“证据推理与模型认知”引领下的教学实践

华丽芬

摘要：通过建构氧化还原反应认知模型，进一步认识可通过氧化还原反应实现含有不同价态同种元素的物质的相互转化。通过创设情境一提出假设一实验设计一收集证据一论证推理一得出结论的方式，知道通过氧化还原反应可以探索物质性质，实现物质转化，认识物质及其转化在促进社会文明进步中的重要价值。

关键词：证据推理;模型认知;氧化还原反应;脱氧剂

文章编号：1008-0546（2019）06-0034-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.06.010

一、研究背景

人们为了延长食品的保存期限，在食品包装上采用了很多方法，例如真空、充气、防潮（干燥剂）、气调（脱氧剂）等。脱氧剂的研制最初是为了防止变压器等设备的起火和爆炸，日本脱氧剂发展迅速，1943年就成功研制食品用铁系脱氧剂。我国脱氧剂开发、研究和应用起步较晚，但近年来发展迅速，目前研制出无机和有机两大类脱氧剂，其中无机系列包括铁系脱氧剂、亚硫酸盐系脱氧剂等，有机系列包括抗坏血酸类、儿茶酚类、葡萄糖氧化酶和维生素E类等。

铁系脱氧剂是目前使用较为广泛的一类脱氧剂，其主要成分是活性铁粉，去除包装袋内的游离氧和溶解氧效果显著，在标准状况下，1g铁粉理论上可以脱除约1500mL空气中的氧。铁系脱氧剂的辅料有盐、活性炭等，辅料的种类和用量都会影响铁系脱氧剂的脱氧效果，比较适宜的配方是：还原铁粉（1g）、氯化钠（0 5g）、结晶碳酸钠（0.4g）、无水氯化钙（0.1g）、活性炭（0.1g）。铁系脱氧剂脱氧的原理类似铁在潮湿的空气中发生的吸氧腐蚀，使用过的脱氧剂有结块现象，颜色由黑变红。

化学学科历来十分重视实证研究，高中化学课程中所涉及的化学理论和原理，都是建立在对大量实验事实（证据）进行比较分析、归纳概括的基础上的，之后还需要通过抽象和简化的方法建构模型，再现物质及其变化的基本规律。将脱氧剂这类物质应用到高一“氧化还原反应”的教学中，一方面通过创设真实的情境，使学生亲身体会到化学学科知识与生活的密切联系，增强了实验过程的趣味性，从而激发了学生的学习兴趣;另一方面，将食品包装袋内的脱氧剂变废为宝，运用到课堂教学中，有利于培养学生绿色化学的理念。

二、设计思路

“氧化还原反应”内容教学可安排三课时：第一课时，明确化学反应有不同的分类方法，能够从化合价升降角度判断氧化还原反应，能够从电子得失角度理解氧化还原反应，能够关注化学反应发生的本质原因。第二课时，建立氧化剂与还原剂的概念，了解氧化剂与还原剂有强弱之分，通过实验探究物质的氧化性与还原性。第三课时，通过建构氧化还原反应认知模型，进一步认识可通过氧化还原反应实现含有不同价态同种元素的物质的相互转化。通过创设情境一提出假设一实验设计一收集证据一论证推理一得出结论的方式，知道通过氧化还原反应可以探索物质性质，实现物质转化，认识物质及其转化在促进社会文明进步，提高人民群众生活质量中的重要价值。

本文以“氧化还原反应”第三课时“脱氧剂的应用与研究”为例，探讨“证据推理与模型认知”引领下的教学实施与评价。

三、教学实施与评价

环节一：教学导入

[情境1]生活中我们经常会购买一些零食，同学们有没有关注过它的生产日期和保质期？为什么要关注？为了防止食品变质，延长保存期限，生产商在食品的包装上想了不少方法，看一看这些食品，采用了哪些方法？请你打开包装，看看里面还有什么？

[学生活动]积极回答，课堂气氛活跃。

[学生表现]能准确说出真空、充气两种食品包装的方法，但是干燥剂与脱氧剂会混淆。

[设计意图]将生活中熟悉又陌生的“脱氧剂”引入教学，既激发了学生的好奇心，又为氧化还原反应模型的建构奠定了认知基础。

环节二：建构模型

[学生活动]阅读资料卡，了解脱氧剂的种类与应用。

[学生表现]知道氧气是常见的氧化剂，脱氧剂能除去氧气，所以它们是还原剂，具有还原性，在反应中失电子，化合价上升，被氧化，发生氧化反应，得到氧化产物。

[设计意图]通过脱氧剂除去氧气，建构氧化还原反应认知模型：氧化剂+还原剂一氧化产物+还原产物。

[教师活动]在黑板上写下脱氧剂：氢气、铁、硫酸亚铁、亚硫酸钠。

[学生活动]判斷脱氧剂工作后的产物（氧化产物）。

[学生表现]能准确说出氢气、硫酸亚铁、亚硫酸钠的产物，铁的氧化产物有氧化亚铁、氧化铁、四氧化三铁三种答案。

[设计意图]形成认知冲突，为后续的证据推理提供素材。

环节三：证据推理

[情境2]有两袋铁系脱氧剂，一袋由于没有妥善保管，在空气中暴露时问过长，如何将它快速鉴别出来？

[学生活动]提出假设，设计实验方案。

[学生表现]学生已有的认知水平使他们具备了一定的科学探究能力。

[学生活动]收集证据，论证推理，得出结论。

[设计意图]能从物质及其变化的事实中提取证据，对有关化学问题提出假设，能依据证据证明假设。

[情境3]食品厂生产的一批蛋糕在运输过程中，发生个别包装袋破损漏气的情况，如果袋内脱氧剂失效，则食品极易变质。现工厂紧急召回这批产品，对袋内脱氧剂进行检测，若脱氧剂还有效，则这批产品可回收，否则将销毁。有哪些方法可以鉴别？

[学生活动]提出假设，设计实验方案，收集证据，论证推理，得出结论。

[学生表现]对脱氧剂变质到哪种程度，学生没有判断经验，所以大多数学生还是采取了上一实验的方法，但部分学生已经能从微观角度进行分析。由于用吸铁石这种物理方法效果不明显，加稀硫酸后由于杂质较多又难以观察现象，学生提出需要过滤后再进一步验证。

[设计意图]能从宏观和微观结合上收集证据，能依据证据从不同视角分析问题，推出合理真实的结论。

环节四：提升认知

[情境4]某检测员加稀硫酸也没有看到明显的气泡，查阅资料后发现一条信息：在含有Fe³⁺的溶液中加入1滴硫氰化钾（KSCN）溶液，立即变成血红色，若Fe³⁺浓度增大，则颜色会变深。

[学生活动]过滤后，取两滴滤液，滴加硫氰化钾溶液，看到血红色。

[学生表现]学生获得新知识后能很快运用，并积极思考如何获得更多的硫酸铁。

[教师活动]引导学生回顾氧化还原反应认知模型：氧化剂+还原剂=氧化产物+还原产物

[学生活动]如果有铁粉，加稀硫酸后就有硫酸亚铁，只要找个氧化剂，就能将硫酸亚铁转化为硫酸铁，颜色就会变深。氧气是常见氧化剂，但是反应慢。

[教师活动]PPT展示九年级化学教材关于实验室制取氧气的反应：过氧化氢二氧化锰→水+氧气

[学生活动]滴加1滴双氧水后，溶液颜色明显加深，得出结论，脱氧剂中还有铁粉，所以有效。

[学生表现]学生通过应用氧化还原反应认知模型，进一步认识到氧化剂（过氧化氢）的氧化性比氧化产物（氧气）强，运用氧化还原原理可以实现物质的转化。

[设计意图]能依据各类物质及其反应的不同特征寻找充分的证据，能对复杂的化学问题情境中的关键要素进行分析以建构相应的模型，并运用模型解决关键问题。

四、实践感悟

“证据推理与模型认知”引领下的教学设计和实践是要培养学生通过真实的探究活动具有证据意识，知道可以通过分析、推理等方法认识研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系;通过建立认知模型，并运用模型解释化学现象，揭示现象的本质和规律。

化学日常学习评价应与课堂教与学活动有机融合在一起，本节课通过学生在实验探究、小组讨论、方案设计等活动中的表现，运用提问、点评、小组加分等方式，对学生课堂学习的质量和化学学科核心素养的发展水平给予及时的把握。