基于问题情境教学 发展学生“证据推理”核心素养——以“次氯酸钠性质的探索”为例

北京 巩佳利

一、问题提出

化学学科核心素养是学生发展核心素养的重要组成部分，是化学学科对学生培养要求的具体体现，化学课程是培养和提升学生核心素养的重要载体，化学课堂教学则是学生形成和发展核心素养的主阵地。化学学科核心素养包括五个方面，立足于高中学生的化学学习过程，各有侧重，相辅相成。化学学科“证据推理”核心素养是化学学科核心素养的思维核心，体现了学好化学学科所需的思想和方法，突显学生“证据推理”素养的培养必要性。问题情境教学是由合理的情境引发，基于一定的目标，应用各种认知活动、技能等，经过一系列的思维行为，使得问题得以解决的过程。高中化学的问题情境教学是教师以一定情境为载体，挖掘具有学科价值的问题，引导学生运用学科思维和方法解决问题的教学模式，与化学学科“证据推理”核心素养高度契合。因此，本文以“次氯酸钠性质的探索”的教学实践为例，以编写“84”消毒液说明书为主题情境进行探索，突出对学生“证据推理”核心素养的培育，达到开展“素养为本”的教学目的。

二、教学分析

次氯酸钠性质的探索涉及的知识点包含氯气及其化合物、离子反应、氧化还原反应原理等常见的无机物及其应用内容，既有中学化学核心观念和基本原理，也涉及重要的社会应用价值(如：次氯酸钠的疫情防疫用途等)，其探索过程是教师以“写“84”消毒液说明书为主题情境，引导学生在问题解决过程中，运用氧化还原反应原理等知识，采用实验手段收集证据，通过推理探究出次氯酸钠的性质及用途，显然是发展学生“证据推理”核心素养的理想载体。

《普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)》(以下简称《课程标准》)对“证据推理”核心素养提出具体要求：初步学会收集各种证据，对物质的性质及其变化提出可能的假设；基于证据进行分析推理，证实或证伪假设；能解释证据与结论之间的关系，确定形成科学结论所需要的证据和寻找证据的途径。

基于上述思考，本课以撰写“84”消毒液说明书为主题开展探究教学设计，“84”消毒液说明书包括消毒液的成分、使用方法、注意事项等栏目(即“84”消毒液成分、性质、外界影响等化学问题)，教师可以引导学生从两方面着手研究：①内因即“84”消毒液的有效微粒(ClO-)决定其具有的性质，从而影响作用和储存；②外因包括温度、浓度、光照、pH等，影响其使用效果和储存条件的控制(如低温、密封保存等)。教师从“84”消毒液的成分、性质、外界因素为探究的切入点，采用问题情境教学方法，引导学生有机的联系生活与知识，整合散乱的知识和经验，以情境为主线，使知识结构化、思维逻辑有序化，进而转化为问题的解决认知角度和思维模式，同时，在问题解决过程中，教师要引导学生有意识的收集有效证据，有目的地进行分析推理，建立结论与证据间的逻辑关系，形成证据收集的途径和方法，做到课堂教学与“证据推理”核心素养培养双轨并行，互相促进，提升学生核心素养能力和认知发展，从而落实“素养为本”的教学目的。

三、学情分析

学生已经具有一定的理论基础(离子反应、氧化还原反应理论)、元素化合物的学习基础、实验基础，能够运用单一知识分析、解决简单问题，但缺乏知识之间的联系及综合知识分析、解决问题的能力，实验探究是问题解决的重要方式之一，学生却仅能设计简单实验方案用于探究问题，面对需要思考性的探究时则束手无策，缺乏实验方案设计的思路和方法(控制变量、排除干扰、对照实验等)，在问题解决的过程中，仅能本能地将眼中的实验现象作为证据，得出表观结论，说明学生对证据的认识不够，缺乏形成结论所需相关证据的探究能力，证据的推理能力有待提升。

基于上述考虑，笔者确定本课的教学关键：第一，引导学生探索次氯酸钠的性质及用途，建立学生问题解决的一般思路和方法，提升学生综合运用知识分析、解决复杂的真实问题的能力；第二，在问题解决中，引导学生寻找证据收集的思路和途径、证据推理的思维方法，建立“证据推理”思维框架，提升“证据推理”能力；第三，引导学生积累问题解决的实验设计和探究的经验，归纳实验设计的基本思路和方法，发展学生的探究能力。

四、教学过程

教师教学围绕“84”消毒液说明书的设计展开，创设与生活紧密联系的整体性问题情境，设计将所涉及的知识结构化，思维逻辑有序化的问题链，引导学生利用多种化学学习探究方法，通过分析推理收集的宏观和微观证据，逐步探究“84”消毒液的成分、性质、影响因素，厘清证据收集与推理思路的关联，形成思维模式，以设计“84”消毒液说明书的形成对次氯酸钠性质及用途的认识，培养学生证据推理能力和问题解决能力，打造有机渗透和培养化学核心素养的高效课堂，具体教学思路见表1。

表1 整体教学思路

具体教学过程：

环节一：调查学生对“84”消毒液的了解情况

【创设问题情境】1984年，金耀光先生在北京第一传染病医院就职期间研发了一种“含氯消毒剂”，一经使用，止住了病人在住院期间因二次感染而死亡的现象，此消毒液因此被命名为“84”消毒液，并获得了国家进步二等奖。市面上“84”消毒液的品牌非常多，一瓶“84”消毒液的说明书应该包含哪些内容？哪些内容更重要？

【思考】要撰写“84”消毒液说明书，需了解哪些化学信息？

【设计意图】教师创设真实的问题情境，从介绍“84”消毒液的发明人及历史出发，让学生感悟化学对社会发展的重要作用，培养学生的国家荣誉感，增强学习动力，以让学生撰写家庭必需品“84”消毒液说明书内容(成分、使用方法、适用范围、注意事项、保质期等)，引入课题任务(探究“84”消毒液成分、性质、影响因素)，打造师生零距离课堂，激发学生的学习兴趣，增强学生的探索欲。

环节二：探究“84”消毒液的成分和性质

【问题1】“84”消毒液的有效微粒是什么？

【问题1.1】“84”消毒液含有哪些微粒？如何证明？

【活动1】结合已有知识和经验，提出假设，设计方案，进行验证，并说明微粒来源。

资料：1.工业常将Cl2通入烧碱溶液来制备“84”消毒液。

2.酚酞试剂易被氧化从而失效。

【学生活动】依据已有知识，学生对“84”消毒液成分提出假设(成分Na+、Cl-、ClO-、OH-)，运用已有知识和经验设计方案(如“84”消毒液可以漂白衣物，ClO-可用红色布条是否褪色验证)，通过小组合作，推理所收集的证据(现象和微观反应分析)验证假设，体会科学探究的一般过程。部分学生实验过程中出现异常现象：pH试纸先变蓝后褪色(滴加酚酞溶液先变红后褪色)，对此学生提出猜想可能是因为ClO-具有氧化性，使其褪色，由此学生提出新问题。

【问题1.2】“84”消毒液的有效微粒是什么？如何证明？

【活动2】学生提出假设，并设计方案，选择合适的药品进行验证，说明微粒作用的原理。实验药品：“84”消毒液、氢氧化钠溶液、NaCl溶液、pH试纸、红纸、鸡蛋清溶液。

【学生活动】面对新问题，学生经过单独设计、小组讨论、全体讨论，确定了实验思路：排除干扰Na+、Cl-、OH-，设计探究单一变量的实验方案，通过收集证据(现象和微观反应分析)，推理出“84”消毒液的有效微粒是ClO-，建立物质性质受到组成(微粒)的影响的认知。

【设计意图】教师基于问题1.1的解决，引导学生从离子反应的角度分析Cl2溶于烧碱溶液中发生的化学变化，依据微粒观猜想“84”消毒液的组成成分，设计方案，进行实验，收集证据，推理假设真伪，初步形成证据收集的途径和方法与证据推理的基本思路(宏观和微观结合)，从而构建“证据推理”的思维框架，培养学生证据意识和推理能力。在整个教学活动中，教师需引导学生认识科学探究的一般过程，培养学生实验探究的能力。

教师基于问题1.2的解决，引导学生运用思维框架解释异常现象产生的原因，推理出“84”消毒液杀菌作用的内因即次氯酸钠的氧化性，发展学生的证据意识和推理能力。面对异常现象，教师引导学生能够提出问题，并通过实验去解决问题，培养学生的实验思维(排除干扰、控制单一变量)与实验设计能力，提升学生的探究能力，树立其严谨求实的科学态度。

环节三：探究“84”消毒液使用和储存的影响因素

【问题2】“84”消毒液使用和储存受到哪些因素影响？

【问题2.1】“84”消毒液的使用受到哪些因素影响？是如何影响的？

【活动3】学生结合已有知识和生活经验，提出影响“84”消毒液使用的因素，并设计方案，分析各因素对“84”消毒液使用的影响。

表2 学生实验方案设计思路

【学生活动】在了解“84”消毒液的成分和性质的基础上，学生依据生活经验(温度、稀释等)，提出影响因素的预测，运用手持技术设计控制变量实验(见表2)，通过推理收集的证据(数据表、文献、图像)，得出结论：在温度越高、浓度越大、pH越小、避光的条件下“84”消毒液的使用效果越好。

【问题2.2】“84”消毒液的储存受到哪些因素影响？是如何影响的？

【活动4】学生结合化学用语，解释“84”消毒液失效的原因，分析各因素对“84”消毒液的储存的影响。

【问题3】“84”消毒液能与洁厕灵混合使用吗？为什么？

【活动5】提出假设，设计方案，选择合适的药品，验证推测，解释其原因。

【学生活动】学生通过研究会形成酸性越强，“84”消毒液的使用效果越好这一认知，教师引导学生结合已有知识和经验，运用思维框架通过实验自主探究问题3，学生能够综合运用知识提出假设(NaClO与HCl可能发生归中反应产生Cl2)，并很顺利的得出结论：“84”消毒液与洁厕灵混合会产生有毒的Cl2，所以不能混用。

【设计意图】教师基于问题2.1和2.2的解决，以探究影响“84”消毒液的使用和储存因素活动为例，引导学生丰富证据的种类(数据、图像、文献)和收集途径，完善证据推理的思路和方法(对比、归纳)，进而完善“证据推理”的思维框架。在科学探究的过程中，发展学生对物质性质的认识：物质性质不仅受内因的影响，还会受外因(温度、浓度、pH、光)的影响。

教师基于问题2.3的解决，引导学生进行自主探究，结合宏观和微观通过自主实验解决问题，提升学生“证据推理”思维框架的应用水平，发展学生求证意识和问题解决的能力。本环节还深度挖掘化学与生产、生活的紧密联系，凸显化学学科的社会责任。

环节四：撰写“84”消毒液说明书

【问题4】“84”消毒液的说明书如何撰写？

【活动6】1.结合活动成果，设计一款“84”消毒液的说明书。

2.与实际产品说明书对比分析，优化设计。

【学生活动】小组合作，撰写“84”消毒液的说明书，并进行交流展示，通过对比实际产品的说明书，共同优化说明书设计图如下。

学生撰写的“84”消毒液说明书

【思考】学生通过本节课的学习，谈谈收获到了哪些内容?

【学生感悟】

1.购买商品一定要关注成分、使用方法、注意事项。

2.效果相同的洗涤液，混合使用要慎重。

3.学习化学对日常的生活很重要，能够用化学知识解决生活中的问题。

4.向周围朋友普及生活中关于化学用品的使用常识。

【小结】化学是一门服务于生产生活的学科，希望学生学好化学，能够用化学知识解决生产生活问题，向亲人和朋友普及一些化学常识。

【设计意图】教师以撰写“84”消毒液说明书这一形式呈现学生课题的学习成果，加深学生对所学知识的理解，提升学生解决真实问题的能力，通过反思与感悟，加强学生对化学与社会紧密联系的理解，深化学生的社会责任感。

五、教学反思

1.基于递进式问题解决的学习，提升学生的认知发展水平

2.设计体会社会责任的活动，有助于培养学生的社会责任感

本课通过“‘84’消毒液能与洁厕灵混合使用吗？为什么？”这一问题，引导学生体会化学学科在社会生活中的实用性，再通过撰写消毒剂说明书，强化学生对化学与社会紧密关系的感悟，培养学生的社会责任感，最后通过反思，深化学生对“社会责任”核心素养的理解。

3.合理设计探究活动，培养和提升学生的证据推理能力

证据推理是化学学科的关键能力之一，是学习化学的重要方法。有效的提高证据推理的能力水平，关乎学生的学习成效。本课设置由易到难的4个探究活动，学生在活动中实践不同情境下的证据推理过程，有层次的形成和发展证据推理的思路和方法，搭建思维框架，提升证据推理能力。

六、结束语

本课以撰写“84”消毒液说明书为情境线索，以探究NaClO性质为知识线索，设计契合核心素养的具体学习任务，引导学生不断的积累“证据推理”的应用经验，升华学生对“证据推理与模型认知”核心素养的理解，发展了学生学科核心素养水平和化学观念，达到知识与素养同步提升的目的，是一次成功的教学实践。

由此可见，教师践行问题情境教学的化学课堂，选取合理的教学内容，配以合适的教学情境，有目的、有计划、有层次的设计科学探究活动，是培养学生“证据推理”核心素养的重要方法。