基于“证据推理”的二氧化碳复习课实验教学设计

摘要：从化学史的角度依次复习，并设计了三个课堂探究实验。从化学史料、实验探究方面寻找证据进行推理，以提高学生的证据发现及推理能力，从而提升学生的学科核心素养。

关键词：证据推理;二氧化碳;教学设计;复习;实验

文章编号：1008-0546（2018）12-0059-02中图分类号：G633.8文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.12.019

一、问题提出

《义务教育化学课程标准（2011年版）》 [1]指出：科学探究对发展学生的科学素养具有不可替代的作用。而发展科学探究能力的八大要素中，“收集证据”和“解释与结论”两大要素所涵盖的目标最多，由此可见“证据推理”在发展学生科学探究能力方面的重要性。学习过程的發生是需要载体的，教师创设具有推理性和探究性的情境是打造促进学生养成化学核心素养课堂的核心任务 [2]。

二氧化碳是初中化学教学中的重要物质之一，在上海教育出版社出版的九年义务教育《化学》上 [3]  [4]、下册课本中每章都有涉及。二氧化碳相关的化学史，历经几百年，凝聚了几代人的智慧，化学家探究二氧化碳的历史资料本身就是一种事实证据。笔者认为：教师通过对二氧化碳进行专题复习不仅有利于学生加强对相关知识的巩固，也是培养学生收集证据、分析推理、得出结论等化学学科核心素养的有效途径。

二、教学设计片段

1.舌尖舞者——跳糖中跳动的二氧化碳：二氧化碳的食用

[问题]跳跳糖为什么跳？是什么物质在跳？

[引导]可通过观察包装袋，寻找线索、证据。

[探究]学生发现配料中有“二氧化碳”，故设计用石灰水检验。可观察到跳跳糖在石灰水中有小气泡冒出，并伴有噼啪声，但石灰水却未变浑浊。学生一时无法解释眼前的现象。

[证据]引导学生再次审查配料，发现新的证据：原来配料中还有柠檬酸和DL-苹果酸，会和石灰水发生反应，故石灰水未变浑浊。

[意图]通过跳跳糖实验探究既能引入课题，又能激发学生结合实际情境提出猜想、设计方案、进行试验、证据分析、推理得出结论的欲望。

[过渡]通常状况下，二氧化碳是无色、无味的气体，它是怎样被发现的呢？

2.浴火重生——火焰中跃动的二氧化碳：二氧化碳的发现

[阅读]17世纪初，比利时化学家海尔蒙特 [5]发现：木炭燃烧后不仅有灰烬，还有气体逸出，并证实该气体不能燃烧，能使烛火熄灭，常出现在地窖、洞穴。后被认识即二氧化碳。

[推理]据以上史料学生推理出CO2“不能燃烧、不助燃、密度比空气大”的性质。

[引导]古代用木炭燃烧法研究CO2的有关性质，现今可用燃烧蜡烛的方法产生CO2，如何证明蜡烛燃烧有CO2生成？

[实验]学生用干而冷的小烧杯罩在火焰上方，片刻迅速倒转，向其中倒入澄清石灰水，振荡。（备注：六组依此方案实验，石灰水均未变浑浊。）

[推理]CO2在火焰中产生，受热膨胀，密度小于周围空气，在烧杯中上浮逸出。

[改进]六组均以集气瓶代替烧杯，并用玻片盖住瓶口，石灰水均变浑浊[6]。

[观念]气体的密度与温度和压强密切相关。

[意图]学生对气体密度的认识通常停留在记忆层面，对该性质缺乏辩证的理解，借助实验可加深印象，并得出“二氧化碳密度比空气大”须在“通常状况下”的结论。

[过渡]海尔蒙特发现并研究CO2之后的1个多世纪，人们只是知道有这种气体存在，还没有制出纯净的CO2。科学家是怎样制取CO2的呢？

3.他山之石——岩石中活动的二氧化碳：二氧化碳的制取

[证据]1755年英格兰化学家布莱克通过煅烧白垩发现其质量减少，经检验逸出气体是CO2，这时人们才真正制出CO2 [7]。我国明代于谦（1398～1457）12岁写下《石灰吟》。

[推理]据于谦生平推理：他是在1410年完成了这首不朽诗篇的。

[问题]我国古代在1410年已在烧石灰了，比西方早多少年？

[意图]通过时间推理，得出我国古代化学具有辉煌的历史，培养学生历史推理论证能力，培养学生的爱国主义情感，民族自豪感。

[问题]科学家通过煅烧白垩制取CO2，现在实验室通常如何制取CO2？

[意图]复习二氧化碳的实验室制取的装置、原理等。

[问题]请设计简单的实验说明二氧化碳的检验方法。

[探究]向石灰水中不断吹气，发现石灰水先变浑浊后变澄清。

[观念]反应物相同，反应物的量不同，产物可能不同。

[过渡]当时只知道CO2能与石灰水反应，但CO2的水溶性及能否与水反应却无人知晓。

4.水气交溶——饮料中翻动的二氧化碳：二氧化碳的水溶

[证据]1766年英国化学家卡文迪许测得：一定温度下，1体积水约溶解1体积的CO2。后来发现：增大压强会溶解的更多。

[观念]气体的溶解与温度、压强密切相关。

[衔接]当时虽知道了CO2能溶于水，但并不知道CO2能与水反应，直到1774年。

[证据]1774年瑞典化学家贝格曼发现：紫色石蕊加入溶有CO2的水中，紫色变红色[9]。

[过渡]二氧化碳与水反应一定生成碳酸吗？

[意图]通过反问，拓宽思路，为后续二氧化碳参与光合作用的复习起到铺垫和过渡之用。

5.绿色生机——植物中脉动的二氧化碳：二氧化碳的光合

[证据]1782年瑞士科学家谢尼伯得出：“在阳光下，植物吸收CO2，排出O2 [10]。”

[推理]CO2 O2

[证据]1804年瑞士学者索热尔对光合作用首次进行定量测定：在阳光下，植物的增重量大于二氧化碳吸收量减去氧气的释放量。他指出绿色植物在光下同时还要消耗水 [11]。

[推理]CO2+H2O  O2

[证据]1864年德国科学家萨克斯通过实验认识到：绿色植物在光照下不僅能够释放氧气，而且能够合成有机物，供给植物生长发育等生命活动所用  [12]。

[推理]CO2+H2O  O2+有机物

[证据]1897年首次把绿色植物上述活动称为光合作用，并确定有机物为葡萄糖。

[推理]CO2+H2O  O2+C6H12O6

[观念]反应物相同，反应条件不同，产物可能不同。

[意图]通过史料阅读，引导学生沿着科学家研究的路线推理，一步一步地了解光合作用的发现过程，提升证据推理和模型认知能力。

6.课堂教学板书设计

三、教学反思

以跳跳糖引入课题，从化学史的角度依次进行复习，设计了三个课堂探究实验。所涉及的实验虽然表面简单，但在实际实验中却会有较复杂的情况出现。教师通过细致的实验手段引导学生厘清影响因素，对所学知识巩固的同时，通过观测实验、原因分析、证据推理，锻炼学生的逻辑思维能力，辩证地认识之前所得的结论;教师通过化学史料的呈现引导学生从事实证据出发，经过推理，得出理性的、辩证的观念。本设计以“证据推理”为抓手，关注学生的认识发展过程，以此提高学生的科学探究能力，不断提升学生的学科核心素养。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部制定.义务教育化学课程标准（2011年版）[M].北京：北京师范大学出版社，2012

[2]  张寒之.基于学生“证据推理”核心素养养成的实验教学案例研究[J].化学教与学，2018（3）：90

[3]  王祖浩，王磊.义务教育课程标准实验教科书化学（九年级上册）[M].上海：上海教育出版社，2016

[4]  王祖浩，王磊.义务教育课程标准实验教科书化学（九年级下册）[M]. 上海：上海教育出版社，2016

[5]  （英）柏延顿JR.化学简史[M].胡作玄，译.北京：商务印书馆，1979

[6]  王宝权.蜡烛燃烧实验的探究与改进[J].化学教学，2013（12）：43

[7]-[12]  丁绪贤.化学史通考[M].北京：中国大百科全书出版社，2011