第一章第二節(jié)的內(nèi)容,氣體摩爾體積內(nèi)容的扎實(shí)學(xué)習(xí),能夠?yàn)榛瘜W(xué)氣體的其他有關(guān)研究奠定基礎(chǔ)。此外,將物理模型與相關(guān)數(shù)據(jù)和“推測(cè)思維與建?!钡母拍钅P拖嘟Y(jié)合能有效地促進(jìn)學(xué)生發(fā)展摩爾氣體體積的概念模型。

        (2)形勢(shì)分析。氣體摩爾體積屬于化學(xué)概念中的定義范疇,但同時(shí)它也具有顯著的抽象性特點(diǎn),而這一概念的引入,主要是為了方便后續(xù)化學(xué)研究的深入,因?yàn)闅怏w作為化學(xué)研究學(xué)習(xí)中的常見(jiàn)概念,經(jīng)常會(huì)參與各類化學(xué)反應(yīng),并對(duì)其產(chǎn)生不可忽視的重要影響。盡管學(xué)生在進(jìn)入高中之前,已經(jīng)掌握了大部分化學(xué)概念,并對(duì)微觀世界有了一定認(rèn)識(shí),但整體上來(lái)說(shuō),對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解仍然不夠深入。

        (3)教學(xué)目標(biāo)。通過(guò)展示引導(dǎo)學(xué)生思考的相關(guān)數(shù)據(jù),并最終得出在相同溫度和壓力下固體、氣體和液體物質(zhì)體積的結(jié)論,有助于學(xué)生更好地理解,相同溫度下固體和液體顆粒的體積以及壓力顆粒的數(shù)量,與相同溫度和壓力下氣體的質(zhì)量相對(duì),確定物質(zhì)體積的主要決定因素,通過(guò)類比和歸納推理,加深學(xué)生對(duì)這些因素的理解;通過(guò)物理模型可以確定固體、氣體和液體體積的主要決定因素有助于捕捉質(zhì)量摩爾的概念,最終還可以創(chuàng)建氣體形狀、氣態(tài)摩爾體積的基本模型。

        (4)評(píng)價(jià)目的。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行論證,得出了相同溫度和壓力下固體、氣體和液體的體積決定因素。促使學(xué)生認(rèn)識(shí)到在相同的溫度和壓力下固體和液體的數(shù)量是相同的,但在相同的溫度和壓力下粒子的數(shù)目、氣體的體積是相同的。培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)論證和認(rèn)知技能建模能力。通過(guò)推理進(jìn)行類比和概括,對(duì)決定物質(zhì)體積的主要因素進(jìn)行推理,促進(jìn)學(xué)生對(duì)影響物質(zhì)體積的主要因素進(jìn)行深刻理解,培養(yǎng)學(xué)生宏觀辯證法和微觀分析的基本技能。通過(guò)物理模擬以確定固體、氣體和液體物質(zhì)體積的主要決定因素將有助于捕捉氣體質(zhì)量的概念,發(fā)展充氣的氣態(tài)摩爾體積概念,并增加學(xué)生的知識(shí)。

        (5)教學(xué)難度。重點(diǎn):了解和理解摩爾氣體體積的定義,遵循阿伏伽德羅定律,并建立質(zhì)量模型、莫羅佐夫模型和氣體摩爾體積模型;難點(diǎn):從氣體摩爾體積概念與阿伏伽德羅定律中提取理論。

        三、教學(xué)實(shí)踐

        “氣體摩爾體積”概念在“證據(jù)論證與模擬感知”中包括三個(gè)學(xué)習(xí)階段:首先是數(shù)據(jù)表示,得出結(jié)論,固體、氣體和液體物質(zhì)在相同條件下的體積;然后通過(guò)類比總結(jié)了決定物質(zhì)體積的主要因素;最后,結(jié)合物理模型,可以在相同條件下在確定的固體、氣體和液體質(zhì)量上創(chuàng)建動(dòng)態(tài)模型、。以下是實(shí)訓(xùn)的具體階段:

        (1)相同條件下的固、氣、液體積。

        顯示:20 ℃下1 mol固體和液體,1.01×106 Pa,如表1所示。

        教師問(wèn):“請(qǐng)先從研究各種物質(zhì)的大小開(kāi)始,看看這些數(shù)據(jù),你發(fā)現(xiàn)了什么?得出了什么結(jié)論?”

        學(xué)生回答:計(jì)算結(jié)果分別獲得7.1、10.0、18.0、53.5 mL的體積。即使固體和液體質(zhì)量相同,并且都處于同溫、同壓下,但兩者的體積不一樣。

        教師再次展示:1 mol不同氣體物質(zhì)在0 ℃,1.01×106 Pa下的體積。具體如表2所示。

        學(xué)生回答:等物質(zhì)量的氣體在同溫、同壓下所占有的體積相同。

        教師針對(duì)以上兩個(gè)環(huán)節(jié)的探討進(jìn)行總結(jié)并建立模型。

        總結(jié):等固體質(zhì)量和流體質(zhì)量通常不同,但如果氣體質(zhì)量相同,則幾乎相同。

        本環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)意圖在于,根據(jù)數(shù)據(jù),將固體物質(zhì)和液體物質(zhì)的體積相加,在相同條件下,固體和液體物質(zhì)的質(zhì)量通常不同,但氣體幾乎相同。除比較和扣除這些數(shù)據(jù)之外進(jìn)行演繹。

        (2)用類比法記錄物質(zhì)體積的主導(dǎo)因素。

        教師問(wèn):一個(gè)雞蛋有多大?一個(gè)大西瓜有多大?十個(gè)同樣大小的蛋和一個(gè)大西瓜哪邊占有的體積大?同樣的兩組雞蛋,每組10個(gè),一組排列緊密,另一組分散擺放,比較兩組之間的體積,哪邊更大?

        基于這些觀點(diǎn),詢問(wèn)學(xué)生:你能想象什么因素是重要的嗎?學(xué)生回答:答案是西瓜;10個(gè)分散的雞蛋,其中顆粒的數(shù)量、大小和重量的測(cè)定起著重要作用,包括微粒間的距離。

        本環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)意圖主要為,除了這種類比,還分析了決定材料體積的主要因素,以便為確定氣體、液體和固體尺寸的主要因素的進(jìn)一步發(fā)展奠定基礎(chǔ)。3個(gè)物理模型得出的結(jié)果是,在相似的條件下,固體、氣體和液體是不同的。

        教師的示范:在相同的溫度和壓力下,顆粒數(shù)量在固體和液體體積上是相同的;在相同的溫度和壓力下,在兩個(gè)可更換的容器中加入具有相同顆粒數(shù)的氫和氮分子以及氣體所占體積;氣態(tài)粒子受溫度和壓力的影響用Flash動(dòng)畫展現(xiàn)。

        針對(duì)這些介紹,教師提出了以下問(wèn)題:決定固體和液體物質(zhì)體積的主要因素是什么?氫和氮氧化物的尺寸不同,那么在相同溫度和壓力下決定氣態(tài)顆粒體積的主要因素是什么?決定氣態(tài)顆粒之間距離的因素有哪些?固體和液體略有不同,但氣體在相同的溫度和壓力下大小相同嗎?

        學(xué)生回答:固體和液體物質(zhì)體積的主要決定因素是體液中顆粒的大小;決定氣體顆粒體積的主要因素是顆粒之間的距離;氣體顆粒之間的距離決定了溫度和壓力;壓力越高,顆粒之間的距離越小;溫度越高,顆粒之間的距離越大。模塊的激活主要是為了使用真實(shí)模型和動(dòng)畫分析確定測(cè)量氣體顆粒之間距離的固體、氣體和液體的主要決定因素,以及確定氣體顆粒之間距離的影響因素,可以創(chuàng)建模型。

        (3)讓我們看看阿伏加德羅定律,為它樹(shù)立一個(gè)示范模型。

        教師問(wèn):在同樣的溫度和壓力下,對(duì)于同樣物質(zhì)的體積,同學(xué)們還能說(shuō)些什么呢?

        學(xué)生回答:在相同的溫度和條件下,相同大小的氣體含有相同數(shù)量的粒子。

        教師解釋并代入模型:相同尺寸和壓力的氣體含有相同數(shù)量的分子,這被稱為阿伏加德羅定律,公式為p V=n RT。

        教師提問(wèn):請(qǐng)同學(xué)們用阿伏伽德羅定律公式,對(duì)練習(xí)題目當(dāng)中的關(guān)系進(jìn)行推理。

        學(xué)生練習(xí)并解釋:在相同的溫度和壓力下,任何氣體的體積之比等于它們的物質(zhì)的量之比;相同的溫度和壓力下任何氣體的密度之比等于相對(duì)分子量之比。

        本環(huán)節(jié)利用逆向推理和正向推理相結(jié)合的方式,引導(dǎo)學(xué)生對(duì)定律的深層含義進(jìn)行理解,并促進(jìn)學(xué)生更好地理解摩爾定律。

        (4)設(shè)計(jì)并應(yīng)用氣體摩爾質(zhì)量壓縮模型。

        概念:?jiǎn)挝毁|(zhì)量氣體體積,稱為摩爾氣體。其符號(hào)為Vm,單位為L(zhǎng)/mol,公式為Vm =V/Vn。

        需要注意的是,標(biāo)準(zhǔn)模式下的22.4 mol氣體,每單位mol 等于1 L。

        問(wèn)題:氣體(V)和氣體的質(zhì)量(n),氣體體積(V)與氣體質(zhì)量(m)的比值,以及氣體體積(V)與粒子數(shù)量(N)的比值。

        本環(huán)節(jié)通過(guò)建立氣體摩爾體積的概念模型,并結(jié)合習(xí)題的練習(xí)拓展,氣體摩爾體積與氣體質(zhì)量、物質(zhì)質(zhì)量和氣體顆粒數(shù)量之間的關(guān)系最終成功地建立了氣體摩爾體積的概念模型,具體模型如下圖所示。

        在教學(xué)中,人們將索引和直接證據(jù)與教學(xué)過(guò)程中的指示和平行結(jié)合起來(lái),從而產(chǎn)生指示和平行的組合。在教學(xué)過(guò)程中,它們促進(jìn)學(xué)生理解“已定義”概念的含義和來(lái)源,目的是讓學(xué)生理解和實(shí)施“定義”的概念,并為其創(chuàng)建概念模型。

        四、教學(xué)反思與建議

        (1)教學(xué)反思。在建立模型的過(guò)程中,通過(guò)對(duì)不同形態(tài)物質(zhì)之間進(jìn)行觀察和比較,梳理總結(jié)出部分觀點(diǎn)理論,并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行分析推導(dǎo),直至成功理解化學(xué)概念。這一系列的操作環(huán)節(jié),既能有效加深學(xué)生對(duì)化學(xué)的理解,又能完善他們的邏輯思想。為了證據(jù)推理和模型認(rèn)知的核心素養(yǎng)能夠在氣體摩爾體積的教學(xué)中得到有效落實(shí),還在實(shí)際的教學(xué)過(guò)程中加大科學(xué)思維的運(yùn)用范圍和程度,更好地引導(dǎo)學(xué)生將證據(jù)推理和模型認(rèn)知應(yīng)用在化學(xué)概念的學(xué)習(xí)中,從而讓學(xué)生的化學(xué)學(xué)科思維能力在中學(xué)化學(xué)中螺旋上升,并在最終有效提升化學(xué)素養(yǎng)。

        (2)教學(xué)建議。鑒于當(dāng)下中學(xué)生普遍存在的化學(xué)概念學(xué)習(xí)問(wèn)題,教師應(yīng)當(dāng)對(duì)證據(jù)推理和模型認(rèn)知的教學(xué)方式予以重視,為了保證教學(xué)質(zhì)量,應(yīng)當(dāng)在備課環(huán)節(jié)尤為仔細(xì),從而保證后續(xù)教學(xué)工作對(duì)學(xué)生發(fā)揮作用,提高理論能力,并通過(guò)指導(dǎo)和支持來(lái)引導(dǎo)學(xué)生在頭腦中建立化學(xué)概念模型,幫助學(xué)生理解化學(xué)概念。此外,學(xué)生將知識(shí)應(yīng)用于化學(xué)學(xué)習(xí),以促進(jìn)核心意識(shí)素養(yǎng)和化學(xué)概念之間的融合理解。

        【參考文獻(xiàn)】

        [1]顧建辛.關(guān)于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)培育的微觀思考——“宏觀辨識(shí)與微觀探析”和“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”關(guān)聯(lián)性學(xué)習(xí)行為中的“思想實(shí)驗(yàn)”[J].化學(xué)教學(xué),2020(4):10-14.

        [2]付茜娜.基于“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的高中化學(xué)教學(xué)實(shí)踐研究[D].海口:海南師范大學(xué),2019.

        [3]林曉明.基于證據(jù)推理和模型認(rèn)知的中學(xué)化學(xué)教學(xué)[J].課程教育研究,2020(11).

        [4]王輝.“物質(zhì)”教學(xué)中證據(jù)推理與模型認(rèn)知意識(shí)的滲透[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考,2019,488(4):15.

        [5]基于“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)培養(yǎng)的化學(xué)課堂教學(xué)策略研究[J].考試周刊,2020(4):145-146.

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