促进“证据推理”素养发展的数字化实验教学--以高中化学“电解质的电离”一课为例.pdf

普通高中化学课程标准（2017 年版 2020 年修订）明确指出：“证据推理”是化学学科核心素养的五个维度之一，是连接化学学科核心概念、原理与科学探究的桥梁，是培育化学学科思维的重要手段。“证据推理”素养即具有证据意识，能基于证据对物质组成、结构及其变化提出可能的假设，通过分析推理加以证实或证伪；建立观点、结论和证据之间的逻辑关系。高中化学课程中的证据主要来自实验，传统实验大多停留在宏观和定性层面，无法直观呈现实验过程中量和微观的变化。数字化手持仪器集数据采集器、传感器与配套软件数据分析器于一体，具有定量化与可视化的特点，能够实时综合地显示实验的变化过程，给学生提供大量多层面定性、定量的客观实证，进而能有效培养学生的“证据推理”核心素养。本文以高中化学“电解质的电离”教学为例，阐述如何借助数字化实验给学生提供客观实证，发展学生的“证据推理”核心素养。一、视频导入，创设问题情境微视频往往能在课堂教学中起到创设真实情境、激发学生兴趣的作用。新课伊始，教师用智慧黑板播放安全教育短片湿手摸开关危险 微视频，再通过展示相关文献资料告知学生，用湿手操控电器易产生危险的原理是：人手上的皮肤表面常因出汗而附着少量的氯化钠，手被水弄湿后，就会成为具有良好导电性的导体，使用电器开关时就可能触电。接着，教师引导学生思考：汗液（氯化钠溶液）中起导电作用的物质是什么？整个课堂导入环节以真实情境为载体，旨在激发学生的学习热情，提高学生对化学社会价值的认可程度。二、演示实验，引发深度思考学生针对问题“汗液（氯化钠溶液）中起导电作用的物质是什么？”，提出三种猜想：氯化钠固体导电；蒸馏水导电；氯化钠与水共同作用导电。为验证相关猜想，教师向学生展示灵敏度和精确度极高的数字化手持仪器导电率传感器，用于测定物质的导电率，并进行演示实验。实验结果为氯化钠固体不导电；蒸馏水导电率极弱；氯化钠水溶液导电率强。利用导电率传感器可快速直观地测出三种物质的导电率，为学生学习提供客观实证，有效培养学生实事求是、科学严谨的证据意识。尤其是能测出蒸馏水的导电率极弱这一结果，给了学生客观严谨的知识引导，也是传统教学中使用低灵敏度的小灯泡进行实验无法实现的教学效果。三、探究实验，发展核心素养数字化演示实验给学生验证猜想提供了便促进“证据推理”素养发展的数字化实验教学以高中化学“电解质的电离”一课为例伍芳丽探索39教学捷。但知其然还要知其所以然，课堂上，教师接着追问：氯化钠固体溶于水的过程中究竟发生了什么变化，使溶液导电？为一探究竟，学生小组合作完成以下两个实验：分别用眼睛和100倍显微镜观察氯化钠固体的形态；观察少量氯化钠固体在水中的溶解过程并用离子传感器检测氯化钠溶液中Na+和 Cl-的存在（见图 1、图 2）。学生小组内分工合作、协调配合完成实验，并分享实验现象：用眼睛观察到的氯化钠固体的形状不规则，而在 100 倍显微镜下观察到的氯化钠固体大部分呈立方体结构。氯化钠溶于水的过程中，氯化钠固体逐渐溶解消失，同时钠离子和氯离子传感器显示氯化钠溶液中存在Na+和 Cl-。在此客观实证的基础上，教师引导学生推理出氯化钠固体的微观结构和氯化钠溶于水的微观过程，并尝试画出微观过程图。学生思考后进行小组讨论，再由小组代表展示微观示意图并阐述推理结果：氯化钠的微观结构应该是 Na+和 Cl-紧密排列的立方体结构，而氯化钠溶于水的微观过程是原本紧密排列的Na+和 Cl-在水分子的作用下分散开来，形成自由移动的 Na+和 Cl-，故使溶液能够导电。接着生生、师生进行互动交流，修正完善推理结果，使学生知晓氯化钠溶液导电的原因，并引导学生构建氯化钠溶于水的微观电离模型。然后教师再拓展氯化钠在熔融状态下也能导电的小知识，最终师生共同整理归纳出电离的概念。在实验探究环节中，学生能深度参与到氯化钠的溶解实验中，观察氯化钠固体及溶解过程中的宏观现象，同时在实验过程中创造性地使用钠离子和氯离子传感器测出氯化钠溶液中存在 Na+和 Cl-，为微观粒子的存在提供了客观实证。这些直观证据使学生能够快速分析、推理出氯化钠的微观结构和氯化钠溶于水的微观行为，能有效突破学生的思维障碍，发展学生的“证据推理”核心素养。四、符号表达，化解学习难点 教师在课堂上布置任务，要求学生写出氯化钠的电离方程式。当教师深入学生中巡视时，发现大部分同学能够正确书写，但有极少数同学将条件写成“通电”或“电离”，教师分别拍摄了学生写的不同答案，上传至智慧黑板，引导学生就氯化钠电离过程是否需要通电进行讨论。经过激烈讨论，最终学生均被前面实验中钠离子和氯离子传感器在氯化钠溶液中检测出 Na+和 Cl-这一证据说服，得出电离过程不需要通电的结论。接着，教师介绍电离理论的发展史，从英国化学家尼科尔森和卡里斯尔发现溶液具有导电性，到英国科学家法拉第认为溶液能导电是因为通电，再到瑞典物理化学家阿伦尼乌斯提出电解质电离不需要通电的电离理论，从科学史的角度让学生体会并学习科学家们敢于质疑、实事求是、坚持真理的科学精神。最后，教师组织拓展活动，要求学生练习书写氯化氢的电离方程式并尝试画出其电离过程的图 1 钠离子传感器检测出氯化钠溶液中存在 Na+图 2 氯离子传感器检测出氯化钠溶液中存在 Cl-探索40教学义务教育数学课程标准（2022 年版）指出，数学课程要培养的学生核心素养主要包括会用数学的眼光观察现实世界，会用数学的思维思考现实世界，会用数学的语言表达现实世界。基于过程思维共享的课堂实践主要是通过精心创设具有开放性、挑战性和统整性的情境任务，驱动学生思维，在学生过程思维的发散、聚合、启迪、深化中，做到教学和评价“一体两翼”，师生共享学与评的过程，促进学生思维进阶，提升学生的核心素养（如图 1）。下面以人教版数学三年级上册“认识周长”为例，呈现具体做法。图 1 过程思维共享的课堂教学模型一、创设注重过程思维展现的情境任务过程思维共享的课堂教学注重创设真实情基于过程思维共享的课堂教学实探以小学数学“认识周长”一课为例熊坤云 周黎 微观示意图，引导学生体会不同类型电解质的电离过程，全面深刻地理解电离概念，为后续学习奠定基础。布置任务和拓展环节旨在让学生掌握电离过程的符号表达，深化对电离概念的理解。教学过程中，教师发现部分学生在认知上有偏差，他们认为电离需要通电，但实验过程中使用离子传感器测出氯化钠溶液中的离子类型的实证能够快速帮助学生辨析、推理出电离过程不需要通电的结论，这也继续发展了学生的“证据推理”核心素养。“电解质的电离”是学生从微观层面理解物质在水溶液中的行为的基础，是学习离子反应、平衡和电化学原理的基础，是发展学生“证据推理”素养的重要内容载体。传统教学中，教师偏重电解质概念的教学而忽视了电离概念的形成过程的教学，导致学生很难建立微观认识物质的视角，教学效果不佳。本课例重新整合编排教材内容，将具有微观、动态特点的电离概念作为第一课时的教学核心，并引入导电率传感器和离子传感器，将物质的导电率和电离过程溶液中离子的变化数据化和可视化，让学生能直观感受到溶液中离子的存在与变化，自主推理出氯化钠的微观电离过程，构建电离模型，发展“证据推理”核心素养。（作者单位：长沙市长郡梅溪湖中学）探索41教学