指向“证据推理与模型认知”的教学研究

廖伟梁

摘要：以“电解池电极反应的书写”复习课为例，通过典型例题充分暴露学生的知识漏洞和思维漏洞，引导学生分析推理加以证实或证伪，在弥补知识和思维漏洞的过程中，建构认知模型，完善知识网络，最终促进学生“证据推理与模型认知”核心素养的提升。

关键词：证据推理与模型认知;电解池;电极反应;复习课教学

文章编号：1008-0546（2019）06-0047-04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.06.014

“证据推理与模型认知”是化学学科核心素养的重要组成部分，是学生在高中化学课程学习过程中逐渐发展起来的，是在解决实际问题所表现出来的必备品格和关键能力。在教学中进行“证据推理与模型认知”核心素养的培养，能够帮助学生掌握化学核心知识、提高化学核心能力、培养化学核心态度。本文以“电解池电极反应的书写”复习课为例，探讨在教学实践中融人证据推理与模型认知素养的养成和落实。

一、教学背景

电化学是高中化学教学的重点和难点内容，也是历年高考命题的热门内容。高考考纲明确要求学生能理解原电池和电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反應和总反应方程式。通过查阅近几年全国及各省市高考题发现，有关电化学知识的考查呈现以下三方面特点：一是考查角度多样化：主要涵盖电化学基本原理、电极反应及总反应方程式的书写、阴阳离子的移动方向及浓度变化、两极产生的实验现象以及与氧化还原有关的计算等;二是考查形式综合化：既有选择题的正误判断，也有与实验题、化工流程题和反应原理题相结合，融合实验操作、元素化合物、化学平衡等考点综合考查;三是考查情景陌生化：电化学都是以新的信息包装成陌生新颖的原电池和电解池呈现出来，如2018年全国I卷的石墨烯电池、Ⅱ卷的“可呼吸”二次电池，2017年全国I卷的钢管桩、Ⅲ卷的全固态锂硫电池等。这些考查特点导致学生非常容易失分，给他们带来了很强的畏惧心理。如果可以正确书写电极反应，许多与电化学相关的高考题都会迎刃而解。

二、设计思路

要保证“准确、快速书写电解池电极反应”，要求学生需要在离子方程式、氧化还原反应、元素化合物及电化学基础等方面具有扎实的基础知识，同时在电极材料的判断、常见类型书写、陌生电极的书写和电解原理的实际应用等拓展性知识方面也有较高要求。由这些基础性知识和拓展性知识形成“电解池电极反应的书写”认知模型图（见图1），任何知识的漏洞，都可能导致书写的错误。本节课以“电解池电极反应的书写”为主题，通过课前回顾、分类组合、即时演练、互动讲解、归纳总结和巩固提升等六个教学环节（见图2），通过典型例题充分暴露学生的知识漏洞和思维漏洞，引导学生分析推理加以证实或证伪，在弥补知识和思维漏洞的过程中，建构认知模型，完善知识网络，最终促进学生“证据推理与模型认知”学科核心素养的提升。

三、教学实施

1.课前回顾

师：（画出一个原电池装置示意图，见图3中的图a，然后反问学生）请问这是电解池吗？

生：不是，因为没有电源。

师：（在图a的基础上增加一个电源，见图3中的图b，进一步问学生）请问这是电解池吗？

生：是的。

师：（在图b的基础上将铂电极换成铝电极，见图3中的图c，进一步问学生）请问这是电解池吗？

生：也是（有同学不敢吭声，但是大部分同学给出了肯定的答案）。

问题1：请根据以下示意图，回顾电解池的构成条件。

生：外接电源、两个电极、电解质溶液、闭合回路。

师：非常好，看来大家新课的学习效果很不错。

设计意图：通过三种实验装置的辨别，让学生回顾电解池的基本构造和形成条件，帮助学生通过宏观、微观与符号之间的相互转换，形成化学学习的核心思维模式，为电解池电极反应的书写和证据推理能力的培养奠定基础。

2.分类组合

问题2：提供四种电解质溶液（cuCl2溶液、NaOH溶液、NaCI溶液、AgNO3溶液）。当电极材料均为铂电极时，这四种溶液分别属于哪种电解类型？（黑板上提供四种电解类型供学生选择：电解电解质型、电解水型、放氢生碱型、放氧生酸型。）

生：CuCI2溶液是电解电解质型，NaOH溶液是电解水型，NaCl溶液是放氢生碱型，AgNO3溶液是放氧生酸型。

师：非常好。

问题3：现提供两种电极材料（铂电极和铝电极），结合上述四种电解质溶液，采用分类组合的方式，把能构成电解池的所有可能情况全部画出来。

（学生积极思考，并不时与小组同学讨论。）

学生1：我通过与小组同学讨论，总共画出了16种情况。

师：哇，非常好，团队的力量果然是无限的！答案就是16种。

问题4：从电解池的角度来看，这16种情况有没有哪些效果是一样的呢？

（学生1有点愕然，没有反应过来。此时学生2主动举手要求回答问题。）

学生2：16种所有可能的情况中，根据电极材料的不同，可以分为四种情况，阴阳极均为铂电极有四种（组合A），阴阳极均为铝电极有四种（组合B），铂电极做阳极、铝电极做阴极有四种（组合c），铝电极做阳极、铂电极做阴极有四种（组合D）。其中，组合A和组合C效果是一样的，组合B和组合D效果是一样的。具体如下表1所示：

（为了方便表示，表格对16种情况进行了编号，格式为“组合编号+电解质溶液编号”，如“A-①”代表组合A的第1种情况，即阴阳极均为铂电极、电解质溶液为CuCI2溶液。）

师：哇，厉害啊！可以分享一下你是如何发现的吗？

学生2：（脸上洋溢着满满的成就感）当铝片作阴极时，不会得到电子，与惰性电极的作用是一样的，即组合A和C效果相同，组合B和D效果相同。

师：此处应有掌声。（全班立即响起掌声，为学生2的分享喝彩。）这位同学讲得非常好！虽然可能的情况有16种之多，但是经过分类处理，16种就变成了8种。希望大家能够具备这种化繁为简的思维，即把数量众多的事物进行分类处理，这样就会变得很简单。

设计意图：通过不同电极材料和电解质溶液的变化，促使学生充分打开思维空间，通过设问和鼓励的方式，引导学生提出所有可能情况（16种），接着引导学生通过收集证据、分析推理加以“证伪”（由16种变为8种），最终使问题由繁杂变得简单且有条理。

3.即时演练

问题5：写出组合A和组合B的所有电极反应和总反应方程式。（八个小组各派一名小组成员在黑板上展示一下书写过程。）

设计意图：通过书写过程的展示，暴露学生的知识漏洞和思维漏洞，准确判断学生的掌握情况，为“互动讲解”创造教学契机，提高课堂教学的针对性。

4.互动讲解

学生展示书写过程结束后，另外再安排学生在老师的引导下点评书写过程。以下是经过整理的错误展示、错因分析和纠错策略：

设计意图：通过点评学生的书写过程，归纳了5种错误类型（常识不足型、基础不牢型、原理混淆型、模棱两可型和能力欠佳型），通过分析推理寻找错误原因，并且根据错因有针对性地提供纠错策略，建立错误类型、错因分析和纠错策略之间的逻辑关系，弥补知识和思维的漏洞，建构知识网络，提高学生的证据推理能力。

5.归纳总结

问题6：请根据以上分析和讲解，总结“准确、快速书写电解池电极反应和总反应”的步骤。

师生共同总结：一是“定”：根据电极材料和电解质溶液的不同确定反应物和生成物;二是“写”：根据“阳失阴得”、元素及电荷守恒写出电极反应;三是“查”：检查是否符合离子方程式的书写规则、检查生成物是否会与电解质溶液继续反应、检查是否满足元素及电荷守恒。

设计意图：将“零散”的纠错策略加以提炼，总结出书写电解池电极反应和总反应的三个步骤，为学生后续的学习提供相对固化的模式，帮助学生在提高证据推理能力的基础上建立“电解池电极反应的书写”的认知模型，为学生运用模型理解电解的本质和规律奠定基础。

设计意图：将课堂总结的书写步骤加以灵活运用，让学生进一步理解电解的基本原理，了解电解原理在制备物质（①为制备氢氧化亚铁、②为制备高铁酸钠）和污水处理（③为处理含SO3^2-的废水、④为处理含NO2^-的废水）等方面的應用，让学生感受电解的价值，增强社会责任感。

四、教学反思

1.利用典型例题，暴露学生知识与思维漏洞

本节课选择的例题，有常见电极反应的书写，也有易错和陌生电极反应的书写，既达到了巩固学生基础知识和基本技能的目的，又帮助学生掌握了陌生电极反应的书写技巧。在书写过程中，暴露了学生在离子反应、氧化还原反应、元素化合物和电化学基础等方面的知识漏洞，也暴露了他们化学思维的含糊、浅显、疏漏和局限的特点，这些漏洞的暴露为教学提供了有利的素材。

2.通过精心设计，落实化学学科核心素养

在“分类组合”这一教学环节中，学生通过“证据推理”，将16种电解池的组合变为8种;在“互动讲解”这一教学环节中，在教师的引导下，学生通过“证据推理”，将电极反应和总反应中书写错误一一找出，并且对具体错误提供详尽的错因分析和纠错策略，让学生的知识漏洞得以弥补、思维偏差得以纠正;在“归纳总结”和“巩固提升”两个教学环节，学生的知识网络得到进一步完善、认知模型得到进一步巩固、思维水平得到进一步提高，最终促进了“证据推理与模型认知”素养的落实。

3.运用教学艺术，提升复习课的效率

鉴于学生的生理、心理特点，在枯燥的复习课堂上注意力难以持续集中。为了避免复习课成为枯燥乏味的习题课，本节课注重将知识问题化、问题情境化，通过不同的语言和语调以及丰富的肢体动作，引导学生积极主动思考问题，鼓励他们自由表达所思所想，让课堂气氛轻松活跃，有力地保证了复习课的效果。

本节课给“电解池电极反应的书写”复习课教学提供了可参考的范例，如何帮助学生将复杂的电化学原理图化简为电解池的基本模型，如何将书写的方法与技巧转化为学生的解题能力，如何将本节课的思维训练方式应用于其他类型的课例……这些都是下一步教学要解决的问题。